地鐵盾構(gòu)隧道穿越對(duì)建筑物樁基礎(chǔ)的影響分析.doc

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1、地鐵盾構(gòu)隧道穿越對(duì)建筑物樁基礎(chǔ)的影響分析【摘要】針對(duì)上海虹橋綜合交通樞紐工程地恢2號(hào)線和10號(hào)線地鐵盾構(gòu)隧道穿越對(duì)西航站樓樁基礎(chǔ)的彩響問題，采用兩階段分析方法對(duì)盾構(gòu)隧道穿越對(duì)建筑物樁基礎(chǔ)的影響進(jìn)行分析研究。分別采用簡(jiǎn)化分析方法和位移控制有限元方法，對(duì)單隧道工況和多隧道工況下盾構(gòu)隧道穿越對(duì)PHC樁基礎(chǔ)的影響進(jìn)行分析。結(jié)合分析結(jié)果提出相關(guān)工程設(shè)汁措施，采用位移控制有限兀方法進(jìn)行多隧道工況下考慮丁程措施的影響分析，并在實(shí)際丁?程中應(yīng)用。盾構(gòu)隧道穿越過程的相關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，盾構(gòu)穿越對(duì)西航站樓基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響都

2、在安全可控的范圍內(nèi)?！娟P(guān)鍵詞】盾構(gòu)隧道；上部結(jié)構(gòu)；樁基礎(chǔ)；兩階段分析方法；位移控制有限兀引言隨著沿海軟土地區(qū)城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，城市的地鐵盾構(gòu)隧道穿越周用通常存在已建的建（構(gòu)）筑物。特殊悄況下，盾構(gòu)隧道需穿越己建建筑物的樁基礎(chǔ)。盾構(gòu)施工產(chǎn)生軟土地層土體損失，從而導(dǎo)致隧道附近土體應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生重分布，鄰近樁基周邊法向應(yīng)力將有不同程度的釋放，使得樁基的承載能力折減。同時(shí)，隧道施工引起隧道周圍地層移動(dòng)，其產(chǎn)生的自山土體位移場(chǎng)使得丁?作狀態(tài)的樁基產(chǎn)生附加的彎矩和變形，對(duì)樁基礎(chǔ)的使用安全產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。地鐵盾構(gòu)

3、隧道穿越對(duì)鄰近建筑物樁基礎(chǔ)的影響分析成為當(dāng)前城市地下空間開發(fā)中的熱點(diǎn)問題。在上海蛀橋綜合交通樞紐西航站樓丁.程中，根據(jù)地恢線路施工的丁期安排，地詼2號(hào)線和10號(hào)線的地鐵盾構(gòu)隧道點(diǎn)西航站樓樁基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)施工完成后先后進(jìn)行。地鐵歷構(gòu)隧道趴離兩側(cè)工程樁的趴離僅有約24?4.8m,剖面關(guān)系圖見圖1。在盾構(gòu)隧道穿越己建建筑物樁基礎(chǔ)時(shí)，盾構(gòu)的掘進(jìn)會(huì)產(chǎn)生土體損失和應(yīng)力釋放，對(duì)鄰近樁基產(chǎn)生不可忽視的影響，需要対盾構(gòu)隧道穿越對(duì)樁基礎(chǔ)的影響進(jìn)行分析，并在西航站樓樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中采取相關(guān)技術(shù)措施。針對(duì)上海虹橋綜合交通樞

4、紐工程地鐵盾構(gòu)隧道穿越對(duì)西航站樓樁基礎(chǔ)的影響問題，采用兩階段分析方法對(duì)盾構(gòu)隧道穿越對(duì)上部結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的影響進(jìn)行分析研究。分別采用簡(jiǎn)化分析方法和位移控制有限元方法,對(duì)單隧道工況和多隧道工況下盾構(gòu)穿越對(duì)PHC管樁樁基礎(chǔ)的影響。結(jié)合分析結(jié)果，提出減小盾構(gòu)隧道對(duì)樁基礎(chǔ)爆響的相關(guān)工程設(shè)計(jì)抱施。采用位移控制有限元方法進(jìn)行多隧道工況下考慮工程措施的秦響分析。圖1上海虹橋交通樞紐工程西航站樓和盾構(gòu)隧道關(guān)系剖面1、相關(guān)分析方法樁和盾構(gòu)隧道之間的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的土和土中結(jié)構(gòu)物相互作用問題，隧道施工對(duì)臨近樁基礎(chǔ)影響的實(shí)

5、質(zhì)是一種被動(dòng)樁的問題。被動(dòng)樁承受盾構(gòu)隧道穿越導(dǎo)致的周圍土體位移和應(yīng)力釋放，而產(chǎn)生附加的樁身位移和內(nèi)力。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于被動(dòng)樁的分析方法大致分為兩類：整體分析法和兩階段分析法。1.1整體分析方法整體分析法就是將樁與周圍土體以及引起土體位移的隧道施工視作一個(gè)整體,通常采用三維整體有限單元法或有限差分法進(jìn)行整體數(shù)值分析，計(jì)算隧道施工荷載引起的土體位移作用下被動(dòng)樁的力學(xué)反應(yīng)。Mroueh和ShahrouH1】采用三維有限元程序PECPLAS模擬隧道施工的真實(shí)過程分析隧道施工對(duì)樁基及上部結(jié)構(gòu)的影響，土體采用非

6、相關(guān)聯(lián)的Mohr-Coloumn準(zhǔn)則理您彈塑性模型。卿偉炭和麼紅建⑵基于黃土地層情況，采用鄧肯TK的非線性本構(gòu)模型,建立了隧道、樁與土相互作用的二維有限元模型，討論了黃土地層中盾構(gòu)隧道穿越對(duì)鄰近樁基礎(chǔ)的影響規(guī)律。整體分方法計(jì)算最大且建模復(fù)雜，往往盂要專業(yè)的軟件，不易被工程設(shè)計(jì)人員接受，另外真正準(zhǔn)確模擬隧道施工的全過程和各個(gè)壞節(jié)是很困難的。1.2兩階段分析方法兩階段分析方法就是將土體位移對(duì)被動(dòng)樁的影響過程分為兩個(gè)階段：第一階段，采用經(jīng)驗(yàn)方法、解析法或有限元法估算無樁時(shí)外荷載引起的自山位移場(chǎng)；第二階段，

7、將第一階段得到的自山位移場(chǎng)施加于樁身,得到樁基的力學(xué)反應(yīng)。相對(duì)于整體分析法，兩階段分析方法意義明確，計(jì)算簡(jiǎn)便，易于工程設(shè)計(jì)人員所接受。常用的兩階段分析方法有簡(jiǎn)化分析方法和位移控制有限元方法。（1）簡(jiǎn)化分析方法采用簡(jiǎn)化解析方法進(jìn)行兩階段分析，首先采用Loganathan和Poulos131提出的解析解估算山于隧道開挖引起的土體自山位移場(chǎng)：其次，基于Winkler地基模型，建立單樁在被動(dòng)位移下的控制方程及其差分形式矩陣；考慮群樁中“被動(dòng)樁”的存在對(duì)土體自山場(chǎng)的約朿作用，通過剪切位移法及Mindlin解得

8、到豎向和水平向土體位移傳遞系數(shù),以考慮被動(dòng)群樁的樁樁相互作用，計(jì)算群樁的遮攔位移；最后通過疊加原理計(jì)算群樁山于隧道施工產(chǎn)生的位移和內(nèi)力。簡(jiǎn)化分析方法相對(duì)于整體分析方法來說，意義明確且計(jì)算簡(jiǎn)單，但僅能分析單個(gè)隧道工況下的土體位移場(chǎng)，無法考慮多個(gè)隧道等復(fù)雜悄況。（2）位移控制有限元方法（DCM）位移控制有限元方法依照應(yīng)力釋放的思想°%考慮利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)或預(yù)期隧道斷血的變形，將位移加載邊界引入隧道施工有限元模擬中，采用有限兀方法分析鄰近樁基礎(chǔ)的受力和變形。具體方法利用位移