盾构隧道开挖对邻近CFG桩复合地基的影响研究
发布时间：2021-04-12 07:26
近年来,随着城市建设的高速发展以及地铁兴建热潮的到来,盾构隧道下穿CFG桩复合地基的工程案例逐渐增多,如何准确预测复合地基变形并采取有效的技术措施将变形控制在安全范围是其核心问题。然而,目前针对盾构隧道开挖邻近CFG桩复合地基的影响机理研究尚不明确,亟待进一步研究。为此,本文依托实际的穿越工段,采用理论计算方法和有限元法对盾构穿越CFG桩复合地基的沉降变形和桩土内力变化进行研究并提出相应预防加固措施。其研究结论以期能为CFG桩复合地基设计及盾构隧道穿越施工控制提供理论依据与技术支持。首先采用迈达斯GTS/NX软件进行数值模拟,并通过两阶段法理论计算验证其可靠性,在此基础上,研究盾构隧道开挖引起土体附加作用对CFG桩复合地基的桩土受力变形规律。其次进行不同CFG桩本身设计参数对盾构隧道开挖的响应分析,最后考虑不同盾构开挖施工参数对CFG桩复合地基的影响并提出相应解决措施。所得主要结论如下:（1）对比盾构隧道开挖影响范围内前后桩、土受力状态,土体开挖对CFG桩复合地基内力影响较小,且桩体、桩周土体应力都有减小趋势,变化率为3%,隧道衬砌周围土体应力较大并有增大趋势,变化率为16%,说明盾构...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
盾构机工作原理示意图
科技大学硕士学位论文-11-（6）盾构机千斤顶推力图 2.2 盾构机工作原理示意图2.3 盾构开挖对桩土变形的两阶段计算方法盾构隧道施工使地下空间中原有的桩土之间稳固的持力体系破坏，地应力平衡打破，盾构开挖引起的土体损失产生附加位移，进而使桩体位移和内力发生变化。所谓两阶段法就是将桩土结构的变形分解成两个阶段进行理论计算：首先求解盾构隧道土体开挖引起的土体自由位移即无桩情况下土体的位移变形（本文所做研究是二维平面模型，只考虑地层损失，暂不考虑盾构机顶进力、衬砌摩擦力等影响因素）；其次将上一阶段计算出的土体位移作用到桩身从而出现负摩阻力使之发生位移变形。整个计算过程采用文克勒地基模型来实现，并作出如下基本假定[49]：（1）桩体截面不发生改变，桩、土都为线弹性体；（2）盾构开挖时考虑桩体的存在；（3）桩体为具有端承作用的摩擦桩；（4）桩顶为自由端，桩体与桩周土体无相对位移，可随土体一起移动。2.3.1 无桩土体的沉降计算盾构隧道开挖造成的地层损失所引起的土体附加位移计算公式为[50]：嘸 嘸 h嘸 h 嘸 h嘸 h 嘸 嘸 h嘸 h h h(式 2.1)
图 3.1隧道线路与建筑物竖向位置关系3.1.2 软件的建模分析流程步骤一：定义属性，属性的定义是模拟过程中的关键一步，直接影响到后续网格的选择和划分。根据岩土勘察资料及设计文件得到数值模拟参数见下表 3.1 所示，土体破坏准则为摩尔库伦模型。步骤二:建立尺寸为 h×b=40×50 m 的几何模型。步骤三:划分网格，根据所研究的对象及重点调整网格的疏密程度，网格的划分直接关系到计算的收敛性和准确性。隧道衬砌和桩体周围为重点分析区域，种子分布密度增大，网格尺寸减小。步骤四:根据所依托的实际工程概况，将模型进行必要的简化后再定义边界条件和荷载布置。边界约束条件为自动约束，上表面为自由面，基础部分每根柱的施加的等效荷载为 3000 kN。
【参考文献】：
期刊论文
[1]盾构开挖下邻近既有桩基的竖向响应分析[J]. 程康,夏唐代,梁荣柱,冯苏阳,徐日庆,王新刚. 岩土工程学报. 2018(S2)
[2]均质地基土体竖向位移对被动单桩的受力特性分析[J]. 田晓艳,谷拴成. 公路工程. 2017(01)
[3]CFG桩复合地基工作机理研究分析[J]. 郭聪,朱寿增. 土工基础. 2017(01)
[4]非均质地基中隧道开挖对被动单桩受力特性的影响[J]. 田晓艳,刘静. 武汉科技大学学报. 2016(02)
[5]不同埋置位置隧道对群桩影响的离心模型试验[J]. 马少坤,陈欣,吕虎,吴宏伟,江杰. 中国公路学报. 2015(08)
[6]地铁隧道开挖对单桩竖向承载力影响分析[J]. 谷拴成,熊家全. 科学技术与工程. 2015(22)
[7]基于两阶段法地铁盾构开挖对邻近桩基影响分析[J]. 王述红,赵贺兴,姜磊,李振涛. 东北大学学报(自然科学版). 2014(06)
[8]隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值分析[J]. 郭世博. 工程与建设. 2014(01)
[9]隧道开挖对周围土体及桩基影响的试验研究[J]. 孙庆,杨敏,冉侠,Leung C F. 同济大学学报(自然科学版). 2011(07)
[10]CFG桩复合地基褥垫层的试验研究和有限元分析[J]. 周爱军,栗冰. 岩土力学. 2010(06)
硕士论文
[1]盾构隧道施工对邻近建筑物的影响[D]. 赵星.河北工程大学 2017
[2]CFG桩复合地基工作机理分析[D]. 杨剑.西安工业大学 2016
[3]CFG桩复合地基承载特性的有限元分析[D]. 赵建会.燕山大学 2015
[4]盾构施工对邻近桩基的影响分析[D]. 满大伟.安徽建筑大学 2015
[5]盾构隧道开挖对地表及临近桩基的影响研究[D]. 杨永威.合肥工业大学 2014
[6]地铁隧道开挖对邻近建筑物群桩基础的影响分析[D]. 郭世博.合肥工业大学 2014
[7]隧道开挖对邻近桩基础的影响分析[D]. 李同禹.合肥工业大学 2013
[8]盾构隧道开挖对邻近桩基影响的数值模拟研究[D]. 马亚丽.大连理工大学 2012
[9]CFG桩复合地基桩土共同作用性状研究[D]. 熊钊.重庆大学 2009
[10]地铁隧道开挖对原有桩基工作性状的影响研究[D]. 朱逢斌.南京林业大学 2007
本文编号：3132896
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
盾构机工作原理示意图
科技大学硕士学位论文-11-（6）盾构机千斤顶推力图 2.2 盾构机工作原理示意图2.3 盾构开挖对桩土变形的两阶段计算方法盾构隧道施工使地下空间中原有的桩土之间稳固的持力体系破坏，地应力平衡打破，盾构开挖引起的土体损失产生附加位移，进而使桩体位移和内力发生变化。所谓两阶段法就是将桩土结构的变形分解成两个阶段进行理论计算：首先求解盾构隧道土体开挖引起的土体自由位移即无桩情况下土体的位移变形（本文所做研究是二维平面模型，只考虑地层损失，暂不考虑盾构机顶进力、衬砌摩擦力等影响因素）；其次将上一阶段计算出的土体位移作用到桩身从而出现负摩阻力使之发生位移变形。整个计算过程采用文克勒地基模型来实现，并作出如下基本假定[49]：（1）桩体截面不发生改变，桩、土都为线弹性体；（2）盾构开挖时考虑桩体的存在；（3）桩体为具有端承作用的摩擦桩；（4）桩顶为自由端，桩体与桩周土体无相对位移，可随土体一起移动。2.3.1 无桩土体的沉降计算盾构隧道开挖造成的地层损失所引起的土体附加位移计算公式为[50]：嘸 嘸 h嘸 h 嘸 h嘸 h 嘸 嘸 h嘸 h h h(式 2.1)
图 3.1隧道线路与建筑物竖向位置关系3.1.2 软件的建模分析流程步骤一：定义属性，属性的定义是模拟过程中的关键一步，直接影响到后续网格的选择和划分。根据岩土勘察资料及设计文件得到数值模拟参数见下表 3.1 所示，土体破坏准则为摩尔库伦模型。步骤二:建立尺寸为 h×b=40×50 m 的几何模型。步骤三:划分网格，根据所研究的对象及重点调整网格的疏密程度，网格的划分直接关系到计算的收敛性和准确性。隧道衬砌和桩体周围为重点分析区域，种子分布密度增大，网格尺寸减小。步骤四:根据所依托的实际工程概况，将模型进行必要的简化后再定义边界条件和荷载布置。边界约束条件为自动约束，上表面为自由面，基础部分每根柱的施加的等效荷载为 3000 kN。
【参考文献】：
期刊论文
[1]盾构开挖下邻近既有桩基的竖向响应分析[J]. 程康,夏唐代,梁荣柱,冯苏阳,徐日庆,王新刚. 岩土工程学报. 2018(S2)
[2]均质地基土体竖向位移对被动单桩的受力特性分析[J]. 田晓艳,谷拴成. 公路工程. 2017(01)
[3]CFG桩复合地基工作机理研究分析[J]. 郭聪,朱寿增. 土工基础. 2017(01)
[4]非均质地基中隧道开挖对被动单桩受力特性的影响[J]. 田晓艳,刘静. 武汉科技大学学报. 2016(02)
[5]不同埋置位置隧道对群桩影响的离心模型试验[J]. 马少坤,陈欣,吕虎,吴宏伟,江杰. 中国公路学报. 2015(08)
[6]地铁隧道开挖对单桩竖向承载力影响分析[J]. 谷拴成,熊家全. 科学技术与工程. 2015(22)
[7]基于两阶段法地铁盾构开挖对邻近桩基影响分析[J]. 王述红,赵贺兴,姜磊,李振涛. 东北大学学报(自然科学版). 2014(06)
[8]隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值分析[J]. 郭世博. 工程与建设. 2014(01)
[9]隧道开挖对周围土体及桩基影响的试验研究[J]. 孙庆,杨敏,冉侠,Leung C F. 同济大学学报(自然科学版). 2011(07)
[10]CFG桩复合地基褥垫层的试验研究和有限元分析[J]. 周爱军,栗冰. 岩土力学. 2010(06)
硕士论文
[1]盾构隧道施工对邻近建筑物的影响[D]. 赵星.河北工程大学 2017
[2]CFG桩复合地基工作机理分析[D]. 杨剑.西安工业大学 2016
[3]CFG桩复合地基承载特性的有限元分析[D]. 赵建会.燕山大学 2015
[4]盾构施工对邻近桩基的影响分析[D]. 满大伟.安徽建筑大学 2015
[5]盾构隧道开挖对地表及临近桩基的影响研究[D]. 杨永威.合肥工业大学 2014
[6]地铁隧道开挖对邻近建筑物群桩基础的影响分析[D]. 郭世博.合肥工业大学 2014
[7]隧道开挖对邻近桩基础的影响分析[D]. 李同禹.合肥工业大学 2013
[8]盾构隧道开挖对邻近桩基影响的数值模拟研究[D]. 马亚丽.大连理工大学 2012
[9]CFG桩复合地基桩土共同作用性状研究[D]. 熊钊.重庆大学 2009
[10]地铁隧道开挖对原有桩基工作性状的影响研究[D]. 朱逢斌.南京林业大学 2007
本文编号：3132896
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