李楊秋

(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400042)

0 引言

樁和隧道之間的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的基礎(chǔ)－巖土－隧道結(jié)構(gòu)相互作用問(wèn)題，一直都是巖土工程界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。以往研究工作主要包括2個(gè)方面:1)隧道施工對(duì)已有樁基的影響;2)樁基施工和加載對(duì)已有隧道的影響。如文獻(xiàn)［1－4］對(duì)第1類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，文獻(xiàn)［5－8］對(duì)第2類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。邱陳瑜等［4］對(duì)樁基荷載作用下隧洞破壞模式進(jìn)行安全分析，認(rèn)為樁－巖土－結(jié)構(gòu)在共同作用下可能發(fā)生3種破壞模式，即隧洞破壞、樁基破壞、襯砌破壞，并針對(duì)樁基荷載作用下隧洞穩(wěn)定性的各種影響因素，有巖體強(qiáng)度、樁基荷載、樁與隧洞距離及樁的埋深等采用有限元強(qiáng)度折減法求其穩(wěn)定安全系數(shù)，分析其內(nèi)在規(guī)律，認(rèn)為樁與隧洞之間存在臨界距離與臨界埋深，當(dāng)樁位于臨界距離或臨界埋深范圍之內(nèi)時(shí)，樁對(duì)隧洞穩(wěn)定性有較大影響，隧洞先發(fā)生破壞，反之則樁對(duì)隧洞影響較小，樁基先發(fā)生破壞。閆靜雅等［5］進(jìn)行了樁基礎(chǔ)全壽命期對(duì)鄰近已有隧道影響的研究，針對(duì)上海軟土地基利用有限元程序重點(diǎn)分析了群樁基礎(chǔ)位于隧道單側(cè)時(shí)沉降對(duì)鄰近隧道的影響，研究得出鉆孔灌注樁施工造成鄰近隧道的變形及受力變化量值很小，樁基礎(chǔ)加載完成時(shí)產(chǎn)生的樁基沉降以及隧道沉降占最終沉降的75%左右的結(jié)論。以往的文獻(xiàn)中研究巖石地基中群樁基礎(chǔ)不同樁長(zhǎng)對(duì)大斷面隧道的偏壓影響程度的工程實(shí)例較少，因此尋求合理群樁樁長(zhǎng)，以確保隧道安全的研究很有必要。本文以地鐵1號(hào)線車(chē)站隧道旁修建某項(xiàng)目為工程實(shí)例，采用ANSYSY有限元軟件首先對(duì)巖石地基中基坑開(kāi)挖和群樁加載對(duì)相鄰車(chē)站隧道襯砌內(nèi)力及位移影響進(jìn)行了分析;而后針對(duì)群樁基礎(chǔ)埋深對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的不同影響進(jìn)行對(duì)比分析計(jì)算，定量分析了樁長(zhǎng)對(duì)隧道內(nèi)力影響的變化規(guī)律，提出了有利于隧道安全的樁長(zhǎng)建議。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 項(xiàng)目工程概況

項(xiàng)目位于重慶市渝中區(qū)，為4棟超高層、－4F地下車(chē)庫(kù)及商業(yè)組成的綜合體建筑，項(xiàng)目影響范圍內(nèi)有已運(yùn)營(yíng)地鐵1號(hào)線車(chē)站隧道，規(guī)劃線路地鐵10號(hào)線區(qū)間隧道及車(chē)站附屬隧道(出入口隧道、通風(fēng)隧道、風(fēng)井及緊急通道、1號(hào)線與10號(hào)線連接通道)。隧道保護(hù)線內(nèi)的建筑有塔樓及地下車(chē)庫(kù)。塔樓48F/4F，框筒剪力墻結(jié)構(gòu)類(lèi)型，基礎(chǔ)形式為樁基;地下室為4F，設(shè)計(jì)地坪高程 ±0.0=294.450，基坑底標(biāo)高 －4F=268.45，基坑邊坡高度為25.5 m。

如圖1所示，和項(xiàng)目相鄰的隧道有7條，三維空間關(guān)系非常復(fù)雜，其中1號(hào)線車(chē)站隧道因開(kāi)挖斷面大(跨度20.36 m)、影響長(zhǎng)度長(zhǎng)(與基坑平行長(zhǎng)度190 m)，相距基坑距離很近(水平距離僅1.8 m)，被列為重要風(fēng)險(xiǎn)源，是制約本項(xiàng)目能否順利實(shí)施的關(guān)鍵問(wèn)題。因此本文選取1號(hào)線車(chē)站隧道與群樁基礎(chǔ)的相互影響為分析研究對(duì)象。

1.2 車(chē)站隧道工程概況

車(chē)站主體為地下雙層島式車(chē)站，其中地下1層為站廳層，地下2層為站臺(tái)層。車(chē)站總長(zhǎng)190.00 m，總寬20.36 m，為復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。車(chē)站洞室采用隧道預(yù)裂或光面控制爆破開(kāi)挖后先噴一層混凝土封閉暴露的巖面，設(shè)置錨桿、立架、掛網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行初期支護(hù)，初期支護(hù)厚度為280 mm;采用C30鋼筋混凝土進(jìn)行二次襯砌，二次襯砌厚度為 700 mm。洞頂高程為251.56～251.93 m，車(chē) 站 頂 板 距 地 面 25.17 ～49.42 m，覆跨比為 1.27 ～2.50，距中風(fēng)化巖層厚度為17.88 ～46.45 m，為0.9 ～2.3 倍洞跨。車(chē)站主體頂板及底板部分主要以砂質(zhì)泥巖為主，洞周部分主要以砂巖為主。車(chē)站屬深埋隧道，為低應(yīng)力區(qū)，地下水貧乏，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。

圖1 地鐵隧道及附屬隧道三維空間位置Fig.1 3D model showing relationship among Metro tunnel and subsidiary tunnels

1.3 本項(xiàng)目與車(chē)站隧道位置關(guān)系

本項(xiàng)目基坑底與車(chē)站隧道頂板相差約16.52 m。基坑側(cè)壁距離車(chē)站隧道側(cè)壁水平距離為1.8 m，群樁基礎(chǔ)距離隧道側(cè)壁最近距離為4 m。車(chē)站隧道與項(xiàng)目剖面位置關(guān)系圖(模型1)如圖2所示。

圖2 車(chē)站隧道與項(xiàng)目剖面位置關(guān)系圖(模型1)Fig.2 Relationship between pile group foundation and station tunnel(Model 1)

2 數(shù)值模擬

地鐵車(chē)站隧道結(jié)構(gòu)是對(duì)變形要求極為嚴(yán)格的地下結(jié)構(gòu)物，特別是已運(yùn)營(yíng)的地鐵線路對(duì)于變形要求更為嚴(yán)格。為了保護(hù)正在運(yùn)營(yíng)的隧道，隧道業(yè)主(軌道交通管理單位)制定了相應(yīng)的限制條例，重慶地區(qū)規(guī)定地鐵隧道結(jié)構(gòu)整體沉降量及水平位移量≤10 mm;隧道縱向變形曲線的曲率半徑≥15 000 m;隧道的相對(duì)變曲≤1/2 500。由于項(xiàng)目與車(chē)站隧道空間關(guān)系復(fù)雜，理論上無(wú)成熟的公式能定量計(jì)算基坑卸荷和建筑物加荷對(duì)隧道內(nèi)力和位移的影響。本文采用彈塑性有限元數(shù)值分析手段經(jīng)詳細(xì)計(jì)算以控制上方卸荷及加載對(duì)下方已有隧道結(jié)構(gòu)的偏壓影響。

2.1 計(jì)算模型及單元

計(jì)算按照平面應(yīng)變問(wèn)題建立有限元模型，巖體、隧道及樁基礎(chǔ)采用4節(jié)點(diǎn)四邊形平面單元PLANE2，襯砌采用梁?jiǎn)卧狟EAM3，錨桿采用Link1單元。有限元模型尺寸138 m×98 m，單元數(shù)8 489，節(jié)點(diǎn)數(shù)8 181。塔樓及地下車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，塔樓中心電梯井位置為筏板基礎(chǔ)。為在平面應(yīng)變模型中反應(yīng)樁基縱向間距，對(duì)樁基礎(chǔ)荷載根據(jù)樁基縱向間距進(jìn)行了等效處理。

2.2 數(shù)值分析對(duì)比模型簡(jiǎn)介

重慶地區(qū)在高層建筑設(shè)計(jì)中常采用樁基礎(chǔ)，在不考慮隧道存在的情況下，通常嵌入中等風(fēng)化基巖1～3倍樁基即可滿足承載力要求。模型一中樁基礎(chǔ)采用常規(guī)設(shè)計(jì)，嵌巖深度為4 m，其中①為筏板基礎(chǔ)，②為地下車(chē)庫(kù)樁基礎(chǔ)，③④⑤⑥為塔樓樁基礎(chǔ)，模型1如圖2所示。

為分析群樁樁長(zhǎng)不同對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的影響程度，需要建立模型2和模型3進(jìn)行對(duì)比分析。模型2從隧道左側(cè)拱腳為起點(diǎn)作破裂面，對(duì)1倍洞跨影響范圍內(nèi)的群樁基礎(chǔ)通過(guò)增加樁長(zhǎng)使之均位于破裂面以下，樁長(zhǎng)隨離隧道距離增大呈三角形遞減分布，考慮隧道爆破施工存在巖體松動(dòng)圈，破裂角取值45°。模型3將距離隧道最近的樁長(zhǎng)進(jìn)一步加長(zhǎng)至隧道拱底標(biāo)高，其余1倍洞跨影響范圍內(nèi)的群樁基礎(chǔ)按破裂面走向呈三角形遞減分布。模型2和模型3如圖3所示。

圖3 模型2和模型3樁長(zhǎng)示意圖Fig.3 Pile length of Model 2 and Model 3

2.3 計(jì)算過(guò)程

有限元模擬按照以下步驟進(jìn)行:1)模擬原始地形地貌下的初始地應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng);2)模擬隧道開(kāi)挖;3)模擬基坑開(kāi)挖;4)模擬上部建筑物加載。數(shù)值模擬中考慮了隧道初期支護(hù)及二次襯砌作用。

2.4 巖體物理力學(xué)參數(shù)

見(jiàn)表1。

表1 巖土體及結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of rock mass and structure

2.5 彈塑性數(shù)值模擬結(jié)果分析

2.5.1 隧道開(kāi)挖后計(jì)算結(jié)果分析

在考慮初期支護(hù)和二次襯砌工況下，隧道開(kāi)挖引起拱頂下沉6.51 mm，拱底回彈9.5 mm，受地面線及地層分布不水平的影響，襯砌內(nèi)力圖呈近似對(duì)稱(chēng)分布，見(jiàn)圖4。錨桿最大軸力為40.31 kN，襯砌內(nèi)力的最大值均發(fā)生在隧道拱腳，其中襯砌軸力最大值為6 050 kN，正剪力最大值為432.43 kN，負(fù)剪力最大值為533.25 kN，正彎矩最大值為797.72 kN·m，負(fù)彎矩最大值為420.96 kN·m。因此在后續(xù)計(jì)算中將拱腳內(nèi)力值的變化作為控制重點(diǎn)。

2.5.2 模型1計(jì)算結(jié)果分析

基坑開(kāi)挖導(dǎo)致隧道側(cè)上方卸載，誘發(fā)隧道隆起和發(fā)生向基坑側(cè)的位移，建筑物加載在一定程度上起到荷載補(bǔ)償作用，當(dāng)建筑荷載總量小于基坑開(kāi)挖土體自重時(shí)，表現(xiàn)為減小基坑卸載引起的隧道結(jié)構(gòu)豎向變形和側(cè)向變形，當(dāng)建筑荷載總量大于基坑開(kāi)挖土體自重時(shí)，表現(xiàn)為抵消基坑卸載引起的隧道結(jié)構(gòu)隆起變形并導(dǎo)致隧道的整體下沉。本工程實(shí)例的上部建筑荷載總量大，屬于第2種情況，基坑開(kāi)挖工況對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響遠(yuǎn)小于建筑加載工況。建筑加載工況對(duì)隧道的影響主要有以下2個(gè)方面。一方面，在上部荷載作用下，樁基礎(chǔ)發(fā)生沉降，一部分荷載通過(guò)巖體介質(zhì)傳遞給隧道結(jié)構(gòu)，使隧道發(fā)生向下變形，因介質(zhì)為砂泥巖互層巖體，彈性模量較大，形成的圍巖體對(duì)限制隧道結(jié)構(gòu)變形形成約束，起到控制隧道變形的作用，圖5計(jì)算結(jié)果表明，樁底沉降值為72 mm，大于隧道沉降值28.1 mm。約束作用的大小由巖體強(qiáng)度及樁底距離隧道頂板的厚度等參數(shù)控制。根據(jù)隧道業(yè)主對(duì)地鐵隧道下沉變形的控制要求，28 mm的沉降量已不能被接受。另一方面，隧道開(kāi)挖后在群樁基荷載作用下，隧洞周?chē)鷰r土體發(fā)生應(yīng)力重分布，巖土體在內(nèi)外部因素的作用下產(chǎn)生塑性應(yīng)變導(dǎo)致強(qiáng)度降低，當(dāng)塑性應(yīng)變發(fā)展到一定程度發(fā)生應(yīng)變突變或位移突變時(shí)，巖土體發(fā)生破壞［4］，可根據(jù)數(shù)值計(jì)算不收斂判斷隧道發(fā)生破壞，模型1計(jì)算中未出現(xiàn)上述計(jì)算不收斂情況，表明位于隧道頂板上的群樁加載后未造成過(guò)大的塑性變形，樁基與隧道均未發(fā)生破壞，但襯砌內(nèi)力可能會(huì)增大而使襯砌結(jié)構(gòu)超出規(guī)范要求的安全儲(chǔ)備?；谏鲜?方面原因，后續(xù)分析將隧道位移和襯砌內(nèi)力作為主要控制因素。

圖4 隧道開(kāi)挖后錨桿軸力及襯砌內(nèi)力分布圖Fig.4 Distribution of axial force of rock bolt and internal force of lining

圖5 建筑物加載Y方向附加豎向位移云圖(模型1)Fig.5 Contour of auxiliary vertical displacement in Y-direction under building load(Model 1)

模型1建筑物加載工況隧道內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6，樁基礎(chǔ)加載后，在樁基礎(chǔ)應(yīng)力擴(kuò)散影響區(qū)域的錨桿受力狀態(tài)發(fā)生了改變，即隧道左側(cè)拱肩部位錨桿受力由拉力轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?，壓力值?1 kN，錨桿受拉軸力由開(kāi)挖時(shí)40.3 kN變化為加載后34.35 kN，與表2隧道襯砌內(nèi)力變化值相比，樁基礎(chǔ)加載對(duì)初期支護(hù)錨桿軸力影響小，對(duì)二次襯砌內(nèi)力的影響大。

表2(模型1)計(jì)算結(jié)果表明建筑物加載前后，由于樁基礎(chǔ)對(duì)隧道左側(cè)的偏壓作用，樁基附加應(yīng)力擴(kuò)散使隧道的襯砌內(nèi)力發(fā)生了增長(zhǎng)，襯砌彎矩增長(zhǎng)明顯，彎矩分布從初始的對(duì)稱(chēng)分布形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭拷鼧痘A(chǔ)一側(cè)大幅增長(zhǎng)的不對(duì)稱(chēng)形態(tài)。襯砌內(nèi)力的最大值發(fā)生在左側(cè)拱腳位置，在拱腳處彎矩增長(zhǎng)了57%，剪力增長(zhǎng)了55%，軸力增長(zhǎng)了54%，拱腳處襯砌配筋驗(yàn)算大于設(shè)計(jì)圖紙中的配筋值，隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求，因此需要采取相應(yīng)措施，以減小樁基礎(chǔ)加載對(duì)隧道的偏壓影響。

圖6 建筑物加載襯砌內(nèi)力分布圖(模型2)Fig.6 Distribution of internal force of lining under building load(Model 2)

表2 (模型1)隧道襯砌內(nèi)力計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of internal force of tunnel lining(Model 1)

當(dāng)樁基礎(chǔ)對(duì)鄰近隧道造成不利影響時(shí)，林永國(guó)等提出可采取以下幾種防治措施，對(duì)隧道進(jìn)行保護(hù)［9］:1)加長(zhǎng)工程樁。加長(zhǎng)工程樁，可將樁身附加應(yīng)力傳遞到對(duì)隧道影響小的區(qū)域，或通過(guò)減小樁基礎(chǔ)本身沉降而使周?chē)貙雍退淼赖某两惦S之減小。2)設(shè)置隔離樁。在隧道與群樁基礎(chǔ)之間設(shè)置非直接受荷的樁列，由于樁列對(duì)土體豎向位移傳遞的遮攔作用，使群樁受荷引起的沉降變形不能完全傳遞到隧道處，這樣隧道處的沉降會(huì)減小，以達(dá)到保護(hù)隧道的目的。3)跟蹤注漿法。根據(jù)隧道可能發(fā)生過(guò)大位移或在已經(jīng)發(fā)生了部分位移后，通過(guò)注漿局部增大隧道外側(cè)的荷載和改善土性，迫使其停止移動(dòng)甚至產(chǎn)生反向位移。2)和3)方法適用于土質(zhì)地基或位移已經(jīng)產(chǎn)生后的補(bǔ)償措施，方法1)加長(zhǎng)工程樁適用于本工程，可減小樁基礎(chǔ)加載對(duì)隧道的影響。方法確定以后就需要確定群樁樁長(zhǎng)的具體參數(shù)，所面臨的是樁長(zhǎng)增加到何種程度才能確保隧道的安全，安全性和經(jīng)濟(jì)性如何兼顧的問(wèn)題。由此引入了破裂面理論來(lái)確定群樁樁長(zhǎng)。

圖6結(jié)果表明樁基礎(chǔ)加載對(duì)隧道襯砌內(nèi)力影響較大的部位為隧道左側(cè)邊墻及左側(cè)拱腳。若將左側(cè)邊墻假想為向右側(cè)臨空的邊坡坡面，左側(cè)拱腳假想為邊坡坡腳，當(dāng)邊坡頂部存在建筑荷載時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力增加，為減小建筑加載對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響常采用的措施是加長(zhǎng)坡頂建筑樁基礎(chǔ)，將建筑荷載傳至邊坡破裂面以下，在破裂面以上區(qū)域樁身四周采用應(yīng)力隔離措施。邊坡破裂面理論同樣適用于對(duì)隧道側(cè)群樁基礎(chǔ)的樁長(zhǎng)處理。以下章節(jié)將對(duì)增加樁長(zhǎng)的模型2和模型3分別進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，對(duì)比分析樁長(zhǎng)變化對(duì)隧道襯砌內(nèi)力的影響程度。在模型2和模型3中考慮了在隧道側(cè)墻破裂面以上區(qū)域樁身四周采用的應(yīng)力隔離措施，因此建筑荷載僅少量通過(guò)樁身傳遞到四周巖體，大部分荷載通過(guò)樁基傳遞到樁底巖層中。

2.5.3 增加樁長(zhǎng)對(duì)比分析結(jié)果

樁基礎(chǔ)加載后，車(chē)站隧道襯砌內(nèi)力對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。當(dāng)樁基礎(chǔ)位于隧道側(cè)墻破裂面以下時(shí)，能大大降低對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)和位移的影響。拱腳襯砌彎矩模型2減小幅度為21.5%，模型3減小幅度為54.2%;拱腳襯砌剪力模型2減小幅度為12.6%，模型3減小幅度為38.6%;拱腳襯砌軸力模型2減小幅度為23.8%，模型3減小幅度為44.2%。

表3 模型1，2，3襯砌計(jì)算結(jié)果對(duì)比Table 3 Calculation results of linings in Model 1，Model 2 and Model 3

模型3計(jì)算出的襯砌內(nèi)力最小，且接近隧道開(kāi)挖工況表2中的襯砌內(nèi)力值，基本恢復(fù)到隧道開(kāi)挖時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，即模型3拱腳彎矩852 kN·m與隧道開(kāi)挖工況拱腳最大彎矩798 kN·m相比，數(shù)值相當(dāng);拱腳剪力730 kN與隧道開(kāi)挖工況拱腳最大剪力533 kN相比，增幅不大，拱腳軸力7 250 kN與隧道開(kāi)挖工況拱腳最大軸力6 050 kN相比，增幅不大。表明樁基礎(chǔ)加載對(duì)隧道的影響程度可以通過(guò)增加樁基礎(chǔ)埋置深度進(jìn)行有效控制。

建筑物加載對(duì)隧道結(jié)構(gòu)位移的影響從以下2方面分析:1)隧道結(jié)構(gòu)附加下沉量值;2)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及圍巖的位移影響范圍。模型1中隧道結(jié)構(gòu)附加沉降值為:左側(cè)拱頂下沉16.5 mm，左側(cè)邊墻下沉28.1 mm，位移云圖如圖5所示，影響范圍從隧道左側(cè)向右側(cè)擴(kuò)散，覆蓋了整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)。模型2中隧道結(jié)構(gòu)附加沉降值為:左側(cè)拱頂下沉10 mm，左側(cè)邊墻下沉19 mm，右側(cè)邊墻及拱頂下沉1.1 mm，位移云圖如圖7所示，內(nèi)力分布如圖8所示，影響范圍從隧道左側(cè)擴(kuò)散到隧道中軸線位置，影響區(qū)域?yàn)樗淼蓝纯绲囊话?模型3中隧道結(jié)構(gòu)附加沉降值為:左側(cè)邊墻下沉8.8 mm，其余洞周下沉1.3 mm，小于隧道業(yè)主規(guī)定的10 mm，位移云圖如圖9所示，內(nèi)力分布如圖10所示，影響范圍僅限于隧道左側(cè)墻及拱腳附近，影響區(qū)域?yàn)槎纯绲?/6。

二維有限元計(jì)算便于對(duì)樁長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，但把問(wèn)題簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變模型進(jìn)行計(jì)算，樁荷載引起的附加應(yīng)力只能在平面內(nèi)擴(kuò)散，而不能在平面外擴(kuò)散，無(wú)疑使得平面內(nèi)所得的應(yīng)力偏大，三維有限元計(jì)算更加符合實(shí)際，本文根據(jù)圖1模型對(duì)模型3進(jìn)行了三維數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)建筑物加載后，隧道最大附加下沉位移較二維計(jì)算結(jié)果減小15%左右。但因文章篇幅有限，三維計(jì)算過(guò)程不再做詳細(xì)介紹。三維模型豎向位移云圖見(jiàn)圖11。

圖7 建筑物加載隧道附加豎向位移云圖(模型2)Fig.7 Contour of auxiliary vertical displacement of tunnel under building load(Model 2)

圖8 建筑物加載襯砌內(nèi)力分布圖(模型2)Fig.8 Distribution of internal force of lining under building load(Model 2)

圖9 建筑物加載隧道附加豎向位移云圖(模型3)Fig.9 Contour of auxiliary vertical displacement of tunnel under building load(Model 3)

圖10 建筑物加載襯砌內(nèi)力分布圖(模型3)Fig.10 Distribution of internal force of lining under building load(Model 3)

圖11 三維模型豎向位移云圖Fig.11 Contour of displacement of 3-dimensional model

3 結(jié)論與討論

1)群樁和基坑位于隧洞左側(cè)，基坑開(kāi)挖卸載和群樁基礎(chǔ)加載對(duì)隧道產(chǎn)生明顯的偏壓作用。對(duì)高層建筑而言，建筑加載工況對(duì)隧道的影響較基坑開(kāi)挖工況明顯，是需要重點(diǎn)分析的工況。

2)樁基附加應(yīng)力擴(kuò)散使隧道的襯砌內(nèi)力發(fā)生了增長(zhǎng)，內(nèi)力分布從初始的對(duì)稱(chēng)分布形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭繕痘A(chǔ)一側(cè)大幅增長(zhǎng)的不對(duì)稱(chēng)形態(tài)。襯砌內(nèi)力的最大值發(fā)生在靠樁側(cè)的拱腳位置，群樁基礎(chǔ)位于隧道頂板上方時(shí)，襯砌內(nèi)力均大幅增長(zhǎng)。采取加長(zhǎng)樁長(zhǎng)的措施能有效減小樁基礎(chǔ)加載后對(duì)隧道的偏壓影響。

3)樁基埋深不同對(duì)襯砌內(nèi)力的影響不同。從模型1，2，3的對(duì)比分析中可以得出，當(dāng)樁基礎(chǔ)位于隧道側(cè)墻破裂面以下時(shí)，能大大降低對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。模型3計(jì)算出的襯砌內(nèi)力最小，且接近隧道開(kāi)挖工況的襯砌內(nèi)力值，基本恢復(fù)到隧道開(kāi)挖時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。

4)樁基埋深不同對(duì)隧道位移的影響程度不同。模型3中隧道結(jié)構(gòu)附加沉降值最大值為8.8 mm，影響范圍僅限于隧道左側(cè)墻及拱腳附近，影響區(qū)域?yàn)槎纯绲?/6，遠(yuǎn)小于模型1和模型2的附加沉降值和位移影響范圍。

5)從群樁基礎(chǔ)加載對(duì)隧道位移及襯砌內(nèi)力影響趨勢(shì)來(lái)看，本文建議采用模型3控制群樁樁長(zhǎng)，將樁基礎(chǔ)置于隧道底板以下，破裂面以上樁身周邊采取應(yīng)力隔離措施，設(shè)置彈性隔離材料，減小樁身嵌巖段的應(yīng)力擴(kuò)散對(duì)隧道拱頂及側(cè)墻的影響，以確保已建車(chē)站隧道的安全運(yùn)營(yíng)。

6)本次數(shù)值計(jì)算所選取的計(jì)算參數(shù)和建立的模型在計(jì)算結(jié)果及影響趨勢(shì)方面是符合理論和經(jīng)驗(yàn)判斷的，因此數(shù)值計(jì)算的結(jié)果可以用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。

7)由于本次研究中，計(jì)算模型進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化和假定，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果存在差異，平面計(jì)算結(jié)果可能偏于保守。因此，還需在今后作進(jìn)一步研究，如考慮基礎(chǔ)加載過(guò)程及方式、施工震動(dòng)荷載及水對(duì)圍巖軟化等不利影響，使數(shù)值模型與工程實(shí)際更加貼近。

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