地铁盾构隧道近接施工对既有桥梁桩基力学行为的影响分析

摘要

随着城市现代化建设加快及城市轨道交通系统的迅速发展，城市地铁盾构隧道近接既有桥桩施工的工程案例越来越多，地铁盾构隧道近接既有桥桩施工对桩基的影响问题也逐渐成为工程及理论研究的热点。由于盾构施工会对地层产生扰动，从而引起桥梁桩基的附加内力及变形，当盾构隧道近接桥梁桩基施工时，对桩基产生的影响更大，存在的安全风险也更大。因此研究盾构隧道近接桥桩施工时对桩基力学行为的影响规律，是研究盾构隧道施工对桩基影响的一个重要内容。
　　本文对广州地铁6号线盾构隧道近接侧穿华南快速高架桥桥桩时对桩基力学行为的影响进行研究，首先以Loganathan解及荷载传递法为基础分析了盾构隧道近施工对桩基竖向力学行为的影响;在此基础上，基于Mindlin解及弹性地基梁理论进一步分析了对桩基水平力学行为的影响;然后通过FLAC3D软件模拟分析了施工过程中对桩基的影响，并将数值模拟计算结果与理论计算结果进行对比分析;最后，对现场监测数据进行了分析，并与数值模拟计算结果和理论计算结果进行了对比分析、验证。本文具体研究内容如下:
　　(1)调研国内外盾构隧道近接桩基施工的研究成果。归纳了国内外重要分析方法及主要影响规律，明确了盾构近接施工对桩基力学行为影响的主要因素，在此基础上，提出了理论分析、数值模拟分析、现场监测分析相结合的技术路线。
　　(2)分析盾构隧道近接施工对桩基竖向力学行为的影响。采用两阶段分析方法，首先以Loganathan解析解计算盾构施工引起桩身处的地层沉降，并施加到桩身，然后通过荷载传递法分析了桩基竖向力学行为响应，最后研究了桩基与盾构隧道间横向水平距离及隧道埋深对桩基竖向沉降变形的影响。
　　(3)研究盾构隧道近接施工对桩基水平力学行为的影响。首先基于Mindlin解建立了考虑盾构土仓压力、盾壳摩阻力、管片注浆压力三种施工荷载对邻近桩基产生附加水平荷载计算的力学模型，在此基础上通过弹性地基梁理论分析了附加水平荷载作用下桩基水平力学行为响应，并研究了桩基与盾构隧道间的横向水平距离及桩长对桩基横向挠曲变形的影响。
　　(4)通过FLAC3D软件建立三维实体模型，对盾构近接侧穿施工过程进行模拟，分析了盾构施工过程中对桩基的影响，并与理论计算结果进行了对比分析。最后对现场监测数据进行整理、分析，并将其与数值模拟及理论计算结果进行对比分析，验证数值模拟计算结果的准确性及理论计算分析方法的合理性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地铁盾构施工对地层变形影响研究现状

1．2．2 地铁盾构近接施工对桩基影响研究现状

1．3 研究的主要内容及技术路线

1．3．1 本文研究的内容

1．3．2 研究技术路线

第二章 盾构近接施工对桩基竖向力学行为影响分析

2．1 引言

2．2 盾构隧道开挖引起桩身位置地层沉降

2．3 盾构开挖引起单桩附加沉降位移计算

2．3．1 自由场桩身沉降位移计算

2．3．2 盾构开挖引起单桩附加沉降位移计算

2．4 实例分析

2．4．1 工程概况及相关参数取值

2．4．2 盾构隧道开挖对桩身竖向沉降变形的影响

2．4．3 盾构隧道与桩基间横向水平间距变化对桩身竖向沉降的影响

2．4．4 盾构隧道埋深变化对桩身竖向沉降的影响

2．5 本章小结

第三章 盾构近接施工对桩基水平力学行为影响分析

3．1 引言

3．2 力学模型及假定

3．3 盾构施工引起桩身附加荷载计算

3．3．1 盾构土仓压力引起桩身附加荷载计算

3．3．2 盾壳摩阻力引起桩身附加荷载计算

3．3．3 管片壁后注浆压力引起桩身附加荷载计算

3．4 桩基附加内力及变形的弹性地基梁解法

3．4．1 弹性地基梁法基本假设

3．4．2 弹性地基梁法求解桩基变形及内力

3．5 实例分析

3．5．1 盾近接施工引起桩基水平附加荷载分析

3．5．3 盾构施工引起桩身附加弯矩分析

3．5．4 横向水平距离对桩身横向挠曲变形影响

3．5．5 桩基桩长变化对桩身横向变形影响

3．6 本章小结

第四章 广州地铁6号线近接桩基力学性能模拟分析

4．1 引言

4．2 盾构区间工程概况及地质条件

4．2．1 工程概况

4．2．2 工程地质条件

4．3 盾构穿越工程数值模型建立

4．3．1 模型概况

4．3．2 模型材料参数的选取

4．3．3 数值模拟的实现

4．4 计算结果分析

4．4．1 桩身竖向沉降变形分析

4．4．2 桩身竖向应力分析

4．4．3 桩身横向挠曲变形分析

4．4．4 桩身水平应力分析

4．4．5 桥墩沉降变形分析

4．5 现场监测数据分析

4．5．1 监测方案

4．5．2 监测结果及分析

4．6 对比分析

4．6．1 监测数据与数值模拟结果对比

4．6．2 监测数据与理论计算结果对比

4．7 本章小结

5．1 结论

5．1．1 盾构近接施工对桩基竖直方向影响研究

5．1．2 盾构近接施工对桩基水平方向影响研究

5．1．3 桩基力学行为数值模拟影响研究

5．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果