既有桩基对盾构施工参数的影响研究_张海彦

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盾构隧道穿越既有桥梁桩基础风险控制值的确定

方法，以期达到为类似工程提供借鉴和参考的目的．关键词：地下隧道；桥梁桩基础；剩余承载力；数值计算；风险控制指标
中图分类号：Ｕ４５６．３３；Ｕ４４３．１５文献标志码：Ａ
Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｒｉｓｋｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｕｅｓｉｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｏｆ
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地铁施工穿越既有桥梁监测要点

地铁施工穿越既有桥梁监控要点分析赵志国（北京城建勘测设计研究院有限责任公司北京 100101）摘要：地铁工程是穿梭于城市各大交通要道和人口密集区的大型地下轨道交通工程，大大的缓解了地上交通的压力。

也正是因为这个特点，在城市地铁建设的过程中，将会穿越各种构建筑物基础及市政管线，并对其产生不利的影响，其中便包括城市桥梁。

为保证城市桥梁在地铁施工穿越过程中的安全性，需对既有桥梁进行变形监测，本文就地铁施工穿越既有桥梁的监测要点进行讨论。

关键词：地铁施工穿越既有桥梁监测对于地铁穿越既有桥梁，针对不同桥梁结构形式、受力特点和评估状况，结合地铁施工所采用的施工工法，所进行的监测内容和风险分析有着不同的安全监测重点。

在地铁穿越之前，根据评估报告所提供的既有桥梁资料、监测控制值和风险控制重点，采用不同的监控量测手段，对既有桥梁的安全进行风险控制。

下面将从桥梁的不同部位逐一进行介绍。

一、桥梁基础按照基础结构形式的不同可分为扩大基础和桩基础。

扩大基础主要是依靠地基土体的承载力对桥梁基础进行支撑，地铁施工时周边土体的沉降对其影响比较直接，因此需进行基础沉降观测。

但采用扩大基础的桥梁相对较少，一般桥梁以桩基础形式居多，而桩基础的受力形式较为多样，因此需根据不同的形式特点单独进行分析。

桩基础按照桩基的数量分为，单桩式和群桩式。

①单桩式也叫独桩式，是基桩顶直接桥墩或地系梁，墩柱所传导下来的荷载直接作用到一根桩基上，因此对桩基周边土体的变形较为敏感，一旦地铁穿越过程发生桩基周边土体变形，就可能引起桥梁墩柱的竖向变形或水平位移。

②而群桩式基础，因为是多根桩基通过桩顶承台形成联合受力，因此对周边局部的土体抗干扰能力相对较强，但周边土体整体变形，仍可引起墩柱的竖向变形或水平位移。

按照受力形式分为端承桩、摩擦桩和复合桩基。

①端承桩即主要以端部承载，附以摩擦受力的桩基，一般桩底为卵石层或岩层等坚实地层。

摩擦桩对端部土体的竖向变形较为敏感，对腰部周边土体主要以水平变形影响为主，因此需根据具体的地铁穿越既有桥梁位置，来判断对既有桥梁安全影响的大小。

盾构地铁隧道施工对近接桩基的影响

盾构地铁隧道施工对近接桩基的影响摘要：近年来,由于中国社会经济的发展,城镇化活动的高涨,不少城市为减轻公共交通负担而兴建轨道交通。

随着轨道交通网络的高密度布置,极易对近接桩基等建设造成干扰。

所以,在轨道交通建设工程中采取盾构的建设方式,不但能够大大提高建筑质量,同时对周边影响小,目前已获得了普遍的使用。

故而,本章主要将针对隧道盾构施工技术在轨道交通建设中对近桩基的干扰现象展开探讨,结合具体的施工情况,提供一些有用的观点与意见,以便推动隧道盾构施工技术的合理运用,有效减少轨道交通施工对周边房屋与景观的干扰。

关键词：地铁；隧道盾构；桩基；数值模拟1前言为合理解决由于城镇化建设过程中产生的城市道路问题,不少城市开始建设轨道交通,但是纵横交错的地铁网络,导致道路间的相交几率日益加大,由此导致地铁隧道建设对周围的建筑物形成很大的危害。

想要有效减少城市轨道交通施工方式对周边建筑物以及周边环境的影响,目前较为普遍的方法就是也就是采取城市隧道盾构施工方式了。

本章重点通过对城市地铁隧道盾构施工方式对近接桩基的影响进行研究,并结合某城市的轨道交通施工案例,给出一些有用的观点与意见,以便更好推动这些施工方式进行更为合理的运用。

2工程案例某市地铁二号线在修建过程中，盾构隧道下穿桩基建筑，其对象为商用建筑和部分公共建筑。

其中该建筑为砖混结构，南北长度为120米，东西向宽度为10米，桩基的桩径为430毫米，设计桩长33.0米，桩间距为2米，沿南北分布。

在该市二号线地铁隧道穿越的区间内，隧道为平行双线轨道，盾构隧道外径为6.5米，内径6.0米，隧道左右线的轴线间距16.0米。

由于盾构隧道右线从建筑的南面下方穿过。

在下穿的区间内，其土质依次为杂填土，淤泥质粉质粘土，粉质粘土，沙砾和中风化砂岩等，而桩基位于淤泥质粉质粘土和粉质粘土中，盾构隧道在砂砾层中开挖推进。

在本工程中，为了有效研究隧道施工对于上覆土层以及软弱土层中桩基的影响，选择FLAC3D有限差分软件，利用数值模拟对于地铁盾构隧道施工过程中，近接桩基的影响情况进行有效的分析和研究。

桩基础与既有地铁隧道相互影响的研究进展

桩基础与既有地铁隧道相互影响的研究进展摘要：基坑工程穿越或近接运营中的地铁区间隧道施工，由于开挖卸载作用，必然引起临近地铁隧道产生相应的变形，并在衬砌结构上产生附加应力。

当隧道变形超过一定限度，轻则接缝漏水，重则导致地铁无法安全运营，所以对已运营地铁隧道的变形要求极为严格，变形的控制更是决定了工程的成败，如何准确预测和有效控制地铁隧道的变形已经成为此类工程成功与否的关键。

关键词：桩基础与既有地铁隧道相互影响的研究进展为了更好地了解该问题的研究现状，作者针对桩基础与既有隧道相互影响所涉及到的关键问题研究进展进行总结分析，根据工程设计施工中主要关心的问题，主要考虑桩基施工对既有隧道的影响、荷载作用下桩基础对既有隧道的影响和既有隧道对后续施工桩基础承载力的影响。

一、桩基础与既有地铁隧道相互影响分析1.工程实例概况。

该研究对象为某广场建设工程施工项目，广场建筑物主要包括塔楼与裙房，其中，塔楼的高度大约有四十多层，其主屋面的高度可以达到约180m，裙房有7 层左右，主屋面的高度可以达到38.20m。

在准备建设的项目中的裙房在地铁的上方，为了尽量降低隧道结构产生的附加荷载对建筑造成的影响，在对裙房进行设计时进行了跨越式设计，然后通过利用桩基础把隧道结构上部的荷载导入下部土层结构中，同时主要选用卵石持力层来作为桩端持力层，需要注意的是必须确保桩端持力层的顶面到隧道结构地面的距离控制在13m 左右，所以桩长需要29 到32m 之间。

2.离心试验模型。

本次试验操作的模型箱尺寸为0.7×0.36×0.5（m），试验选取现场土样，有3 层土层：第一层为密实的砂土，厚5cm；第二层为粉质粘土，厚35cm，模拟地铁隧道上方土层，粒径约是122μm 左右，土粒的密度为2.27kG/m3，把现场收集的土样进行晒干筛分处理。

采用有机玻璃模拟隧道，其弹性模量系数为6GPa，泊松比为0.3，模型管直径设计为100mm，壁厚约是10mm。

盾构施工对建筑桩基的影响研究

盾构施工对建筑桩基的影响研究【摘要】地下交通轨道建设是当下城市交通网络当中的重要构成，就地铁施工本身而言，需要考虑到的因素非常多，如地铁施工可能引起的地层、建筑物等的沉降，施工设计中浪费城市可建设用地等。

在这些问题当中，盾构施工非常关键。

从盾构施工的角度出发，本文将重点结合武汉市轨道交通8号线的建设实例，重点探讨盾构施工对建筑桩基的影响。

【关键词】盾构施工；建筑桩基；影响引言在我国城市化发展当中，许多城市在交通方面不断就地下轨道交通进行加速发展。

而在地下轨道交通施工设计中，为避免后期建筑物在基础施工工程中对轨道结构产生影响，建筑物离轨道结构一般留有不少的距离[1]。

在一定程度上，浪费了城市的可建设用地。

就地下轨道交通建设当中的可建设用地浪费问题，以下将从盾构施工方面，分析其施工设计对建筑桩基的影响，以此提出相应的问题解决方法。

1.地下轨道交通施工及其对建筑桩基的影响分析1.1 地下轨道交通施工地下轨道交通施工本身具有低能耗、高效率、城市空间利用率高等的优点，因此该交通方式也成为缓解城市交通拥堵的重要方式。

但是换一个角度来看，地下轨道交通通行的区域，在很大程度上都是地面建筑较多的区域，如此一来则必然会碰到地下轨道交通施工与其他建筑施工同时进行的情况[2]。

基于此，地下轨道交通施工中采用的施工方法多为盾构法。

所谓盾构法，其主要是指将盾构机械在地中推进，在盾构外壳、管片支承下，确保隧道不坍塌进行开挖，开挖则是使用盾构机的切削装置进行了，再通过出土机械将土体运出洞外，依靠千斤顶于施工的后部加压顶进，由此逐渐形成隧道结构[3]。

这种盾构方法最突出的优势在于，开挖的安全性较高，掘进的速度快，对地面交通、设施不产生影响或影响较小。

1.2 地下轨道交通施工对建筑桩基的影响分析在地下轨道交通施工当中，盾构施工对建筑桩基的影响包括如下方面：盾构施工当中，穿越重要的构筑物，如穿越高速铁路、立交桥等构筑物时，则需要充分考虑到施工对构筑物造成变形的影响[4]。

地铁车站暗挖隧道施工对既有桩基的影响

地铁车站暗挖隧道施工对既有桩基的影响内容摘要：摘要：针对广州地铁五号线西村站暗挖隧道的设计和施工方案，运用有限差分方法，论证了地铁车站暗挖隧道施工过程中，其附近的既有桩基的受力特性及位移变化规律，提出了相应的施工关键工序和有效、合理的预加固措施。

研究结果表明：桩侧呈负摩阻力状态，对桩基的受力非常不利；高架桥桩基最大轴力递增了30%，最大弯矩递增了2倍多，安全系数降低了40%，相应地高架桥桩基承载能力降低了40%，需注意关键工序施工；高架桥桩基属于端承桩，在隧道施工过程中，桩端承载力不足，需采用相应的加固措施；人行桥桩基内力变化不大，但位移较大，在隧道施工过程中，应密切注视上部结构的变化；人行桥桩基属于摩擦桩，但桩周土体剪应力标准值小于计算剪应力，也需要采用加固措施。

关键词：隧道工程；地铁车站；暗挖隧道；既有桩基1引言接近既有结构物进行城市地下铁道施工的实例越来越多，因此，接近施工技术已成为隧道施工技术的一个重要构成部分。

接近施工与一般施工不同，必须在设计、施工各阶段中考虑到对既有结构物的影响。

在接近施工中，究竟采用什么样的措施，与既有结构物和新设结构物的位置关系、影响程度、既有结构物的种类和重要程度等有密切关系，在设计、施工中必须慎重地加以研究[1，2]。

针对以上情况，对广州地铁五号线西村站暗挖车站隧道接近施工进行了数值模拟分析，以解决设计和施工中存在的问题。

广州地铁五号线西村站暗挖隧道距离内环路高架桥桩基较近，其顶上有人行天桥桩基，距离明挖基坑也很近，且地下水发育，水位距桩顶2m左右，设计方案拟采用明挖基坑施工完成后再开挖隧道。

研究断面情况如图1所示。

计算的目的是为了弄清隧道施工期间，其开挖及支护对既有桩基的影响，从而确定设计方案及措施。

2计算情况2.1施工过程模拟在隧道施工之前，先施工明挖基坑防护桩，随后开挖基坑，施工基坑底部桩基，待其底板浇注并达到设计强度后，再开挖隧道。

隧道施工采用中隔壁(CD)法施工[3，4]，循环进尺为1.2m，初期支护紧跟掌子面，先开挖中隔壁内侧，后开挖中隔壁外侧，开挖顺序为先开挖中洞，再开挖左洞，最后开挖右洞，等三洞初期支护全部施工完毕后，再拆除临时支护，最后施作二次衬砌。

桩基施工对邻近既有地铁隧道影响的数值分析

第50卷第2期中南大学学报(自然科学版) V ol.50No.2 2019年2月Journal of Central South University (Science and Technology)Feb. 2019 DOI: 10.11817/j.issn.1672−7207.2019.02.019桩基施工对邻近既有地铁隧道影响的数值分析丁智，张霄(浙江大学城市学院土木工程系，浙江杭州，310015)摘要：采用数值分析方法，建立桩−隧相互作用的三维有限元模型，通过改变桩−隧相对位置、隧道埋深、水平净距、桩基半径和考虑群桩因素，研究静压桩基施工对软土地区既有地铁隧道的影响。

研究结果表明：桩基侧面施工引起的隧道变形较大，且随着桩身与隧道水平净距增大，变形在传递过程中不断衰减；浅埋隧道受扰动影响较为敏感，产生变形较大；桩基半径增大也会加剧隧道结构的变形；桩基邻近既有地铁隧道施工的影响区可划分为强影响区、一般影响区和弱影响区；群桩中的已存在桩对挤土效应具有阻挡效应。

关键词：桩基施工；盾构隧道；隧道变形；影响分区中图分类号：U459；TU473 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2019)02−0390−10 Numerical analysis of influence of pile foundationconstruction on adjacent metro tunnelDING Zhi, ZHANG Xiao(Department of Civil Engineering, Zhejiang University City College, Hangzhou 310015, China)Abstract: The method of numerical analysis was used to establish three-dimensional finite element model of pile-tunnel interaction, and the influence of static pressure pile foundation construction on existing metro tunnel in soft soil was studied by changing the relative position of the pile-tunnel, the tunnel depth, the horizontal distance, the pile radius, and considering the group piling effect. The results show that tunnel deformation caused by the side of pile foundation construction is large. With the increase of net distance between pile and tunnel, the tunnel deformation is continuously attenuated in the process of transmission, and the degree of influence is gradually weakened. The shallow tunnel is sensitive to disturbance and presents huge deformation. The increase of pile radius will also aggravate deformation of the tunnel structure. It is proposed that the influence of pile construction adjacent to the existing metro tunnels is divided into strong influence areas, general influence areas and weak influence areas. It has been verified that the existing piles in the pile group have a blocking effect on the squeezing soil effect.Key words: pile foundation construction; metro tunnel; tunnel deformation; affected area近年来，随着我国城镇化进程的不断推进，各省市不断加快地铁隧道的建设，地铁线路也日益网络化、规模化。

既有地铁隧道受盾构长距离并行影响的自动化变形监测研究

2023/ 10 31既有地铁隧道受盾构长距离并行影响的自动化变形监测研究作者简介：张立锋（1980－），男，汉族，本科，高级工程师，研究方向：地铁变形监测。

E-mail：***************张立锋1 杨嘉威1 顾城玮2（1.广东省重工建筑设计院有限公司，广东广州 510670；2.河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作 454000）摘　要：为监测某市在建地铁区间隧道在掘进过程中导致的既有运营线路位移变形，采用两台自动型全站仪在既有线内开展自动化联测，获取2022年1月至2023年3月既有线变形情况，变形表现为竖向隆起、横向朝远离盾构一侧位移，最大竖向位移为2.08mm，最大横向位移为-6.67mm；利用2022年8月该区域实测水准数据验证监测结果精度，绝对误差均小于1mm，标准差为2.27mm，均方根误差为0.48mm，证明监测精度较高，多站联测外业布设方案可靠。

关键词：地铁隧道；自动化监测；盾构长距离并行；全站仪联测1 引言随着城市地铁线路的高速发展，在建地铁车站或隧道与既有运营地铁线路之间的近距离施工日益增多。

在临近既有运营地铁线路施工时，可能导致开挖面周边土层孔隙水压力平衡破坏，岩土体产生隆起、下沉或侧向位移[1]，使既有运营地铁线路产生变形，影响地铁运营安全，因此要对既有运营地铁线路开展变形监测，为施工安全及地铁运营风险提供必要信息。

传统测量手段如水准仪、全站仪等，常被用来监测既有运营地铁线路的变形，虽能获取精度较高的数据，但也存在工作量大、人力成本高，且无法实现连续监测等问题。

自动型全站仪在传统全站仪基础上集成了马达驱动系统和自动目标识别等装置，可实现目标棱镜的自动搜索、照准、跟踪和测量，具备全时段、高效率、实时性等优势[2]，为地铁隧道变形监测提供了新的技术手段。

上世纪90年代起，诸多学者对自动型全站仪在变形监测中的应用展开了大量研究与开发，徕卡公司最早研发了TCA+APS Win 自动化监测系统，在德国地铁中开始了地铁隧道监测，此后又于本世纪初升级开发了GeoMoS 系统，应用于上海、南京等城市的地铁隧道监测[3]；张庄学等[4]在湖南某发电站进行了大坝变形自动监测，开发了SMDAMS 自动监测系统，证明自动型全站仪可实现连续观测，结果可达亚毫米级要求；张正禄等[5]结合工程需求，在武汉长江大桥和三峡库区的变形监测中采用了自主研发的测量机器人变形监测系统，并将该系统进行推广。

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（1）地层及桩基参数的选取以北京地铁10号线的复合地层为研究对象，其物理力学参数见表1。表中：为泊松比；k0 为静止侧压力系数；Es 为压缩模量；为土体重度；C 为粘聚力；为土体内摩擦角。
表1 复合地层物理力学参数 Table 1 Physical and mechanics parameters of composite stratum 土层人工填土粉土卵石砾岩地层厚度 /m 3.00
eq 12 22
cq p
式中
(2) (3)
为摩擦系数； p 为接触压力值。
图 1 单桩荷载分解示意图 Fig. 1 Load decomposition diagram of single pile
对于桩端阻力和桩侧阻力分担桩顶荷载的比例系数、，Geedes 没有给出其具体值，但从桩基受力分析可知，比例系数的大小与桩的承载类型、桩长、桩径等有关。故可利用桩基、地层的三维弹塑性有限元计算结果及上式可反算出比例系数、。
网络出版时间：2016-02-24 15:02:58 网络出版地址：/kcms/detail/32.1124.TU.20160224.1502.008.html
第 xx 卷 xxxx 年
第x期 x月
岩
土
工
程
学
报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
图2 单桩有限元计算模型 Fig. 2 The FEM calculated model of single pile
（2）计算工况的选取
第x期
张海彦，何平等. 既有桩基对盾构施工参数的影响
xxxx
以不同桩长，不同桩径进行工况组合，见表3。
表 3 摩擦型桩工况组合 Table 3 The case combinations of friction piles 竖向荷载/MPa 1 1 1 桩径/m 1.2 1.5 1.8 工况 1 10 10 10 桩长/m 工况 2 15 15 15 工况 3 20 20 20 桩径 /m 桩长 /m 10 1.2 15 20 10 1.5 15 20
─────── 收稿日期: 2105–05–18
xxx
岩土工程学报
xxxx 年
在分析盾构隧道施工对桩基附加内力和变形的影响时，两阶段法、整体法及室内试验法均很少涉及既有桩基的存在对盾构施工参数的影响。此外，在以往的研究[3-4]中，盾构施工参数的取值主要取决于地层的初始应力。然而，由于桩基的存在，使得地层会产生附加应力，因此，盾构施工参数的选取应取决于地层初始应力和桩基引起地层的附加应力。鉴于此，本文将应用理论分析和数值模拟对桩基影响区域和非影响区域内的盾构施工参数进行研究，为类似工程提供一定的借鉴和参考。
摘
要：盾构隧道施工邻近桥梁桩基已成为目前研究的热点问题。针对盾构施工参数取值在工程中的应用价值，利用
三维弹塑性有限元分析了桩基引起地层的竖向附加应力，反推出了 Geedes 式中的桩端阻力、桩侧阻力分担桩顶荷载的比例系数与桩长的数学表达式，并将 Geedes 竖向附加应力影响范围与 Randolph 提出的影响半径对比分析后，给出了桩基影响区域和非影响区域的界定半径；基于支护压力、注浆压力的理论取值范围及单位长度上土体损失量等于沉降槽面积的条件，利用三维弹塑性有限元进行计算分析，给出了支护压力、注浆压力在桩基非影响区域内的建议取值和土体损失的计算表达式；基于桩基非影响区域内盾构施工参数的建议取值及桩基对地层产生的附加应力，给出了桩基影响区域内盾构施工参数建议取值的数学表达式。研究结果表明：工作面的土压力阻力选取工作面静止土压力合力，注浆压力选取 1.1 倍的隧道埋深处水土压力时，对地层的扰动较小。关键词：支护压力；注浆压力；土体损失；附加应力中图分类号：TD853.34 文献标识码：A 文章编号：作者简介：何平(1961–)，女，博士，1985 年毕业于清华大学水利工程系，现任教授，主要从事隧道及地下工程，岩土工程，冻融过程与寒区工程等研究方面的工作。
在北京地铁10号线所穿桥梁中，桥梁的下部结构多采用摩擦型桩[6]，故本节以摩擦型桩作为研究对象，桩基采用C20混凝土制成，其物理力学参数见表2。
表 2 桩基的物理力学参数 Table 2 Physical and mechanics parameters of piles 桩基材料 C20 重度/kN·m-3 25.0 泊松比 0.2 弹性模量/MPa 25.5
Vol.xx No.x xxxx, xxxx
既有桩基对盾构施工参数的影响研究
张海彦 1,2，何平 1，闫国新 3，王剑晨 4，刘喆 1
(1.北京交通大学，北京 100044；2.中国土木工程集团有限公司，北京 100038；3.中国新兴保信建设总公司，北京，100037；4.北京城建设计发展集团有限公司，北京，100034 )
Abstract: Tunnel construction adjacent bridge pile foundation has become a hot issue at present. In view of the value of shield construction parameters in project, the vertical additional stress of the pile foundation is analyzed by using three-dimensional elastic-plastic finite element method; The mathematical expression of pile length and proportion coefficient are introduced; The radius of impact area and non-impact area of pile are defined through comparing the additional stress influential area generated by piles and the influence radius which put forward by Randolph; The optimal values of tunnel face pressure, grouting pressure in the non-impact area of piles are obtained by three-dimensional elastic-plastic finite element analysis, under the condition of theoretical value of tunnel face pressure, grouting pressure; The calculation expression of the ground loss are introduced under the condition of the soil loss per unit length equals to the area of settlement trough; Combining the optimal value of the shield construction parameters in the non-impact area and the additional stress generated by piles, the mathematical expressions of shield construction parameter are achieved in the impact area. The results show that: when the soil pressure resistance of tunnel face equal to the static soil pressure of tunnel face, and the grouting pressure equal to 1.1 times the soil and water pressure in top surface of tunnel, the disturbance on the stratum is relatively slight. Key words: tunnel face pressure ; grouting pressure; ground loss; additional stress
The existing pile effects on parameters of shield tunneling
ZHANG Hai-yan1,2, HE Ping1, YAN Guo-xin3, WANG Jian-cheng4, LIU Zhe1
(1. Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；2. China Civil Engineering Construction Corporation, Beijing 100038, China; 3. China Xinxing Baoxin Construction General Corporation，Beijing 100037，China；4. Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Limited ，Beijing 100034，China)
在有限元数值模拟中，x 方向取66.6m，y 方向取 46.3m， z方向取54m （如图2）。土体本构采用D-P准则，模拟单元采用 SOLID45 。桩基选用多线性等向强化 MISO本构模型，模拟单元采用SOLID65。桩土间的相互作用采用库伦摩擦模型的接触单元，当等效摩擦力 eq 小于临界摩擦应力 cq 时，桩土无相对位移产生，当等效摩擦力 eq 等于临界摩擦应力 cq 时，桩土发生滑移，其计算式为：