[发明专利]盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法

说明书

本发明公开了一种盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，所述方法包括：建立盾构隧道开挖对周围土体影响的数值模型，对地表土体、隧道侧边土体的参数进行分析，得到隧道开挖对周围土体的影响情况；建立盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模型，对隧道开挖过程中和结束后的群桩各参数进行分析，得到各桩基的位置对群桩各参数的影响情况；通过改变群桩的桩长、桩间距，对隧道开挖过程中的群桩各参数进行分析，得到群桩中桩长和桩间距对各桩基在隧道开挖过程中的影响情况；对实际盾构隧道开挖工程中的邻近群桩基础进行保护。本发明通过模拟分析得到盾构隧道开挖对邻近群桩基础的影响情况，可以广泛应用到实际盾构隧道开挖工程中。

技术领域

本发明涉及一种数值模拟分析方法，尤其是一种盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，属于盾构施工对邻近群桩基础影响的分析领域。

背景技术

近些年来，随着经济的日益繁荣，中国的城市化水平取得了较大的突破。作为新时代的交通工具之一，地铁在改善和解决城市交通拥堵问题上占据着不可或缺的地位。目前，大规模的地铁扩建工程在全国各大城市仍在如火如荼地进行着。

在地铁设计与施工过程中，受到现实行车路线、市政管道网和已有建筑物基础等条件的限制，通常会出现各种各样复杂的工程问题，而在这众多问题中，隧道开挖对临近建筑物群桩基础的影响问题则最为经典。

当前，面对越来越复杂的城市建筑环境，城市地铁线路的设计规划就变得越来越艰难，而地铁的建设就会不可避免地近接或穿过已有建筑物的桩基。盾构隧道的施工必然会对邻近的桩基础产生影响，同时隧道施工导致的围岩变形将影响到邻近建筑物群桩基础。具体来说，盾构隧道近接或穿过已有建筑物桩基时，会引起桩基周围的土体发生扰动，从而引起桩基产生附加内力以及附加位移，导致桩基发生弯曲和沉降，进而减弱桩基的承载力。最后会导致建筑物的倾斜、开裂等病害，情况严重的甚至会使建筑物发生倾覆或者倒塌，严重威胁人民生命财产安全。

因此，如何在地铁修建过程中，准确预测盾构隧道施工对邻近建筑物群桩基础的影响，并提前做好相应的保护措施，最大程度降低盾构隧道施工对周围建筑物产生的不利影响，就成了当前急需解决的问题，同时对指导将来隧道的设计和施工具有非常重要的现实意义。

目前，对于隧道开挖对邻近桩基础影响的研究方法通常采用两阶段分析法，所谓两阶段分析法，就是把盾构隧道开挖对邻近桩基的影响分为两个阶段研究：第一个阶段，则先不考虑隧道开挖对桩基的影响，而是运用有限差分等数值模拟方法或经验法分析隧道施工对周边土层的影响；第二个阶段则是在第一个阶段的前提下，把第一个阶段所得的结果作为研究的边界条件，把桩基周边土层的变形作用到桩体上，仅仅考虑土层和桩基的相互作用，并运用解析法、半解析法或者其他数值模拟方法研究桩体的内力和变形。虽然两阶段分析法操作简单，研究人员容易上手，但是这种方法没有考虑土体、桩基和隧道之间的相互作用，得出的结果并没有反映实际工程中隧道开挖对邻近桩基的动态影响，还不能广泛应用到实际工程中。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，该方法可以通过模拟分析得到盾构隧道开挖对邻近群桩基础的影响情况，从而对实际盾构隧道开挖工程中的邻近群桩基础进行保护。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法，所述方法包括以下步骤：

S1、建立盾构隧道开挖对周围土体影响的数值模型，将数值模拟和Peck经验公式计算得到的地表土体沉降槽进行比较，以及对地表土体的水平位移、隧道侧边土体的竖向位移和水平位移进行分析，得到隧道开挖对周围土体的影响情况；