近距离加载对盾构隧道的影响

表2
结构 衬砌 轴向刚度 kN / m 1． 4 ˑ 10 7
衬砌结构参数
等效厚度 m 0． 35 重度 kN / m3 25 泊松比 0． 15
向位移随加载距离的变化 。隧道水平位移靠近加载侧为正 、 远离 加载侧为负； 竖向位移以向上（ 隆起） 为正， 以向下（ 沉降） 为负 。 从图 3 可以看出， 隧道受到单侧浅基础建筑加载作用后， 在水平 方向上向着远离加载的一侧移动； 在加载强度相同的情况下， 随 着加载距离的增加， 隧道的水平位移先增大后减小， 且均在 d = 0 时达到最大值， 隧道加载位于隧道正上方时达到最大值 。
［1 ］
隧 土层变化 道 变 移 h 动 横向尺寸随 d 和 l 变化
图 1 浅基础计算模型示意图 （ 单位：m）
q h 荷载变化
模型为 50 m， 桩基础模型为 80 m， 隧道顶部埋深均为 9 m， 加载宽
。
1． 2
计算参数确定
浅基础则考虑 10 kPa， 20 kPa， 40 kPa， 60 kPa， 80 kPa 五种加
表1
岩性名称 ③淤泥质粉质粘土 ④粘土 ⑤粘土 摩擦角 （ʎ） 9． 1 10． 5 17． 2 粘聚力 kPa 15． 6 17． 3 37． 22 压缩模量 MPa 2． 37 2． 67 6． 05
） 荷载宽度变化 （变 l 横向尺寸随 d 和 l 变化
图2
桩基础计算模型示意图 （ 单位：m）
弯曲刚度 kN·m2 / m 3． 02 ˑ 10 4 1． 01 ˑ 10 5 2． 43 ˑ 10 5 5． 85 ˑ 10 5
隧道所处土层变化 d 30 D （约 5D ） 隧道 隧 道 变 移 h 动 桩基持力层变化
载等级， 桩基础每层建筑荷载一般为 15 kPa 20 kPa， 考虑桩基础 20 层 及 30 层 3 种 情 况， 设每层建筑荷载为 建筑层高为 10 层、 20 kPa。土层参数参照表 1 取值。盾构隧道管片外径 6． 2 m、 内径 5． 5 m， 隧道衬砌结构参数根据实际情况进行折算后选取， 见表 2 。 对于建筑桩基， 在平面问题计算中， 根据刚度等效原则将桩 简化为桩墙， 折减后的桩身弹性模量按下式计算：
h
文献标识码： A E sp = πD πD E + 1－ E。 4l s 4l p
2
(
)
其中， E sp 为 桩 墙 的 弹 性 模 量， kN / m ； E p 为 桩 体 弹 性 模 量， kN / m2 ； Es 为土体弹性模量， kN / m2 ； l 为桩间距， m； D 为桩直径， m。
第 38 卷 第 31 期 2012 年11 月 文章编号： 1009-6825 （ 2012 ） 31-0195-03
山
西
建
筑
SHANXI
ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 31 Nov． 2012
· 195·
近距离加载对盾构隧道的影响分析
张
摘
喜
（ 包头市建设市场监督管理站， 内蒙古 包头 014300 ）
要： 采用有限元法对浅基础与桩基础的建筑加载对近距离既有盾构隧道位移影响进行了分析， 得到浅基础与桩基础上部加载
对地铁隧道的影响特点， 结果表明：浅基础与桩基础在加载作用下， 随着加载位置与隧道的水平投影距离的增加， 竖向位移减小的 幅度比水平位移明显要大；桩基础上部加载对地铁隧道的影响要远小于浅基础对地铁隧道的影响 。 关键词： 浅基础， 桩基础， 建筑加载， 盾构隧道 中图分类号： U455． 43 随着地铁建设的日益增加， 以及城市用地日益紧张， 在地铁 隧道周边近距离进行建筑加载也越来越普遍 。 近距离建筑加载 会导致既有地铁盾构隧道产生位移， 从而影响轨道的平顺性， 因 此近距离加载对地铁隧道的影响不容忽视 。对此， 许多学者也根 据实际工程进行了大量的研究［1-7］ 。 本文采用有限元方法， 对某 软土地区浅基础和桩基础建筑加荷载的等级及加载位置与隧道 的水平投影距离两个因素对地铁隧道的位移影响进行了分析 。
表3 结构参数
等效厚度 m 0． 35 0． 53 0． 71 0． 6 直径 m 0． 4 0． 6 0． 8 —
山
西
建
筑
加载距离/m 20 30
▲ ▲ ▲ ●
■ ■ ■ ■
结构 桩基 筏板
轴向刚度 kN / m 2． 89 ˑ 10 6 4． 34 ˑ 10 6 5． 79 ˑ 10 6 1． 95 ˑ 10 7
弯曲刚度 kN·m2 / m 1． 43 ˑ 10 5
2 近距离加载对地铁隧道的影响分析 2 ． 1 浅基础加载影响分析
图 3 与图 4 为浅基础在不同加载等级下隧道水平位移与竖
收稿日期： 2012-09-08 作者简介： 张 喜（ 1969- ） ， 男， 工程师
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第 38 卷 第 31 期 2012 年11 月
建筑桩基础混凝土标号为 C40 ， 弹性模量取 3． 25 ˑ 10 7 MPa。 桩基础及桩顶筏板结构参数如表 3 所示。 不同层高建筑桩基参 数（ 如桩长、 桩径及桩间距） 取值如表 4 所示。
土层物理力学性质参数
重度 kN / m3 17． 4 17． 4 19． 3 地基承载力 特征值 / kPa 60 85 190 含水率 % 48． 9 42． 5 31． 7 孔隙比 1． 367 1． 195 0． 873
q 荷载变化 l d D 隧道 30
1 1． 1
计算模型建立及参数确定 计算模型
在软土地区 5 层以内的建筑一般为浅基础， 现将浅基础建筑
30 （约 5D ）
）荷载宽度变化 （变 l
50 30 建筑移动 （变 d ） 80 l 50
土层厚度 m 15 10 25 55
荷载移动 （变 d ）
荷载简化为作用在地表的矩形均布面荷载 。5 层以上的建筑一般 为桩基础， 根据刚度等效的原则将桩基换算为实心方桩 。 现假设 建筑荷载与隧道的走向方向基本一致， 且在其纵向延伸方向上长 度较长， 因此建立平面模型进行计算 。 采用 Plaxis2D 建立平面计 算模型， 浅基础及桩基础模型横向尺寸均可变， 深度方向浅基础 度均为 10 m， 建筑荷载和建筑与隧道水平投影净距为变量 。 浅基 础与桩基础建筑荷载对既有隧道影响的计算简化示意图如图 1 ， 图 2 所示