双孔平行地铁顺穿桥梁对桥梁桩基础影响研究

利用有限元分析软件建立桥梁基础及双孔地铁的模型,模拟地铁盾构的施工工况。研究盾构施工前后地铁隧道、周边土体变形趋势及其对地铁顺穿桥梁的桩基础轴力、弯矩、水平变形及沉降的影响。分析结果表明:隧道施工造成隧道上部土体沉降,下部土体隆起,隧道呈现椭圆形;其顺穿桥梁桩基轴力、弯矩增加幅度较大,桩基在地铁隧道深度以上竖向沉降,在隧道深度下局部桩体隆起,桩身位移呈现“3”字形,最大位移位于隧道中心标高与隧道底标高之间。     

城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响研究

为了探究城市桥梁桩基施工对既有盾构隧道的影响,以某实际工程为例,采用Midas/GTS有限元软件建立了三维模型,并就新建桩基施工对既有盾构隧道的位移和受力影响进行了分析。研究成果表明,第一,桩基周围土体会因桩基施工扰动而产生以沉降为主的变形,桩周3.0倍桩径范围内土体受影响最大,且地层变形在竖向呈倒"V"型分布,距离地表越深,桩基施工引起的地层变形范围越小,变形程度也越轻;第二,桩基施工引起的既有盾构隧道管片变形以沉降为主,且最大沉降值为1.82 mm,出现在隧道顶部;其最大收敛变形出现在纵向,两条隧道的最大收敛变形值分别为0.49和0.83 mm;第三,新建桩基施工引起的管片轴力和弯矩增量分别为1.6%和3.5%,可见,埋深越大,桩周土体的约束力越强,这对隧道具有很好的保护作用。     

新建立交桥对邻近既有铁路路基变形影响分析

以某新建立交桥工程为依托,采用数值分析方法,分析新建立交桥施工全过程和运营荷载作用下对邻近既有铁路路基变形的影响。研究表明:新建立交桥引发邻近铁路路基的沉降值大于水平位移,且地层内水平位移分布较为均匀;邻近铁路路基的沉降值主要发生在桥体施工阶段,主要为由桥体荷载引发的地层附加应力导致的压缩变形,运营期荷载下引发的路基沉降相对较小;新建立交桥引发的邻近铁路路基纵向差异沉降较为明显,且距桥墩施工区域越远,沉降值越小;水平向差异变形较小,且分布较为均匀。     

基于修正剑桥本构模型的盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为了保证在我国黄土地区城市地铁盾构开挖在靠近桩基础时的安全性,降低盾构开挖对桩基础的扰动影响,基于ABAQUS数值模拟有限元分析软件,采用土体的修正剑桥本构关系,建立地铁盾构法开挖施工的三维有限元分析模型。对隧道盾构开挖过程中邻近桩基础的变形和地表沉降规律进行了计算分析。研究结果表明:隧道盾构对邻近桩基础的影响主要表现在桩基础的隧道埋深位置处,垂直隧道纵轴的水平方向(X方向)位移量上;在盾构开挖过程中,随着开挖面与桩之间距离d缩小,桩的水平方向位移逐渐增大;在d大致为[-0.5D,+0.5D]范围内时,变形最大;当d继续增大时,水平方向位移也继续增大,最终趋于稳定值。通过综合分析数值模拟计算和施工现场监测得到的地表位移变形曲线,可以发现在隧道轴线正上方位置地面的沉降最大,向隧道轴线两侧沉降逐渐减小,但在桩基附近的地表沉降相对较小,而桩顶承台也受到不均与沉降的影响产生偏移。在该隧道工程实际开挖中,需要加强承台不均匀沉降监测,以便及时采取控制措施。     

软土地区盾构施工对既有单桩工作性状的影响分区研究

为研究既有桩基位于拟建隧道周围不同位置时,隧道开挖对桩基产生的受力与变形规律,依托天津地铁3号线北站至铁东路站左线盾构区间项目,利用ABAQUS软件将隧道周围软土按照桩端径向、切向位置的不同划分为8个区,建立考虑软土修正剑桥本构关系的二维有限元模型,探讨隧道开挖后桩基分别处于设计荷载和极限荷载下的桩侧摩阻力和桩身位移变化规律,并建立隧道开挖对邻近单桩工作性状的影响分区。计算结果表明： 1）隧道开挖会使桩基近隧道侧产生负摩阻力,负摩阻力最大值随桩到隧道径向距离的减小而逐渐增大,随桩长的增大而逐渐增大; 2）隧道开挖会导致桩身极限侧摩阻力降低,当桩端位于隧道两侧分区时降幅较大,在10%~15%; 3）桩端分别位于隧道两侧、底部、顶部分区时,依次对桩身倾斜率、桩身挠曲变形和桩顶沉降的影响最显著; 4）提出能够对隧道开挖后既有单桩工作性状分区进行评价的指标,当桩端位于3区时,盾构隧道开挖造成单桩的综合影响程度最大,应加强施工监控措施。     

盾构下穿既有群桩基础受力特性数值分析

基于天津地铁7号线盾构近距离穿越立交桥群桩基础工程,建立三维有限元模型对盾构施工穿越群桩基础过程进行动态模拟,对群桩基础的轴力、剪力、弯矩和桩侧摩阻力随盾构开挖的变化规律进行了分析。结果表明,盾构穿越桩基础过程会导致邻近桩基础在盾构深度区域产生较大的轴力、剪力与弯矩。其中,轴力的增大集中在盾构到达前、穿越时与注浆3个阶段,产生的轴力比值为1∶4∶1;剪力与弯矩的变化发生1 D(盾构直径)深度范围内,且在垂直于盾构方向造成的影响远大于盾构掘进方向;盾构开挖后,盾构中心线深度以上的桩基础承受随桩深度减小的桩侧负摩阻力,导致群桩基础的承载力减小,桩基础处于较不利的受力状态。     

运营桥梁抬桩加固既有桩基础沉降分析及监测研究

为研究运营桥梁抬桩加固施工引起的既有桩基础扰动对结构安全性的影响,以沪渝高速(G50)太湖大桥抬桩加固施工为背景,采用有限元软件建立桥墩和基础(一半结构)有限元模型,分析抬桩施工过程桥墩位移规律和既有基桩弯矩;抬桩施工过程中,基于现有流体静力水准系统(HLS),在墩身内侧布置2个监测点,进行墩身沉降在线监测。结果表明:抬桩施工过程对既有桩基础沉降无影响,承台扩大后改善了既有基桩抗弯性能;监测期间,施工和车辆荷载对既有桩基础(桥墩)沉降的影响表现为数据整体平稳基础上的波动,无施工及车流量小的夜间,消除弹性变形(沉降)后的最终平均沉降约1.2mm;采用高精度的HLS可实现施工过程中桥墩(基础)沉降的在线监测,提高了效率,综合保障了运营桥梁的安全。     

超大直径水下盾构隧道近接施工力学行为分析

为探明海域复合地层条件下,水下超大直径盾构公路隧道近距离开挖对既有隧道的影响,文中以珠海横琴马骝洲交通隧道为研究背景,采用数值计算和现场试验相结合的方法,得到了由盾构施工引起的既有隧道附加内力及变形变化规律。分析数据可知:盾构施工会引起管片的二次附加内力,拱顶弯矩和拱底轴力受隧道开挖的影响程度较大;由开挖引起地表沉降影响范围约为5倍隧道洞径,盾构在近距离施工产生的荷载对既有隧道有挤压变形的效果,两侧拱腰会随着隧道掘进而逐渐向内产生二次收敛变形。     

盾构隧道近距离穿越群桩基础的影响分析

以长沙地铁1号线新河三角洲站—开福寺站区间隧道为工程背景,利用FLAC3D有限差分方法模拟盾构隧道近距离侧穿桩基的施工过程,揭示了盾构隧道侧穿桩基对地表沉降、桩基变形与内力的影响规律。研究表明盾构隧道掘进过程中将会引起邻近桩基发生平行于盾构轴线和垂直于盾构轴线两个方向的挠曲变形,从而导致桩基内部产生较大的附加轴力和弯矩;桩基础的应力和变形都与盾构的推进过程密切相关,在盾尾穿越桩位前后0.5 D距离范围内达到最值。     

类矩形盾构隧道下穿引起既有隧道竖向位移计算方法研究

为探究类矩形盾构隧道施工对既有隧道造成的影响,得到既有隧道竖向变形规律,基于随机介质理论并结合累积概率曲线计算土体损失造成的土体竖向位移,再通过转动错台协同变形模型计算既有隧道竖向位移;针对新建类矩形盾构隧道下穿既有隧道,以土体损失作为造成既有隧道沉降的唯一因素开展室内模型试验,并对拱顶位移进行施工全过程测量,将实测值与理论计算结果进行对比验证。研究结果表明： 1）理论计算结果与实测值较为吻合,证明了理论计算方法的可靠性; 2）类矩形盾构隧道下穿既有隧道造成既有隧道沉降的规律与圆形隧道一致; 3）由于土体损失,新建隧道下穿会导致既有隧道发生沉降,在新旧隧道投影交汇处的既有隧道拱顶变形最大; 4）既有隧道拱顶沉降变形随着开挖面的掘进逐渐增大,且存在一个快速变形的阶段。     

基于FLAC3D的大直径实心桩承载性能数值模拟研究

基于FLAC3D模拟软件，对大直径实心桩竖向及横向的承载性能和变形特性进行数值模拟。深入而全面的研究了大直径实心桩的受力机理、承载性能与变形特性，得出以下结论：本次模拟的大直径实心桩的单桩承载力极限值为82000kN，单桩承载力特征值为41000kN，水平承载力极限值为1750 kN，水平承载力特征值为1000 kN。随着竖向位移的增大，桩周土体的沉降随着距离桩体距离的增大而减小，桩端土体与桩体和桩周土体相比沉降较小，模型承受荷载过程中桩身的压缩量较大。在各级荷载作用下，桩身轴力随着深度的增加而减小，至桩端处桩身轴力几乎降至为零。在施加水平荷载之后，桩顶部分的水平位移最大，随着桩体埋藏深度的增加，桩身位移迅速减小至零，桩身弯矩随着桩体埋藏深度的增大呈先增大后减小至零。     

桥梁桩基础施工对既有明挖隧道变形影响研究

以某桥梁跨越隧道工程为研究背景,运用有限元软件模拟桥桩基础施工过程,并针对桩基础不同开挖深度对地铁隧道的影响展开对比分析,研究表明:在桥梁桩基础施工过程中,东西双向隧道拱底、隧道左、右拱腰以及桩基础周边土体变形规律均呈对称分布;靠近隧道附近施工对隧道拱底和拱腰的变形影响最大;桩基础开挖深度未超过隧道时,地表沉降与桩周土体水平位移均随着开挖深度的增大而变大,当开挖深度超过隧道位置后,地表沉降与桩周土体位移将不再受开挖深度的影响,其结论可为类似桥梁跨越隧道工程研究提供参考与借鉴。     

盾构施工对邻近群桩基础影响的数值模拟研究

邻近群桩基础的盾构施工是一种常见的工程问题。通过三维有限元模型分析并对比现场监测数据对盾构施工过程中距盾构机1/2D处群桩的沉降规律进行了研究,进一步结合有限元结果对弯矩和轴力规律进行探讨。结果表明:盾构施工过程中盾构外压力对邻近桩的影响较为明显。     

盾构隧道掘进施工对邻近既有建筑的影响分析

盾构隧道掘进过程中,会对周围土体产生扰动和变形。当变形达到一定程度时,会危及邻近建筑物的正常使用。基于有限差分软件FLAC 3D建立三维数值计算模型,模拟不同临近距离和不同建筑层高工况下盾构隧道掘进对邻近既有建筑物的影响,选择既有建筑物沉降作为指标进行分析,对不同工况下既有建筑物的沉降变化曲线进行数据拟合,并与现场实际监测数据进行对比分析。研究结果表明：（1）不同临近距离工况下,随盾构掘进步数增大,建筑物的沉降逐渐增大。随临近距离增大,同一施工步下建筑物的沉降逐渐减小,沉降速率逐渐减小。（2）不同建筑层高工况下,随盾构掘进步数增大,建筑物的沉降逐渐增大。随建筑层高增大,同一施工步下建筑物的沉降先逐渐增大后逐渐减小。（3）盾构掘进过程中对邻近建筑物的主要影响区约为1.6倍隧道外径。研究成果可为类似盾构隧道掘进施工提供参考。     

复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片技术在实际工程中的应用

为解决由于施工原因导致的区间右线盾构隧道严重上浮事故,文章依托长沙地铁4号线长沙火车南站-光达站区间工程,根据事故隧道所处环境及地质条件,提出在软岩地层中利用复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片的处理方法,主要内容： 1）根据实测数据对线路进行拟合,确定缺陷盾构隧道的长度约为40 m,需处理管片为223～247环,共计25环管片; 2）采用模糊综合评价法对缺陷盾构隧道处置方案进行比选,结果表明在软岩地层中采用复合式衬砌全断面置换缺陷盾构隧道管片方案为最优方案; 3）采用有限元法分别研究单次拆除1环、2环、3环、4环管片时地层及管片的位移及应力变化,结果显示随着一次拆除管片环数的增加,围岩拱顶竖向位移逐渐增大并出现连通的塑性区,邻近第1环管片向隧道内竖向位移及向隧道外水平位移逐渐增大,管片逐渐被压扁,其弯矩、轴力值也逐渐增加,围岩及拆除区域附近管片结构体系越来越不安全,因此施工时需控制一次拆除管片的数量; 4）为确保管片置换时原盾构隧道结构体系的稳定,确保安全,做到快速施工,开发了一种新型台车及其施工方法,将其应用于实际工程。     

盾构隧道近距离侧穿高层建筑的影响探析

通过建立基于承台单桩的三维有限元模型,研究了盾构隧道穿越高层建筑桩基台的变形和内应力情况,并以此为基础分析了不同土仓压力、注浆压力和刚度折减系数下盾构隧道掘进对桩基性能的影响规律。研究结果表明:桩身与掘进方向垂直方向位移基本可以忽略不计;桩身沿掘进方向时,桩身绕承台沿盾构掘进方向发生挠曲变形;当桩身沿掘进竖直方向时,隧道中心沉降达到最大;由于承台的存在使得桩顶层负摩阻力区慢慢较小,最终成为正摩阻区;土仓压力的增大能告便桩身的位移方向,注浆压力越大,桩顶稳定态的沉降值越小,桩顶承载更多承台荷载;土体卸荷扰动减小,桩身挠曲变形减小,达到稳定状态时随对应的桩顶沉降也就越小。     

下穿隧道对既有桥梁结构影响的数值分析

依托某隧道穿越立交桥工程,运用MIDAS-GTS数值计算软件对隧道穿越既有桥梁桩基础、桥面、隧道衬砌的变形与内力变化情况进行分析。结果表明:受隧道掘进的影响,该桥梁临近桩基的顶部产生侧向位移与轴力最为明显,分别为4.48 mm、3057 kN;桥面中部沉降最大,为3.87 mm;隧道衬砌的顶部产生的竖向位移最大,为2.98 mm;隧道掘进对既有桥梁各方面的影响均在合理范围之内,满足隧道施工与桥梁运营安全的各项要求。对盾构掘进,提出了有关建议。     

水平循环荷载下饱和软土地基单桩基础模型试验研究

通过水平循环加载装置对某工程饱和软土地基单桩基础开展了水平循环荷载模型试验研究,探讨单桩基础的水平承载力和循环变形特性。结果表明:①桩周地基土体有不同形态的裂缝,桩周土软化后上部地基土会丧失部分承载力,危及桩基及上部结构的安全;②随着循环次数增加,桩身位移逐渐增大,建立了一种新的桩基位移预测计算模型,可根据该模型推算循环荷载条件下的桩基位移;③桩身最大弯矩值也随着循环加载次数的增加而显著增大,最大弯矩点出现于桩身的（3～4） D深度处。建议在设计规范中应充分考虑桩身弯矩的循环累积增大效应,在设计时应有足够的安全系数。     

复杂条件下暗挖隧道近距离穿越施工对既有桥梁的影响研究

为研究地铁隧道近距离穿越桥梁施工过程中的变形特点,基于深圳地铁5号线南延段某区间隧道下穿兴海大道立交桥工程,采用FEM方法对1#桥墩性状影响进行数值模拟分析。结果表明： 1）同侧桥梁上部结构沉降规律相同,最大值对应右线隧道正上方; 2）到隧道开挖面距离越小,桥梁结构受影响程度越大; 3）当开挖面到桥桩距离L=7D（跨径）时,桥桩开始受到施工影响; 4）当L=3D时,桥桩沉降速率显著增大; 5）隧道上方桥桩竖向沉降变形最大,且沉降随埋深增大而增大; 6）桥桩上部水平位移方向指向隧道,桥桩下部水平位移方向相反,且横向位移极值随桥桩到隧道距离增大而减小。采用层次分析法提出隧道施工过程中桥梁变形控制标准,并对减小沉降变形措施提出建议。隧道顺利穿越城市立交桥,验证了分析结果的合理性。     

基于试桩实测规律的大直径钻孔桩荷载传递分析

为建立适合黄河中下游以中密~密实粉土、粉细砂及可塑~硬塑粉质黏土为主要冲积地层条件的大直径钻孔桩承载变形计算分析方法,基于郑州市三环快速路工程6个场地18根试桩现场试验结果,在分析桩侧摩阻力和桩端阻力随桩土相对位移和桩端位移发挥规律的基础上,建立大直径钻孔桩桩侧荷载传递模型和桩端承载模型,并给出计算参数取值;通过工程实例计算分析验证计算方法的可行性与合理性,在此基础上,改变桩径、桩长等参数,进一步计算分析该场地条件下大直径钻孔桩承载及变形规律。结果表明:大直径钻孔桩桩径越大,Q-s曲线拐点越明显;荷载较小时,增加桩径对提高大直径钻孔桩承载变形性能的影响更显著;大直径钻孔桩承载性能的提高幅度随桩长增大明显减小,通过增加桩长来提高大直径钻孔桩承载性能存在有效性之问题;未注浆大直径钻孔桩呈现较明显的刺入破坏模式,桩径越大,桩长越小,发生刺入破坏时桩顶沉降变形越小;桩端后注浆可提高大直径钻孔桩有效桩长,随桩长及桩径增大,提高单桩极限承载力量值越大。