双隧道不同开挖顺序对临近群桩的影响研究

双隧道不同开挖顺序对临近群桩承载性能的影响鲜有报道。针对此问题,采用基于地层损失比的位移控制有限单元法(DCM),对软土地基中不同埋深双隧道不同开挖顺序对处于工作荷载下群桩工作性能的影响进行研究,并与相关离心模型试验结果进行比较。得到以下结论:双隧道不同开挖顺序对群桩桩顶附加沉降和群桩承载能力损失影响差别显著,当先开挖上覆隧道时,群桩桩顶的附加沉降量为先开挖下置隧道时的1.25倍,且群桩承载能力的损失率约为后者的1.2倍;两工况中第二个隧道的开挖使得群桩中前桩附加弯矩和后桩附加弯矩均有明显的增大,此与分居群桩两侧但埋深相同的双隧道开挖对群桩弯矩的影响规律迥异;两工况下均产生较大的附加弯矩和附加轴力,且最大附加弯矩和最大附加轴力均位于上覆隧道轴线附近。     

刚性桩复合地基与临近基坑支护结构相互影响的离心模型试验

目前缺乏复合地基与临近基坑支护结构相互影响的相关研究。为了研究复合地基及其支护结构受侧向开挖的影响,通过两组相同荷载相同支护结构、不同置换率的复合地基侧向开挖离心模型试验,分析了桩轴力及侧摩阻力、桩土应力比、桩间土竖向应力、桩弯矩和支护结构弯矩随开挖的变化规律,及其受置换率变化的影响。结果表明:桩轴力、桩土应力比、桩弯矩及支护结构弯矩随开挖递增,桩侧摩阻力及桩间土竖向应力受开挖影响较小,桩身上部摩阻力方向向下,桩身下部向上,支护结构弯矩最大值位置随开挖逐级下移;距基坑的距离决定桩弯矩的大小和变化形式,在距基坑较近处因桩土不均匀沉降明显,桩顶上刺入褥垫层,褥垫层对桩顶有水平约束,引起桩上部负弯矩;除置换率对桩间土竖向应力影响较小外,上述各项力学性状均因置换率的增大而减小,其中支护结构弯矩减小程度最大,表明复合地基置换率增大能够有效改善复合地基和支护结构受力性状,增强其侧向基坑开挖安全性。     

复合地基侧向开挖上覆荷载影响规律离心机试验研究

进行了三组临近复合地基开挖的离心机模型试验,对比分析了相同开挖工况、不同上覆荷载下的桩轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比以及桩弯矩的变化规律。结果表明,当复合地基上覆荷载增加时:①桩轴力及其因开挖产生的增量明显增大,桩侧摩阻力数值增大,但方向不变;②桩土应力比及其增量明显增大,其变化趋势与桩轴力曲线一致;③各级开挖工况下的桩体弯矩也会相应增加,而且随着与基坑距离的增加,弯矩值逐渐变小,荷载的影响也逐渐降低;④随着复合地基上覆荷载的增加,高应力水平下的桩间土更容易受到临近基坑开挖的扰动,荷载更多地向刚性桩转移,桩轴力增加,同时伴随着更大的桩体弯矩,进而加快桩体的破坏趋势。研究成果可为既有复合地基临近基坑开挖支护设计提供参考。     

基于HSS模型隧道近接群桩基础施工影响分析

依托盾构隧道近接侧穿群桩工程建立三维数值分析模型,土体采用小应变硬化(HSS)模型,参数取值借鉴已有研究成果并根据监测位移数据反演,同时考虑土体开挖、衬砌拼装以及盾尾同步注浆等一系列施工工艺措施,并将模拟结果与监测数据进行对比验证,研究了不同工况下地表沉降的形态分布、群桩桩基变形及基桩结构受力,同时考虑地表位移对等代层厚度的敏感性。结果表明:HSS模型能有效预测隧道近接侧穿高架桥桩引起的变形,模拟结果与监测值较吻合; 隧道开挖引起土相对桩产生了滑移,地表沉降及桩身竖向位移在中心线前后各1D(D为管片外径)范围内随推进步数的增加而不断增大,且增加幅度明显减小; 两线推进地表沉降具有叠加效应,最大沉降量增幅达76.8%; 隧道与基桩水平距离越近,引起基桩沉降变化越大,两线推进基桩桩顶沉降增幅达134%; 群桩中各排桩的水平位移变化趋势基本相同,且同排桩的水平位移值相差不大,由于群桩遮挡效应,水平位移值由大到小依次为前排桩、中排桩、后排桩; 桩身水平位移主要在盾构中轴线2.5D范围内,桩身最大水平位移均出现在隧道中轴线附近; 群桩中同排桩桩身附加弯矩及附加轴力沿桩身分布规律相同,桩身最终附加受力与其距离隧道远近有关; 随着注浆充率β的增大,等代层厚度及地表沉降呈线性减小; 穿越段采取的施工工艺方案是有效的,经估算附加弯矩及轴力对桩基承载力的影响在容许范围内。     

隧道开挖引起邻近单桩沉降的理论解

采用两阶段法计算隧道开挖引起的自由场地土体沉降,通过连续分布的土体弹簧来模拟桩土间的相互作用,计算出桩周的负摩阻力,并考虑桩基的端承效应,对隧道施工对邻近桩基附加沉降和附加轴力计算进行了理论研究。     

盾构隧道开挖对临近桩体的影响分析

盾构隧道开挖必然会对临近建筑桩基产生附加变形和内力,影响建筑物基础承载力,给上部结构带来一定安全隐患。本文采用两阶段分析法研究盾构隧道开挖对临近桩体的影响,并通过对比分析多种不同的工况,研究地层损失比、隧道埋深、桩-隧间距的不同对开挖引起的临近单桩的影响,结果表明:桩顶沉降与地层损失比,近似呈线性关系,桩身轴力随着地层损失比的增加而增大;增大桩-隧间距、隧道埋深,均可使桩体沉降及轴力明显减小。     

盾构法施工对近距离侧穿桥梁桩基的影响分析

盾构法施工地铁隧道近距离侧穿高速公路桥梁桩基时,引起地层移动和应力调整,导致桩基位移和内力发生变化,给上部结构带来安全隐患。以杭州地铁3号线工大站—留和站盾构区间双线施工为依托,运用三维有限元软件模拟盾构开挖施工的全过程,研究开挖过程对地层沉降及邻近桥梁桩基影响规律。结果表明,先行隧道开挖导致地表形成沉降槽,后行隧道开挖沉降曲线向后行线扩展;桩基竖向呈现刚体位移,单线开挖时在横向(Y方向)上嵌入土体桩基上半部分向隧道内倾移,下半部分背离隧道方向倾移,在纵向(X方向)上桩基呈现拱形弯曲,双线开挖时桩基横向位移发生反向叠加效应,导致最终横向位移基本接近初始状态,纵向上弯曲位移发生正向叠加效应;双线隧道先后开挖使桩基产生附加摩阻力和附加轴力,在隧道顶面分界线以上桩基总侧摩阻力较初始状态不断减小,分界线以下增加,位于-2.5 m以上桩基轴力较初始状态减小,以下增加;单线开挖时桩基弯矩变化明显,双线开挖弯矩出现反向叠加效果,基本保持初始状态。     

考虑开挖卸荷及变形耦合效应的被动桩分析方法

基坑、隧道的开挖将不可避免地影响邻近受荷桩基的工作性能,如何合理评价开挖条件下邻近受荷桩基的附加响应至关重要。 针对 Winkler 地基梁模型的不足,提出了一种改进的非线性两阶段分析方法 , 该法能够合理地 考虑桩土作用的非线性特征、桩顶工作荷载对桩身附加轴力的影响及轴力产生的偏心弯矩对水平挠曲的影响等 ,并给出了该改进算法的增量法求解过程。同时将本文方法与已有研究成果进行了对比,验证了本文方法的合理性,并进一步探讨了桩顶工作荷载对竖向附加响应及轴向力对水平附加响应的影响规律。结果表明：桩顶工作荷载对竖向附加响应的影响是显著的;而轴向力对水平挠曲的影响程度则与自由场位移模式等相关,对于部分位移模式,影响也很显著。     

隧道开挖对临近桩基影响的二维数值分析

基于隧道开挖的工程实例,采用有限元方法,分析了临近桩基的隧道开挖对建筑物桩基的影响。选取了不同隧道挖深,模拟开挖对临近建筑物桩基础的影响。对开挖引起的地面、建筑物角点的沉降规律做了分析与探讨,同时也分析了桩和底板的弯矩、轴力、剪力等变化规律,得出了有意义的结论。     

临近基坑开挖复合地基侧向力学性状离心试验研究

临近基坑开挖引起复合地基CFG桩变形和内力改变,现有理论缺乏对该问题的研究。通过开展离心模型试验,对临近基坑开挖条件下,复合地基变形、CFG桩内力和变形、土压力等分布和变化规律进行深入分析。结果表明：开挖引起CFG桩弯矩增大,近基坑桩增幅明显|开挖引起桩土不同步沉降,导致CFG桩上刺入褥垫层,桩受到褥垫层的“嵌固拉结”作用,同时远基坑桩、褥垫层、加载气囊一起提供了“摩擦拉结”作用,从而在近基坑桩上出现负弯矩|而远基坑处不均匀沉降小,“嵌固拉结”作用小,且“摩擦拉结”作用是利于正弯矩产生,桩上未出现负弯矩|开挖引起支护背后土压力分为增长区和减小区两部分,在上部土体中,土体卸荷,土压力减小,而下部土体受支护挤压,土压力有所增大|开挖引起地表沉降呈指数形式,临近基坑地表沉降最大,在显著变形区域内,支护水平位移基本呈直线形式,各阶段最大水平位移均出现在支护顶端|开挖引起的CFG桩水平变形大小和范围随距基坑边距离的增大而减小。     

Behavior of Ground and Response of Existing Foundation Due to Tunneling

An apparatus has been developed to model the excavation of a tunnel in the laboratory. With this apparatus, 2D model tests are carried out to investigate the surface settlement and the earth pressure brought about by the tunneling. Finite element analyses using an elastoplastic subloading t_ij model are also conducted. The influence of volume loss on the surface settlement and the earth pressure, due to the shallow tunnelling, is illustrated based on the model tests and the corresponding numerical analyses. It is revealed that the surface settlement troughs and the earth pressure distributions around shallow tunnels depend on both the volume loss and the crown drift of the tunnel. The effect of the interaction between the tunneling and existing nearby foundations is also demonstrated in this paper. For existing foundations, the building loads control the surface settlements and the zone of deformation during the tunnel excavation. The behavior of the foundations depends on the deformation mechanism of the ground during the tunnel excavation. The induced axial force and bending moments in the piles of a piled raft are investigated numerically, and it is shown that the axial force changes due to the stress relaxation of the ground. Bending moments are induced in the piles at a lower value of soil cover due to the differential settlement of the piled raft.     

盾构近距侧穿高架桥桩的施工力学行为研究

 针对合肥地铁1号线盾构近距侧穿城市高架桥桩施工存在的巨大安全隐患,基于桥桩结构耦合弹簧力学计算原理与有限差分方法,分析盾构推进过程中不同工况下桥桩结构受力、水平变形、地层沉降的变化规律,探讨桩实体结构单元弯矩、剪力计算方法的可行性,研究表明：(1) 盾构近距(最近距离0.63 m)侧穿施工对高架桥桩产生较大影响,其影响程度与盾构施工工况位置密切相关,且双隧洞盾构依次掘进对高架桥桩的力学行为影响具有叠加效应;(2) 随着盾构逐步接近桩体,桩弯矩、剪力、位移不断增大,叠加后的最大弯矩、剪力和水平位移分别为700.5 kN•m,159.6 kN,2.39 mm,位于右隧洞开挖盾构刀盘已侧穿穿越第二排桩,而盾尾刚进入第一排桩对应工况;(3) 千斤顶推动盾构机前行时,在盾尾衬砌管片外围形成建筑空隙,是引起地层损失的主要原因;(4) 桥桩实体结构单元变形挠曲方程通过桩位移离散点监控数据拟合,由此计算盾构推进各工况高架桥桩的弯矩和剪力,经典案例验证表明,桥桩实体结构的弯矩和剪力计算方法可行。     

带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层位移和衬砌应力分析

 盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是城市轨道交通安全控制的关键课题。由于目前该领域较少考虑隧道衬砌与土体相互作用带来的影响,尤其是较少针对衬砌应力进行分析,由此提出带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层变形计算方法;同时考虑地层与衬砌之间的非对称收敛协调变形模式,建立带衬砌隧道开挖的Airy应力函数解析解答。通过实例研究,得到带衬砌隧道非对称变形模式下的地层沉降和水平位移曲线,并与实测数据进行对比验证;通过参数分析,获取土体和衬砌的材料特性、隧道几何特性以及隧道埋深等主要参数对浅埋隧道开挖地层变形和衬砌应力的影响规律。结果表明：非对称收敛变形模式对地层位移的影响明显,在此条件下得到的沉降槽和水平位移曲线与实测值吻合较好,地表最大沉降值更接近于实际;隧道半径或土层硬度对土体沉降最大值有较大影响,减小半径和硬化土层对减少土体沉降量效果显著,而衬砌几何参数的改变对沉降量的影响不大;衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈倒“8”字分布,而弯矩随着k值的增大,沿圆周方向由“8”字形向“0”字形过渡,最大轴压力和最大负弯矩发生在拱腰位置,土体侧压力系数k的取值对衬砌轴力和弯矩的分布和大小影响明显。分析成果可为正确预估软土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

Interaction of twin tunnels and shallow foundation at Zand underpass, Shiraz metro, Iran

Tunnel construction in urban areas may inevitably require crossing close to adjacent structures. In this paper, the driving of Shiraz metro twin tunnels beneath Zand underpass of a major municipal artery built 15 years ago has been analyzed. The earth pressure balance (EPB) operation parameters consisting of face pressure, grout pressure and thrust force, which are effective on the ground movement and tunnels-underpass interaction, were investigated. For precise analysis, the effects of twin tunnels construction on modification of normal forces and bending moments of the underpass structural members and first tunnel lining were also studied. The results showed that, face pressure as compared to grout pressure and thrust force had a more significant impact on the underpass settlement. The rate of displacement differences because of increasing those EPB operation parameters at tunnel crown was greater than the surface and piles toe of the underpass. The changes in normal forces of the underpass were greater than bending moments, which could be related to high bending moment of the underpass members. The normal forces showed remarkable variations in the upper concrete plate of the underpass. The effects of second tunnel construction on the first one, regarding to the changes in normal forces, bending moments and displacements showed less than 10% increment.     

双侧盾构平行推进对邻近深大桥基的影响分析

以南京纬七路高架桥工程为背景,分析了双侧平行盾构推进时对近邻高架桥桩基的竖向位移、水平位移和轴力的影响,研究了双侧盾构推进时合理的盾构推进间距。分析结果表明：近接桩基施工所引起的地表沉降、桩基水平位移和竖向沉降以及桩基轴力增量均不大,小于相关规范规定;双侧盾构推进合理推进间距为80m～100m。     

Ground surface settlements due to construction of closely-spaced twin tunnels with different geometric arrangements

This paper examines the ground surface settlement profiles due to the construction of closely-spaced twin tunnels using the shallow tunnelling method. In the concerned zone, where the twin-tunnelling was performed in stacked and offset arrangements, the ground surface settlements of in total 18 cross-sections were continually recorded during construction. To cater for different conditions of the twin tunnels in the concerned zone, partial face, full face and forepoling reinforcement schemes were adopted. The recorded surface settlements and settlement troughs of three typical sections are reported and illustrated. The surface settlement troughs induced by each of the twin tunnels are fitted by the Gaussian function. The parameters that characterize the surface settlement troughs induced by each of the twin tunnels, such as the maximum settlement, percentage of ground loss, trough width and empirical trough width parameter are presented and compared.     

软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。     

边载作用下隔离桩隔离效果的影响因素研究

以港珠澳大桥海底沉管隧道基础沉降控制研究为科研背景,为研究岛头边载作用下隔离桩隔离效果的影响因素,进行了8组室内模型试验,分别研究了隔离桩桩长、桩径、桩间距及隔离桩距减沉桩距离S₁等因素对隔离效果的影响。试验结果表明：减沉桩桩身最大轴力、弯矩随隔离桩桩长的增加而减小,并且当隔离桩桩长达到所需的嵌固深度时,对弯矩的隔离效果非常显著;隔离桩桩径的增加或桩间距的减小不仅提高隔离桩对竖向变形的隔断能力,同时也使得隔离桩之间土拱效应增强,减沉桩桩身最大轴力、弯矩随着隔离桩桩径的增加而减小,随隔离桩桩间距的减小而减小,同时,当隔离桩桩间距达到8D时,对轴力与弯矩的隔离效果可以忽略不计;减沉桩桩身最大轴力随S₁的减小而减小,而S₁的变化对弯矩的隔离效果影响不显著;研究成果可为隔离桩的应用提供较好的参考。