桩基施工及基坑开挖对既有公路隧道影响的研究

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我国轨道交通发展日新月异,桥梁与隧道、隧道与管线、隧道与建筑桩基等相互贯穿的问题也越来越多。桩基施工及会扰乱桩周围的土体,引起土体位移和应力变化,这种变化会进一步影响相邻的隧道,使得桩-土-隧之间相互影响。基坑开挖会扰动坑底土体,使紧邻隧道产生较大变形,影响使用造成安全隐患。本文以南京一快速化改造工程为依托,研究新建桩基及基坑对紧邻既有公路隧道的影响。具体研究思路和结论如下:(1)基于理论依据和工程实例,根据工程地形地貌特征和地质分布情况,建立三维数值分析模型,模拟泥浆护壁灌注桩施工全过程,分析既有隧道所受应力与产生的变形。重点分析桩基施工过程中桩周土沉降、隧道的位移和受力的变化情况。计算结果表明:桩周土体在地表处沉降最大,在桩底处上浮最大,桩周两侧土体在深度20m处水平位移最大;隧道在暗埋段表现为沉降,沉降值随着隧道纵向越来越小;在敞开段,隧道表现为隧道上浮,但上浮不明显;桩身灌注阶段隧道暗埋段的压应力大于泥浆护壁阶段,隧道敞开段的拉应力小于泥浆护壁阶段。衬砌最大拉、压应力均小于C35混凝土的标准强度,符合要求。(2)在钻孔灌注桩基础施工模拟基础上,进一步模拟了基坑开挖对既有公路隧道结构的受力与变形影响,并与灌注桩的施工所造成的影响相叠加。重点分析基坑底部土体回弹、隧道应力应变、围护结构的受力和侧向位移情况。计算结果表明:基坑底部由于卸荷效应导致的土体回弹值随开挖深度的增加呈非线性增长;隧道在基坑开挖范围竖向上浮,沿轴线方向呈正态分布,中间大、两边趋于零;水平方向向坑内移动;钢板桩侧向位移沿深度方向呈抛物线型,靠近隧道侧的钢板桩侧向位移小于远离隧道侧钢板桩。(3)对影响因素进行敏感度分析,分别考虑泥浆软化模量、土体的弹性模量、土体内摩擦角、内支撑间距、围护结构嵌固深度及接触面类型。采用单一变量的原则,逐一分析各影响因子变化的敏感程度,研究表明:泥浆模量小能提高钻孔效率,但是泥浆过稀,桩周土体和隧道位移越大,钻孔缩径问题越严重;土体和隧道位移变化与土体模量变化成反比,对土体模量的敏感度大于土体内摩擦角;支撑间距越小,钢板桩嵌固越深,坑底土体回弹和隧道上浮越小;粘结单元结构可模拟损伤破坏点,日后施工可支护加固,防止隧道塑性损伤产生裂隙。
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