[发明专利]一种盾构隧道开挖引起的邻近桩基轴力计算方法

说明书

一种盾构隧道开挖引起的邻近桩基轴力计算方法，步骤如下：（1）确定盾构隧道、桩基及土体的物理力学参数；（2）确定由于盾构隧道开挖引起桩基轴线处的土体位移；（3）基于Winkler地基模型，将盾构隧道开挖引起的土体位移转化为荷载施加到桩基上，建立桩基的受力平衡方程；（4）在不考虑桩基底端反力作用时，求解集中荷载引起的桩基轴力；（5）求解桩基底部反力，进而推导出盾构隧道开挖引起的邻近桩基轴力。本发明首次采用Winkler地基模型结合Winkler叠加原理求解了盾构隧道开挖引起的邻近桩基轴力分布函数，计算方法步骤明确，相比于有限差发法、微分方程法更加简单易行且精确，具有很好的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道开挖引起的邻近桩基轴力计算方法，属隧道结构设计技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，城市隧道工程的建设也越来越多，而隧道开挖对邻近桩基的应力应变场产生的影响较大，不容忽视。因此，预测隧道开挖对邻近桩基的影响成为地下工程研究领域的一大热点。目前，针对盾构隧道开挖对邻近桩基的影响研究中，常规的方法局限于有限元方法，该方法所花的时间和精力投入较大，现有的基本本构方程解析比较繁琐，在现场预测盾构隧道开挖对邻近桩基的影响时较为麻烦，容易出错。

因此，提出一种可靠且简单易行的盾构开挖引起的邻近桩基轴力计算方法，从而节约投资和工程量，防范工程风险发生的可能性，是非常具有工程应用价值的技术问题。

发明内容

本发明的目的是，针对现场预测盾构隧道开挖对邻近桩基的影响研究存在的问题，提出一种盾构隧道开挖引起的邻近桩基轴力计算方法。

本发明实现的技术方案如下，一种盾构隧道开挖引起的邻近桩基轴力计算方法，步骤如下：

(1)确定盾构隧道、桩基及土体的物理力学参数；

(2)确定由于盾构隧道开挖引起桩基轴线处的土体位移；

(3)基于Winkler地基模型，将盾构隧道开挖引起的土体位移转化为荷载施加到桩基上，建立桩基的受力平衡方程；

(4)在不考虑桩基底端反力作用时，求解集中荷载引起的桩基轴力；

(5)求解桩基底部反力，进而推导出盾构隧道开挖引起的邻近桩基轴力。

所述物理力学参数包括：

(1)盾构隧道参数：轴线埋深H，半径R，地层损失率ε₀；

(2)桩基参数：半径r₀，入土深度L，底端到基岩的距离h_b，桩基弹性模量E_p，桩基轴线到隧道中心线的水平距离x₀；

(3)土体参数：弹性模量E_s，土体泊松比v，剪切模量G_s。

所述盾构隧道开挖引起桩基轴线处的土体位移如下：

式中，R为隧道半径；x₀为桩基轴到隧道中心线的水平距离；z为距地表的垂直距离；ε₀为盾构隧道开挖造成的地层损失比；H为隧道轴线埋深。

所述桩基的受力平衡方程如下：

式中，W(z)为桩基的位移函数；E_p为桩基弹性模量；A_p为桩基横截面面积；P(z)为桩基受到的竖向外荷载；k为桩侧土的弹簧刚度，