隔离桩对隧道侧穿邻近建筑物的沉降影响

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2018/1/2来源:《建筑知识》2017年22期文/王光永
[导读]针对隔离桩的作用,相关人员通过实际的实践效果,进行了研究。

(中交二航局成都城市建设有限公司  四川  成都  610000)
【摘  要】工程建设中开挖隧道,常会引起隧道工程周边的建筑物发生沉降或者变形,从而使得建筑的安全受到影响,甚至影响到建筑物正常功能的发挥。本文将结合某地铁站兴建盾构隧道,工程将侧穿浅基建筑工程,并具体分析隔离桩的减沉原理,通过采用三维的数值来进行模拟和分析,分别研究了在有隔离桩以及无隔离桩的情况下,隧道周围土体发生的垂直沉降和水平位移的分布情况。并阐述了隔离桩对土体内滑的阻隔作用,能够保护周边建筑的安全。
【关键词】隔离桩;隧道侧穿;土体竖向沉降;水平位移
【中图分类号】TU433     【文献标识码】A     【文章编号】1002-8544(2017)22-0220-02
1.前言
        隧道工程建设期间,为了减少和避免周边的土体发生位移,或者避免在隧道开挖期间,沉降物对周边的构建物产生不良的影响,就要在邻近的建筑物和施工面之间设置上相应的隔断墙来对其加以保护。隔断墙通常是用钻孔灌注桩以及地下连续墙等结构来构建的,隔离桩之间相互作用,就能产生一定的微拱效应,这种使得桩外土体的变形大大降低,隔离桩具备较好的受力系统,能够将受到的摩擦力向纵向范围扩散,将桩体内外的竖向变形加以隔断,使得由于隧道的开挖出现的周边邻近构建物的沉降大为减少。针对隔离桩的作用,相关人员通过实际的实践效果,进行了研究。
2.隔离桩的减沉激励和变形分析
        在构建建筑物的基础防护时,隔离桩是最为常用的防护方法。它的塑造用就在于,将构筑物附近的隧道工程、基坑施工等施工期间产生的底层变形的问题控制在一定的范围内。根据隔离桩结构,可以将其分为灌注桩、搅拌桩以及树根桩和连续墙等。为了将土体的变形情况加以控制,隔离桩就要有相应的刚度和强度,如果刚度达到它的极限,之后在增加隔离桩,它的减沉效果不会有很明显的提升。在各种结构的桩体形式中,搅拌桩的强度和刚度都比较低,连续墙的刚度对于一般的工程而言又太大,它的性价比相对较低,因此,在具体的工程实践中,灌注桩和树根桩的两种结构形式的桩是常用的桩结构。
        隧道施工期间,如果盾构管片不具备对整体形成支护作用,隧道的断面就成为凌空面。在土压力的作用下,隧洞周围的土体就会向隧洞内滑移,导致变形,从而引起周边的结构物出现沉降现象。在这种情况下,通过隔离桩的受到的应力,就能将洞口周边的土体阻挡住,防止其网洞内移动,使得滑移面抗剪力得以提升,桩身还能够将侧向压力在传递的过程中阻止,使得桩后的土体不发生位移和变形,从而能够对建筑物起到保护作用,有效的防止建筑物的沉降。下图1为隔离桩的减沉机理和变形控制。
        
        图1  隔离桩减沉机理
3.三维有限元模拟分析
        根据兴建的盾构隧道工程,对兴建的建筑分有隔离桩合没有隔离桩的情况,来对工程的数值进行模拟,通过周边的土体的水平位移和土体的沉降的分布情况进行分析,研究隔离桩在隧道侧穿建筑物的工程建设中,隔离桩所起到的减沉作用,为实际相关的工程建设中提供相应的指导。
3.1 工程概况
        该盾构隧道工程是两线形式的盾构隧道。最近的建筑物处在隧道的右边,它是10米的宽度,深埋2米,与右边盾构隧道之间相距4米,而盾构隧道的深埋是8.3米,隧道的直径是6米,两线盾构隧道的中心距离是8.2米。附近的建筑物与隧道之间的距离很近,为了在盾构隧道建筑期间,保证它的安全,就要打设一些隔离桩对建筑,做好对建筑物的保护工作,防止他们的沉降。在这个工程中,打设的是灌注桩,用的是300mm的小直径钻孔,桩的长度是17.2米,使深穿盾构隧道的最底部。两个隔离桩之间的距离是0.5米,而与隧道的最右边相距1.5米。根据工程人员形成的勘探材料,这个暗挖的隧道,上面覆盖着第四系对基层,大约是3米厚,在第四系上面,更新 统坡、碎石层、黏土层,厚为2米,下伏地层是黏土层。下表1是各种土层体的参数。
        表1  模型分析参数表
         
3.2 建立模型
3.2.1 边界尺寸和模型尺寸
        在本文力,将会采用分析数值的软件ABAQUS来对对隧道的建筑模型进行模拟分析,该软件作为一种通用的软件,实现对岩土的分析,它的操作界面较为人性化,并且分析的结果比较稳定,可开发性较强等,被广泛地采用,用于对岩土开挖的工程中,并在边坡的稳定性以及渗流的领域也获得较为可喜的成果。
        由于开挖隧道工程有三维变形的特点,文中将会用有限元的分析模型,对工程建筑进行模拟分析。结合以前的研究成果,沉降槽产生的影响,波及的范围更广,是隧洞直径4到5倍,如果在模型中,尺寸超出这个要求,就可以将边界影响忽略不计。因此,文中模型的尺寸采用隧道直径的4.5倍。水平距离确定为68.2米,垂直方向是30米。
3.2.2 初始应力
        模型的初始应力场,指的是隧道工程即将施工的应力场。本文将土体的自重应力当作模型的最初的竖向应力,而水平方向上的应力场,根据土层的条件,采用K0法来加以确定。所谓K0法,就是指对初始应力进行分析时,竖向应力的计算方式是深度和重度相乘,水平方向上的应力,是竖向应力与水平方向上的应力系数K0相乘。
3.2.3 周边建筑物对初始应力的影响
        在对有限元的数值模拟进行分析时,通常要用到的是钝化和激活的方式,考量周边建筑物的荷载对初始应力产生的影响。“钝化和激活”,指的是在开挖隧道前,将周边的建筑无得荷载激活,看它对应力的影响,之后在开挖初始时,就将周边建筑物的荷载对最初的位移产生的影响设定为0。将其对初始的位移忽略。
3.2.4 计算结果分析
        在有限元分析期间,要同时进行两盾构隧道的开挖,对数值模拟进行分析。隧道开挖的时候要采用分步的方式,完成开挖后,再激活衬砌,然后再进行下一阶段的开挖过程。模拟荷载开挖的过程中,没有考虑到盾构的影响,也没有考虑到应力释放的影响,而是将单元移除的方式,对土体的开挖过程进行模拟。由砌衬和土体一起来承受释放应力带来的变形。全部工程结束后,通过对周围建筑的地表土体发生的位移和沉降进行分析,并对隔离桩和无隔离桩的效果进行对比,发现,在隔离桩的保护下,能够有效的阻止土体滑进隧道内,并且周边建筑发生的位移较小,建筑物的安全也得到有效的保护。
4.结语
        隧道工程建设中,隔离桩是常用的防止建筑物的沉降方式。通过具体的实例分析隔离桩的应用和减沉效果,充分论证了对隔离桩在隧道工程的中得实用价值。但是文章并没有对隔离桩的间距、刚度以及打设深度等因素进行分析,在具体工程建设中需要加以研究。
参考文献
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