地铁盾构隧道近接桩基的施工力学行为研究.doc

地铁盾构隧道近接桩基的施工力学行为研究
摘要: 针对城市地铁新建隧道近接既有民房桩基的工程情况,进行了三维有限元数值模拟的施工力学行为研究。研究结果表明,近接桩基施工将引起新建隧道自身结构特别是与既有桩基近接一侧边墙,有不利的受力状况和变形特征。因此,需要采取加固措施,以确保隧道自身结构以及近接建筑物的安全。本文研究对城市地铁隧道的近接施工,有一定参考价值。关键词: 盾构隧道; 近接施工; 既有桩基近年,由于土地价格上扬,城市土地用地不足等, 重叠隧道工程等建设中遇到了相类似的问题,给设计城市急剧向郊区扩大,土地高度利用化,而近接既有地和施工带来了极大难题。下结构物进行近接施工的工程,大量涌现。因此在这种情况下,最主要的问题是施工中对既有结构物的影响问题以及自身近距离施工时的影响问题。概括讲, 如何把对环境的影响减少到最低限度,是地下建筑物在近距离条件下施工的核心问题。这一新动向和新问题, 目前已经引起了地下工程界和岩土工程界甚至包括地铁承包商在内的广泛重视。在日本,已将近距离条件下地下结构施工定义为“近接施工影响问题”[ 1 ] , 并且给以高度重视。在我国,随着近年来城市地铁交通事业飞速发展,已先后在北京、上海、广州的地铁一号线、广州地铁二号线以及目前在建的深圳地铁一期近期的近接工程与过去的比较,不仅工程规模大, 而且与既有地下结构物的间隔距离更小,例如,在建的深圳地铁一期工程天虹—岗厦区间隧道,在左线里程CK6 + 784. 155 处,与民房桩基近接距离仅为0. 31 m , 如图1 所示。可见,近接施工影响问题已变得非常严重。
为了确保近接施工中,新建盾构隧道自身结构的安全稳定,以及施工期间对既有结构物的影响减少到最低限度,本文将针对深圳地铁一期工程天虹—岗厦盾构区间隧道与民房桩基相互近接的施工力学行为, 从整体上包括新建盾构隧道、近接桩基以及上至地表环境,进行数值模拟研究。
1 工程地质概况
根据工程地质描述,天虹—岗厦区间地处宽阶地、冲积平原,地形平坦稍有起伏。工程勘测范围内自上而下围岩组成为:第四系全新统人工堆积层Q4ml (由粉质粘土的素填土组成) 、冲积层Qal4 ,(由淤泥质粉质粘3土组成) 、第四系残积层Qel 、及下伏燕山期花岗岩r5 (由砂质粘性土及全风化花岗岩组成) 。从整体上看, 本区段地质构造相对简单,无明显不良地层,围岩分类为I~ II 类。
2 盾构隧道近接既有地下桩结构的空间计算
2. 1 建模情况
(1) 最不利工况确定
根据设计施工图资料,可确定出盾构隧道近接既有地下桩基(民房桩基) 施工时的最不利工况,在左线里程CK6 + 790 处,与民房桩基近接距离仅为0. 31 m , 如图2 所示。因此,新建盾构隧道近接既有地下桩基的三维弹塑性数值计算将针对这种工况进行。
图2 盾构隧道近接桩基最不利工况模型(近距0. 31 m)
(2) 模型考虑
在建模中,为保证计算的准确性,对混凝土管片结构选用了等参8 结点空间板壳单元,对于周边围岩体选用了等参20 结点三维实体单元进行模拟,而对于福华新村1 栋楼(CK6 + 790) 桩基,则选用了三维梁杆单元进行模拟。在隧道和桩结构周边围岩体采用了细密单元,见图2 所示。本次计算采用通用大型有限元软件ANSYS 进行数值分析,以期获得理想