盾构隧道穿越武广高铁高架桥对其桩基础影响分析

摘要

随着城市地铁和高速铁路建设的迅速发展，盾构隧道有时不可避免地会穿越高铁桥桩基础，对桩基础的安全性和稳定性产生一定的影响。本文以武汉市轨道交通11号线一标段教育中路站～药监局站区间盾构隧道穿越武广高铁高架桥工程为依托，采用现场监测和数值模拟相结合的方法，对盾构隧道穿越高铁高架桥桩基础的变形与受力规律进行了系统的研究。主要研究内容和成果有： （1）系统回顾了盾构隧道施工对地层以及桩基础影响的研究现状，指出了这些研究中存在和需要解决的问题。 （2）总结了隧道盾构施工引起的地层变形及桩基变形机理，为下文的数值模拟提供了理论依据。对魏新江锥形荷载模型下的地面最大沉降值公式进行了补充，提出了抛物线和余弦两种荷载模型下的地面最大沉降值公式，通过工程实例验证对比发现，本论文提出的余弦荷载模型下的地面最大沉降值公式更接近于实测值。 （3）根据盾构隧道穿越高铁高架桥工程的实测资料，对盾构隧道穿越时桩基周围的地表沉降、桥墩以及梁体变形进行了统计分析。结果表明：盾构施工引起的地表沉降主要产生在盾构穿越阶段，约占总沉降的60％，盾构离开监测断面45m以后，沉降曲线趋于平缓，二次注浆会使沉降曲线有一个明显的回升；盾构施工引起的桥墩竖向和水平位移非常小，盾构穿越期产生的位移约占总位移的70%；梁体竖向和水平位移主要是由盾构穿越期间引起的。 （4）利用MIDAS-GTS建立了三维有限元数值计算模型，对盾构隧道穿越高铁高架桥桩基础的施工过程进行了模拟，对高铁高架桥桩基、桥墩及梁体的受力变形规律进行了分析。结果表明：桩基与开挖隧道之间的距离不同，它的变形和受力规律不同，靠近开挖隧道内侧桩的水平变形明显大于外侧桩的水平变形，盾构隧道施工引起桩基弯矩的变化远大于轴力的变化；地表沉降、桥墩及梁体竖向位移模拟值与实测值基本吻合，模型尺寸和参数选取是合理的。 （5）采用数值模拟研究了盾构施工控制措施对桩基的影响，分析了土舱压力、管片千斤顶压力、注浆材料弹性模量和注浆压力这四种施工参数下，桩基轴力、弯矩、竖向位移和水平位移的变化规律。研究表明：土舱压力、注浆材料弹性模量对桩基影响较大，当注浆材料弹性模量增大到某一值时，桩基轴力和竖向位移变化趋于稳定；随着管片千斤顶压力、注浆压力的增大桩基的内力和位移都增大，但变化较小。

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