太原地铁盾构隧道施工对邻近既有单桩的影响规律和控制措施研究

摘要

近年来，随着城市现代化建设的不断提高，大量高层建筑和高架桥梁坐落于城市中心区域，且桩基础形式在这些建（构）筑物被广泛采用，所以地铁盾构隧道难免会从既有建（构）筑物的桩基础附近穿过。由于地铁盾构隧道施工过程中会引起周围地层的移动，地层移动作用于桩体上会造成桩体产生附加变形和附加内力，从而会影响到桩基础的承载能力和稳定性。因此，研究盾构隧道施工对邻近既有桩基的影响及其控制措施具有十分重要的现实意义。
　　本文以太原地铁2号线南内环街至双塔西街盾构区间内盾构隧道近接迎泽苑1号楼为工程背景，利用数值模拟软件MIDAS-GTS，在综合考虑土仓压力、注浆压力、盾构机与周围土层的摩擦力、浆液硬化时间、盾壳与衬砌管片刚度转化和桩顶荷载的基础上，通过运用刚度迁移法研究分析了单线盾构隧道施工以及不同开挖顺序下的双线盾构隧道施工对邻近既有单桩的影响，研究结果表明单线盾构隧道施工后，桩体的水平位移、弯矩和附加轴力在隧道中心线附近处最大；桩体的沉降基本呈现桩顶大桩端小的线性变化，但两者相差不大；当盾构在桩体水平轴线前后6m的范围内掘进时，盾构隧道施工对桩体变形和内力的影响最为显著；双线盾构隧道与单线盾构隧道对既有单桩的变形和内力的影响大小顺序为：先隧道1后隧道2施工＞先隧道2后隧道1施工＞隧道1和隧道2同时施工＞大于只开挖隧道2施工；在双向隧道施工时由于扰动的加大，桩体上的负摩阻范围分别向上和向下扩散，导致桩体的轴力形态由“S”形向“C”形发展，并在隧道轴线附近达到最大，且最大轴力超过了桩顶荷载。
　　在此基础上，研究了先隧道2后隧道1施工时，注浆压力和土仓压力对邻近既有单桩变形和内力的影响，研究结果表明在一定范围内提高土仓压力和注浆压力可以降低桩身变形和内力，但随着土仓压力和注浆压力的增大，减小的幅度在逐渐降低；增大注浆压力比增大土仓压力在控制桩顶沉降、桩身轴力、X轴方向的变形和Y轴方向的弯矩方面要显著；增大注浆压力，桩体沿X轴方向的位移和桩体沿Y轴方向的弯矩的降低幅度明显高于桩体沿Y轴方向的位移变形和桩体沿X轴方向的弯矩的降低幅度，与增大土仓压力刚好相反。
　　最后通过正交试验研究了隔断保护措施中的隔离桩的桩长、桩径、桩间距对既有单桩的影响程度的大小，研究结果表明在隔离桩的桩长、桩径、桩间距三个参数中，桩长和桩间距对既有单桩的变形和内力最大，桩径影响较小；其中，对既有单桩的桩顶沉降和桩身附加轴力影响程度的大小顺序为：桩长＞桩间距＞桩径，对既有单桩的水平变形和弯矩影响程度的大小顺序为：桩间距＞桩长＞桩径。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容及技术路线

第二章 盾构隧道施工对近距离桩基的影响机理研究

2.1引言

2.2盾构施工原理

2.3 盾构隧道施工引起地层变形的因素

2.4 桩基础理论

2.5盾构隧道施工对邻近桩基的影响机理

2.6本章小结

第三章 盾构隧道施工过程的模拟实现

3.1 引言

3.2MIDAS-GTS有限元软件简介

3.3 盾构施工过程的模拟实现

3.4 数值模型与离心试验的对比验证

3.5本章小结

第四章 双线隧道盾构施工对侧方既有单桩的影响研究

4.1引言

4.2 工程概况

4.3 模型的建立

4.4单桩桩顶荷载的确定

4.5盾构施工过程的模拟

4.6双线盾构隧道右线施工对侧方既有单桩的影响分析

4.7双线盾构隧道不同施工方式对侧方既有单桩的影响分析

4.8 本章小结

第五章 盾构施工参数对侧方既有单桩的影响研究

5.1 引言

5.2 土仓压力的改变对侧方既有单桩的影响分析

5.3 注浆压力的改变对侧方既有单桩的影响分析

5.4 土仓压力和注浆压力对桩的变形和内力影响程度分析

5.5 本章小结

第六章 盾构隧道施工对邻近既有单桩的影响控制措施研究

6.1 引言

6.2 盾构隧道施工对邻近既有桩基的保护措施

6.3 隔离桩的有效尺寸分析

6.4 本章小结

第七章结论和展望

7.1 主要结论

7.2 不足与展望

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士期间发表的学术论文

附录B：攻读硕士期间参与的科研项目

附录C：攻读硕士期间参加的学术会议及进行的学术报告