针对暗挖电力隧道对邻近既有桥梁桩基的影响分析

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1、2013年7月第7期城市道桥与防洪桥梁结构119暗挖电力隧道对邻近既有桥梁桩基的影响分析姬永红，冯栋梁(上海市政工程设计研究总院集团有限公司，上海市200092)摘要：对成都市某暗挖电力隧道穿越邻近桥梁桩基问题建立二维有限元模型，分析了隧道开挖在不同的隧道埋深、隧道与桩基中心距下对邻近桥梁桩基的影响规律。分析结果表明：在桩隧中心距小于一定范围时，开挖对桩基的影响很大；桩身最大水平变形和最大弯矩的位置随着隧道埋深变化而变化，且当隧道埋深位于桩中上部时，桩身最大水平变形和最大弯矩相对较大。关键词：暗挖隧道；邻近既有桥桩；穿越；隧道埋深；桩隧中

2、心距中图分类号：U443．15文献标识码：B文章编号：1009—7716(2013)07—0119—030引言为了满足城市供电需求、美化城市景观、集约城市用地，很多城市都将高压电缆下埋，开挖电力(())隧道。隧道选线往往不能避开既有建筑物，如桥梁L——————D0桩基、高层建筑桩基，出现隧道近距离穿越桩基的情况，这给设计和施工带来了很大的困难。国内外有许多学者都针对这一问题进行了理论和试验1研究。伴随着大型通用有限元程序和图1隧道与桩基剖面位置图计算机硬件的日渐成熟，有限元法已逐渐成为一种被广泛使用且经济有效地分析方法，如王丽、郑刚[2】

3、、朱逢斌等【1都采用了这一方法分析了隧道开挖对邻近桩基的影响问题。本文以成都蜀都大道东段道路综合整治工程[l隧道走向220kV电力隧道工程为背景，利用ANSYS有限元软件，建立了二维有限元模型分析了不同隧道埋图2隧道与桩基平面图深、不同隧道与桩基中心距条件下，隧道开挖对桥桩的影响规律。2数值模型与参数选择1工程概况2．1数值模型由于隧道为细长结构，邻近桥桩近似平行分拟建隧道埋深日产3．7～10．7m，内径为1=布于隧道一侧，简化为桩墙考虑，因此，选用平面2．6m，外径为Df2=3．7m，从成都双桥子立交旁穿应变模型分析隧道开挖对桥桩的影响

4、。模型计算过，隧道与立交桥桩基最小中心距为D=2．7m，最深度取10D左右边界距离隧道中心取l0。模小中心距处为引桥段，采用单桩基础，桩间距型底部设置竖向位移约束，两侧边界设置水平位Le=20m。桥桩桩底埋深He=18．5m，桩径为D1．2移约束。隧道衬砌、桩基及土体均采用线弹性模m。隧道与桩基相互关系见图1、图2。型，利用衬砌及土体采用Plane82单元模拟，桥桩土层分布由上至下分别为素土层、粘土层、粉采用Beam3单元模拟，忽略结构与土体问的滑移。质粘土层、粉土层、细砂层、松散卵石层、稍密卵石其中，桥桩断面尺寸按照刚度等效到每延米的原

5、层、中密卵石层、强风化泥岩层、中风化泥岩层。则取值。为了分析隧道埋深和隧道与桩中心距的影收稿日期：2013—03—06响，选取了隧道不同埋深、不同桩隧中心距进行组作者简介：姬永红(1978一)，男，河南平顶山人，高级工程师从事市政工程的设计与研发工作。合设计模型，隧道埋深及桩隧中心距取值及编号120桥梁结构城市道桥与防洪2013年7月第7期见表1，模型编号为MIJ，表示该模型隧道埋深编号为I，桩隧中心距为J。如M12表示该模型隧道埋深编号为1，桩隧中心距编号为2。表1隧道埋深及桩隧中心距编号编号12345隧道埋深HJm3．75．77．71

6、0．7桩隧中心口D+玩2DaD~+3D,25048hD，m12l6距D0，m2．76-410．113．8l8．5图3不同开挖工况对桥桩水平向变形的影响2．2计算参数选择土层、衬砌、桥桩参数选取分别见表2、表3。表2土层参数土层平均厚度『m重度／(kN／m3)压缩模量／MPa泊松比048h／m121620。图4不同开挖工况对桥桩弯矩的影响(注：M11-S1，M42-S1为模型M11，M42开挖步骤一与自重应力场作用结果的差值，M11一s2，M42-$2为模型MI1，M42开挖步骤二与自重应力场作用结果的差值。)束增加，桩顶位移从7mm降至2

7、mm，最大弯矩从64．4kN·m降至50．0kN·m。(2)对于M42模型，开挖面位于桩底附近，使得桩底产生了向隧道一侧的位移，由于桩顶附近约束较弱，使得桩顶位移背离开挖侧。增加支护后提高了桩底约束，使最大位移从1．7mm减小至0．9mm，最大弯矩从42．9kN·m降至19．9kN·m。2．3模拟方法(3)根据以上分析不难看出，开挖步骤二增加首先施加土体及结构自重应力，模拟初始地了衬砌支护，使得桩的位移和内力减小，提高了桩应力场，分以下两个步骤模拟开挖过程：的安全性。由于步骤一围岩应力完全释放，步骤二步骤一：开挖。杀死隧道断面内土体单元，

8、模围岩由衬砌支撑，因此，步骤一对桥桩的工作性状拟开挖过程；影响更大。从安全性的角度考虑，以下分析均基于步骤二：完成支护。激活隧道衬砌单元，模拟各开挖模型的步骤一进行。开挖支护过程。3．2桩隧中