南京緯七路工程中盾構推進對高架橋深大樁基的影響探究_第1頁
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文檔簡介

南京緯七路工程中盾構推進對高架橋深大樁基的影響探究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景南京緯七路作為南京市交通網(wǎng)絡的關鍵組成部分,承擔著繁重的交通運輸任務,其工程建設對于緩解城市交通擁堵、加強區(qū)域聯(lián)系、促進經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用。在緯七路工程的建設進程中,盾構推進技術憑借其在地下隧道施工方面的獨特優(yōu)勢,如對周邊環(huán)境影響小、施工效率高、安全性好等,被廣泛應用。高架橋深大樁基作為支撐高架橋結構的基礎,其穩(wěn)定性直接關系到整個高架橋的安全與正常使用。在盾構推進過程中,盾構機的掘進、土體的擾動、注漿等施工行為會不可避免地對周圍土體產(chǎn)生應力變化和變形,而緊鄰的高架橋深大樁基處于這一受影響區(qū)域內(nèi),必然會受到盾構推進的影響。這種影響可能表現(xiàn)為樁基的豎向位移、水平位移以及軸力的改變等,若這些變化超出一定范圍,將對高架橋的結構安全構成嚴重威脅,進而影響整個緯七路工程的質(zhì)量和運營安全。隨著城市建設的不斷發(fā)展,類似南京緯七路這樣在復雜環(huán)境下進行盾構隧道施工與高架橋樁基相互影響的工程日益增多。因此,深入研究盾構推進對南京緯七路高架橋深大樁基的影響,對于保障該工程的順利建設和安全運營具有迫切的現(xiàn)實需求,同時也為其他類似工程提供重要的參考依據(jù)。1.1.2研究意義本研究對于保障南京緯七路高架橋的安全運營具有不可忽視的重要性。通過精準分析盾構推進對深大樁基的影響,能夠提前預測樁基可能出現(xiàn)的位移、變形以及軸力變化等情況。基于這些預測結果,工程人員可以及時采取針對性的加固、防護措施,有效避免因盾構施工導致樁基出現(xiàn)過大變形或破壞,從而確保高架橋在施工期間和運營階段的結構穩(wěn)定性,為過往車輛和行人的安全提供堅實保障。深入研究盾構推進對深大樁基的影響,能夠為優(yōu)化施工方案提供科學指導。明確盾構施工參數(shù)(如推進速度、土倉壓力、注漿量等)與樁基響應之間的關系后,施工單位可以根據(jù)實際工程情況,合理調(diào)整盾構施工參數(shù),選擇最為合適的施工工藝和流程。這不僅能夠最大限度地減少盾構推進對樁基的不利影響,還能提高施工效率,降低工程成本,使整個施工過程更加科學、高效、經(jīng)濟。本研究成果對于其他類似工程具有重要的參考價值和借鑒意義。在未來的城市建設中,不可避免地會遇到更多在盾構隧道施工影響范圍內(nèi)存在高架橋樁基或其他重要建(構)筑物基礎的情況。本研究所得出的盾構推進對深大樁基影響的規(guī)律、分析方法以及相應的防護措施和建議等,能夠為這些類似工程的設計、施工和監(jiān)測提供有益的參考,幫助工程人員更好地應對類似問題,推動城市地下空間開發(fā)和基礎設施建設的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在盾構推進對鄰近樁基影響的研究領域,國內(nèi)外學者開展了大量富有價值的研究工作。國外方面,一些發(fā)達國家憑借先進的技術和豐富的工程實踐經(jīng)驗,較早地對盾構施工過程中引起的土體變形和樁基響應展開了深入研究。例如,日本在城市地下空間開發(fā)中,由于盾構隧道施工頻繁,對盾構推進影響鄰近樁基的研究較為系統(tǒng)。通過現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)值模擬和理論分析等多種手段,研究了不同地質(zhì)條件下盾構施工參數(shù)(如土壓、推進速度、注漿量等)與樁基位移、軸力變化之間的關系,建立了一些經(jīng)驗公式和理論模型,為工程實踐提供了一定的理論支持。在國內(nèi),隨著城市化進程的加速,城市軌道交通和地下基礎設施建設蓬勃發(fā)展,盾構推進對鄰近樁基影響的研究也日益受到重視。眾多學者針對不同地區(qū)的工程實例,結合當?shù)氐牡刭|(zhì)特點,從多個角度進行了研究。在現(xiàn)場監(jiān)測方面,通過在工程現(xiàn)場布置大量的監(jiān)測點,實時獲取盾構推進過程中樁基的位移、應力變化數(shù)據(jù),為深入了解盾構施工對樁基的影響規(guī)律提供了直接的依據(jù)。在數(shù)值模擬方面,運用有限元、有限差分等數(shù)值方法,建立盾構隧道-土體-樁基相互作用的數(shù)值模型,模擬盾構施工過程,分析不同工況下樁基的力學響應,探討盾構施工參數(shù)、樁基與隧道的相對位置、樁基自身特性等因素對樁基的影響。在理論分析方面,基于土力學、彈性力學等基本理論,推導盾構施工引起土體位移和樁基內(nèi)力變化的理論計算公式,為工程設計和施工提供理論指導。然而,現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。在研究對象上,對于像南京緯七路高架橋這種具有特殊地質(zhì)條件和復雜工程環(huán)境下的深大樁基,相關研究相對較少。南京緯七路地區(qū)的地質(zhì)條件復雜,存在多種土層和地下水情況,這增加了盾構推進對樁基影響的復雜性。而現(xiàn)有研究大多集中在一般地質(zhì)條件下,對于這種復雜地質(zhì)條件下的研究不夠深入,無法完全滿足南京緯七路工程的實際需求。在研究內(nèi)容上,雖然對盾構推進引起的樁基位移、軸力等力學響應已有一定研究,但對于樁基的長期性能變化,如樁基的耐久性、疲勞性能等方面的研究還較為薄弱。盾構施工對樁基的影響不僅體現(xiàn)在施工過程中的短期力學響應,還可能對樁基的長期性能產(chǎn)生潛在影響,而這方面的研究在現(xiàn)有成果中尚未得到充分體現(xiàn)。在研究方法上,現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)雖然真實可靠,但受到監(jiān)測范圍、監(jiān)測時間等因素的限制,難以全面反映盾構施工對樁基的影響;數(shù)值模擬方法雖然能夠?qū)碗s工況進行模擬分析,但模型的準確性和可靠性依賴于合理的參數(shù)選取和模型假設,目前在參數(shù)選取和模型驗證方面還存在一定的主觀性和不確定性;理論分析方法雖然具有一定的理論基礎,但在實際應用中,由于盾構施工和樁基受力的復雜性,理論公式往往難以準確描述實際情況?;诂F(xiàn)有研究的不足與空白,本文將以南京緯七路工程為背景,針對該地區(qū)特殊的地質(zhì)條件和高架橋深大樁基的特點,綜合運用現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)值模擬和理論分析等方法,深入研究盾構推進對高架橋深大樁基的影響。具體包括分析盾構在單側推進和雙側平行推進情況下對近鄰高架橋樁基的豎向位移、水平位移和軸力的影響以及對地表沉降的影響;研究雙側盾構推進時合理的盾構推進間距;探討樁基嵌巖與否、隧道與樁基間不同凈距、不同樁長、不同樁徑等條件下,盾構推進對橋基工作性狀的影響規(guī)律;并提出合理的減少樁基不利影響的施工保護建議和實施的監(jiān)測方案,以期為南京緯七路高架橋的建設和運營提供科學依據(jù)和技術支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文將全面深入地剖析盾構推進對南京緯七路高架橋深大樁基的影響,研究內(nèi)容涵蓋多個關鍵方面。在盾構推進對樁基位移的影響分析中,分別針對盾構單側推進和雙側平行推進兩種工況,借助先進的監(jiān)測技術和數(shù)值模擬手段,精確測定和模擬近鄰高架橋樁基的豎向位移和水平位移情況。詳細分析不同推進工況下,樁基位移隨盾構施工進程的變化規(guī)律,明確影響樁基位移的關鍵因素,如盾構推進速度、土倉壓力、隧道與樁基的相對位置等。對于盾構推進對樁基軸力的影響研究,通過在樁基內(nèi)布置高精度的應力傳感器,實時監(jiān)測盾構推進過程中樁基軸力的變化。分析單側和雙側推進時,樁基軸力的分布特點和變化趨勢,探討軸力變化與盾構施工參數(shù)、土體性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系,為評估樁基的承載能力和穩(wěn)定性提供依據(jù)。盾構推進對地表沉降的影響也是研究重點之一。在盾構推進區(qū)域的地表合理布置監(jiān)測點,采用水準儀、全站儀等測量設備,定期監(jiān)測地表沉降數(shù)據(jù)。運用理論分析和數(shù)值模擬方法,研究地表沉降的范圍、沉降槽的形態(tài)以及沉降量隨時間的發(fā)展規(guī)律,分析地表沉降對周邊環(huán)境和建筑物的潛在影響。深入研究雙側盾構推進時合理的盾構推進間距。通過數(shù)值模擬不同推進間距下盾構施工對樁基和地表的影響,結合工程實際經(jīng)驗和相關規(guī)范要求,綜合考慮施工效率、工程成本以及對周邊環(huán)境的影響等因素,確定既能保證工程安全又能提高施工效率的合理盾構推進間距。此外,還將系統(tǒng)研究樁基嵌巖與否、隧道與樁基間不同凈距、不同樁長、不同樁徑等條件下,盾構推進對橋基工作性狀的影響規(guī)律。利用數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗相結合的方法,分析這些因素對樁基位移、軸力、承載力等工作性狀指標的影響程度,為高架橋樁基的設計優(yōu)化和施工方案的制定提供科學依據(jù)。基于上述研究成果,提出合理的減少樁基不利影響的施工保護建議。從盾構施工參數(shù)優(yōu)化、樁基加固措施、土體改良方法等方面入手,制定具體可行的施工保護方案。同時,制定詳細的實施監(jiān)測方案,明確監(jiān)測項目、監(jiān)測頻率、監(jiān)測方法以及預警值等,確保在施工過程中能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理樁基的異常變化,保障南京緯七路高架橋的施工安全和結構穩(wěn)定。1.3.2研究方法本文采用數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測、理論分析相結合的研究方法,以全面深入地探究盾構推進對南京緯七路高架橋深大樁基的影響。在數(shù)值模擬方面,運用專業(yè)的有限元軟件,如ANSYS、ABAQUS等,建立盾構隧道-土體-高架橋樁基的三維數(shù)值模型。模型中充分考慮土體的非線性本構關系、盾構施工過程中的各種力學行為(如盾構機的掘進、土體的開挖與支護、注漿等)以及樁基與土體之間的相互作用。通過對不同工況下的盾構推進過程進行數(shù)值模擬,得到樁基的位移、軸力以及地表沉降等力學響應結果,為分析盾構推進對樁基的影響規(guī)律提供數(shù)據(jù)支持?,F(xiàn)場監(jiān)測是獲取真實數(shù)據(jù)的重要手段。在南京緯七路高架橋樁基及周邊地表設置監(jiān)測點,采用高精度的監(jiān)測儀器,如水準儀、全站儀、應變計、壓力盒等,對盾構推進過程中的樁基豎向位移、水平位移、軸力以及地表沉降進行實時監(jiān)測。定期收集和整理監(jiān)測數(shù)據(jù),分析監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間和盾構施工進度的變化趨勢,驗證數(shù)值模擬結果的準確性,同時為理論分析提供實際工程數(shù)據(jù)。理論分析基于土力學、彈性力學、結構力學等基本理論,推導盾構推進引起土體位移和樁基內(nèi)力變化的理論計算公式。運用這些公式,對盾構推進過程中樁基的力學響應進行理論計算和分析,從理論層面揭示盾構推進對樁基影響的內(nèi)在機理。將理論分析結果與數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測結果進行對比驗證,相互補充和完善,提高研究結果的可靠性和科學性。通過數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測和理論分析三種方法的有機結合,從不同角度和層面深入研究盾構推進對南京緯七路高架橋深大樁基的影響,為保障該工程的安全建設和運營提供全面、科學的依據(jù)。二、盾構推進與南京緯七路高架橋工程概述2.1盾構推進技術原理與施工過程2.1.1盾構推進技術原理盾構推進技術是一種在地下進行隧道挖掘的先進施工技術,其核心設備為盾構機。盾構機宛如一個大型的地下掘進“機器人”,集多種復雜功能于一體,能夠高效、安全地完成隧道施工任務。盾構機的刀盤是其切削土體的關鍵部件,刀盤上安裝有各種類型的刀具,如滾刀、刮刀等。在盾構推進過程中,刀盤高速旋轉(zhuǎn),刀具與土體直接接觸,通過切削、破碎等方式將前方的土體挖掘下來。刀盤的旋轉(zhuǎn)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)土體的切削,還能對切削下來的土體進行攪拌,使其形成具有一定流動性的渣土,便于后續(xù)的排土作業(yè)。推進系統(tǒng)為盾構機的前進提供動力支持。推進系統(tǒng)主要由液壓油缸組成,這些油缸以已拼裝好的管片作為支撐點,通過油缸的伸縮產(chǎn)生強大的推力,克服盾構機前方土體的阻力以及其他各種摩擦力,推動盾構機沿著預定的隧道軸線方向緩慢前進。在推進過程中,可以通過調(diào)節(jié)不同區(qū)域液壓油缸的推力大小,精確控制盾構機的前進方向,確保隧道的施工精度。盾構機的支護結構至關重要,它主要包括護盾和管片。護盾是盾構機的外殼,對挖掘出的還未襯砌的隧道段起著臨時支撐的作用。護盾能夠承受周圍土層的壓力,在地下水豐富的區(qū)域,還能有效阻擋地下水的侵入,為后續(xù)的挖掘、排土、襯砌等作業(yè)提供一個安全穩(wěn)定的工作空間。隨著盾構機的推進,管片被逐環(huán)拼裝在隧道內(nèi)壁上,形成永久性的支護結構。管片通常由鋼筋混凝土或預制鋼構件制成,具有足夠的強度和剛度,能夠長期承受土體和地下水的壓力,保證隧道的穩(wěn)定性。排土系統(tǒng)負責將刀盤切削下來的渣土排出隧道。排土系統(tǒng)一般由螺旋輸送機和皮帶輸送機等組成。螺旋輸送機將土倉內(nèi)的渣土輸送至皮帶輸送機上,皮帶輸送機再將渣土運輸?shù)剿淼劳獾闹付ㄎ恢眠M行處理。在排土過程中,需要精確控制排土量,使其與盾構機的掘進速度相匹配,以維持土倉內(nèi)的壓力平衡,避免因土倉壓力過大或過小而導致地面沉降、坍塌等問題。2.1.2盾構施工過程盾構施工是一個復雜而有序的過程,需要多個環(huán)節(jié)緊密配合,以確保隧道的順利建成。施工前,首先要在隧道起始端建造一個合適的坑口,坑口的尺寸和結構需根據(jù)盾構機的大小和施工要求進行精心設計和施工??涌诓粌H要為盾構機的安裝和調(diào)試提供足夠的空間,還要具備良好的穩(wěn)定性和承載能力,以保證施工過程的安全。將盾構機通過大型起重設備吊運至起始坑口,并進行精確的安裝和調(diào)試。在安裝過程中,需要確保盾構機的各個部件連接牢固,設備的各項性能指標達到設計要求。調(diào)試工作則包括對刀盤的旋轉(zhuǎn)、推進系統(tǒng)的運行、排土系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)、測量導向系統(tǒng)的精度等進行全面檢查和測試,確保盾構機能夠正常工作。盾構機安裝調(diào)試完畢后,正式開始推進作業(yè)。在推進過程中,刀盤持續(xù)旋轉(zhuǎn)切削土體,推進系統(tǒng)按照設定的推力和速度推動盾構機前進。操作人員需要密切關注盾構機的各項運行參數(shù),如土倉壓力、推進速度、刀盤扭矩等,并根據(jù)實際情況及時調(diào)整施工參數(shù),以保證盾構機的安全、穩(wěn)定推進。排土作業(yè)與推進作業(yè)同步進行,螺旋輸送機和皮帶輸送機將切削下來的渣土及時排出隧道。為了確保排土的順暢和高效,需要定期對排土設備進行維護和保養(yǎng),防止設備出現(xiàn)堵塞、故障等問題。同時,要對排出的渣土進行妥善處理,避免對周圍環(huán)境造成污染。隨著盾構機的推進,隧道內(nèi)壁需要及時進行襯砌,以提供永久性的支護。管片由專門的管片拼裝機進行拼裝,管片拼裝機具有多個自由度,可以精確地抓取、搬運和拼裝管片。在拼裝過程中,要確保管片之間的連接緊密,密封良好,以防止地下水滲漏和土體坍塌。為了填充管片與周圍土體之間的空隙,減少地面沉降,在盾構推進和襯砌過程中,需要進行同步注漿。同步注漿系統(tǒng)將配置好的漿液通過注漿管注入到管片與土體之間的環(huán)形空隙中。漿液在空隙中凝固后,能夠增強管片與土體之間的粘結力,提高隧道的整體穩(wěn)定性。在注漿過程中,要嚴格控制注漿量、注漿壓力和注漿時間等參數(shù),確保注漿效果滿足設計要求。盾構施工過程中,測量導向系統(tǒng)起著至關重要的作用。通過測量導向系統(tǒng),可以實時監(jiān)測盾構機的位置、姿態(tài)和前進方向,為操作人員提供準確的施工數(shù)據(jù)。一旦發(fā)現(xiàn)盾構機的位置或姿態(tài)出現(xiàn)偏差,操作人員可以及時調(diào)整推進系統(tǒng)的參數(shù),使盾構機回到預定的隧道軸線位置,保證隧道的施工精度。2.2南京緯七路高架橋工程概況南京緯七路高架橋位于南京市核心交通區(qū)域,是連接城市東西方向的重要交通樞紐。它西起長江過江隧道,東至賽虹橋立交,橫跨多個城區(qū),與多條城市主干道相交,如江東路、鳳臺南路等。其線路全長約[X]公里,橋梁寬度根據(jù)不同路段有所變化,一般在[X]米至[X]米之間,雙向[X]車道,設計車速為[X]公里/小時。該高架橋的主要功能是承擔城市快速交通的重任,有效緩解城市交通擁堵狀況,加強長江兩岸以及城市不同區(qū)域之間的聯(lián)系。它不僅是市民日常出行的重要通道,還對城市的經(jīng)濟發(fā)展、區(qū)域協(xié)同等方面起到關鍵的支撐作用。作為南京城市交通網(wǎng)絡的關鍵組成部分,緯七路高架橋在城市交通體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。它與周邊的隧道、地面道路、地鐵站點等共同構成了一個復雜而龐大的綜合交通系統(tǒng),極大地提高了城市交通的運行效率。無論是在工作日的早晚高峰時段,還是在節(jié)假日的出行高峰,緯七路高架橋都承擔著大量的車流量,為保障城市的正常運轉(zhuǎn)發(fā)揮著不可或缺的作用。其建設和運營對于提升南京城市的綜合競爭力、促進區(qū)域經(jīng)濟一體化發(fā)展具有深遠的意義。2.3高架橋深大樁基設計與施工要點南京緯七路高架橋深大樁基的設計參數(shù)是保障其承載能力和穩(wěn)定性的關鍵。樁長根據(jù)不同路段的地質(zhì)條件和上部結構的荷載要求進行精心設計,一般在[X]米至[X]米之間。樁徑通常為[X]米,采用較大的樁徑能夠有效提高樁基的承載能力,增強其對上部結構荷載的承受能力。樁間距的設計則綜合考慮了樁基的受力特性、土體的承載能力以及施工工藝等因素,一般控制在[X]米左右,以確保樁基之間相互影響較小,同時保證土體能夠提供足夠的側向約束。該高架橋深大樁基主要采用鉆孔灌注樁的施工工藝。在施工準備階段,需要對施工現(xiàn)場進行全面清理和平整,確保施工場地具備良好的作業(yè)條件。同時,要根據(jù)設計要求,準確測量放線,確定樁基的位置,為后續(xù)施工提供精確的定位依據(jù)。護筒制作與埋設是施工過程中的重要環(huán)節(jié)。護筒一般采用厚度為[X]毫米的鋼板卷制而成,其直徑比樁徑大[X]毫米,能夠有效保護孔口,防止孔壁坍塌,同時還能起到定位和導向的作用。在埋設護筒時,要確保其垂直度和埋設深度符合設計要求,護筒頂面應高出施工地面[X]米,以防止雜物和地表水進入孔內(nèi)。泥漿制備是鉆孔灌注樁施工的關鍵技術之一。泥漿采用優(yōu)質(zhì)膨潤土和水按照一定比例配制而成,并添加適量的添加劑,如純堿、纖維素等,以改善泥漿的性能。泥漿的性能指標,如比重、粘度、含砂率等,對鉆孔施工的順利進行和孔壁的穩(wěn)定性起著至關重要的作用。在鉆進過程中,泥漿能夠懸浮鉆渣,冷卻和潤滑鉆頭,同時在孔壁形成一層泥皮,起到護壁的作用。鉆孔作業(yè)使用專業(yè)的鉆孔設備,如旋挖鉆機、沖擊鉆機等,根據(jù)不同的地質(zhì)條件選擇合適的鉆進參數(shù)。在鉆進過程中,要密切關注鉆機的運行情況,如鉆進速度、鉆壓、扭矩等,及時調(diào)整鉆進參數(shù),確保鉆孔的垂直度和孔徑符合設計要求。同時,要定期測量孔深和泥漿性能指標,防止出現(xiàn)塌孔、縮徑等質(zhì)量問題。鋼筋籠制作和安放要求嚴格。鋼筋籠的鋼筋規(guī)格、數(shù)量和間距必須符合設計要求,鋼筋的連接采用焊接或機械連接方式,確保連接牢固可靠。在安放鋼筋籠時,要使用起重機將鋼筋籠緩慢下放至孔內(nèi),避免碰撞孔壁。鋼筋籠下放到位后,要及時固定,防止其在混凝土灌注過程中發(fā)生位移。水下灌注混凝土是樁基施工的最后一道關鍵工序?;炷敛捎镁哂辛己煤鸵仔?、流動性和抗離析性的商品混凝土,其坍落度控制在[X]毫米至[X]毫米之間。在灌注過程中,要使用導管將混凝土輸送至孔底,隨著混凝土的不斷灌注,逐步提升導管,確保混凝土的灌注高度和密實度。同時,要嚴格控制導管的埋深,一般保持在[X]米至[X]米之間,防止導管脫離混凝土面或埋入過深導致混凝土灌注不暢。在樁基施工過程中,質(zhì)量控制至關重要。要建立完善的質(zhì)量控制體系,加強對施工過程的各個環(huán)節(jié)進行嚴格監(jiān)控。對原材料進行嚴格的檢驗,確保其質(zhì)量符合設計要求;對施工設備進行定期檢查和維護,保證設備的正常運行;對施工人員進行專業(yè)培訓,提高其技術水平和質(zhì)量意識。在每道工序完成后,都要進行嚴格的質(zhì)量檢驗,如護筒埋設的垂直度和深度檢驗、鋼筋籠的制作和安裝質(zhì)量檢驗、混凝土的坍落度和強度檢驗等,只有檢驗合格后方可進行下一道工序施工。通過嚴格的質(zhì)量控制,確保南京緯七路高架橋深大樁基的施工質(zhì)量達到設計要求,為高架橋的安全穩(wěn)定提供堅實的基礎。三、盾構推進對高架橋深大樁基影響的數(shù)值模擬分析3.1數(shù)值模擬模型的建立3.1.1模型建立的依據(jù)與原則本研究基于南京緯七路工程詳細的地質(zhì)勘察報告、盾構施工的具體參數(shù)以及高架橋深大樁基的設計圖紙等資料,構建數(shù)值模擬模型。地質(zhì)勘察報告提供了土層分布、巖土體物理力學性質(zhì)等關鍵信息,為準確模擬土體的力學行為奠定了基礎。盾構施工參數(shù),如推進速度、土倉壓力、注漿量等,是模擬盾構推進過程中土體受力和變形的重要依據(jù)。高架橋深大樁基的設計圖紙明確了樁基的尺寸、長度、間距以及材料特性等參數(shù),確保模型能夠真實反映樁基在盾構施工影響下的力學響應。在模型建立過程中,嚴格遵循相似性、合理性和簡化性原則。相似性原則要求模型的幾何尺寸、材料特性以及邊界條件等與實際工程具有相似性,以保證模擬結果能夠真實反映實際情況。通過合理選取模型的計算范圍和單元尺寸,使模型在幾何上能夠準確模擬實際工程的結構和布局;采用與實際巖土體和建筑材料力學性能相近的參數(shù),確保模型材料特性的相似性。合理性原則體現(xiàn)在模型的構建應符合力學原理和工程實際??紤]盾構施工過程中土體的開挖、支護、注漿等實際施工行為,以及土體與樁基之間的相互作用機理,使模型能夠合理地模擬盾構推進對樁基的影響過程。簡化性原則是在保證模擬結果準確性的前提下,對模型進行適當簡化,以提高計算效率和可操作性。忽略一些對模擬結果影響較小的次要因素,如土體中微小的局部不均勻性、盾構機的一些細節(jié)構造等,在不影響主要研究結果的前提下,簡化模型的復雜性。3.1.2模型參數(shù)的選取巖土體的材料參數(shù)對模型的準確性至關重要。根據(jù)南京緯七路地區(qū)的地質(zhì)勘察報告,該區(qū)域主要土層包括粉質(zhì)黏土、黏土、粉砂等。粉質(zhì)黏土的彈性模量一般在[X]MPa至[X]MPa之間,泊松比約為[X],密度為[X]kg/m3;黏土的彈性模量在[X]MPa至[X]MPa范圍內(nèi),泊松比為[X],密度為[X]kg/m3;粉砂的彈性模量較高,在[X]MPa至[X]MPa之間,泊松比約為[X],密度為[X]kg/m3。在數(shù)值模擬中,根據(jù)不同土層的實際情況,合理選取這些參數(shù),以準確模擬巖土體的力學行為。盾構機的材料參數(shù)主要涉及刀盤、護盾等部件。刀盤一般采用高強度合金鋼制造,其彈性模量約為[X]GPa,泊松比為[X],密度為[X]kg/m3。護盾同樣采用鋼材,其彈性模量和泊松比與刀盤相近,但根據(jù)不同的設計要求,密度可能會有所差異。這些參數(shù)的準確選取,有助于模擬盾構機在推進過程中與土體的相互作用。管片作為隧道的永久性支護結構,其材料參數(shù)也不容忽視。南京緯七路盾構隧道管片通常采用鋼筋混凝土材質(zhì),彈性模量為[X]GPa,泊松比為[X],密度為[X]kg/m3??紤]到管片在實際使用中可能受到的各種荷載和環(huán)境因素影響,在選取參數(shù)時充分參考相關設計規(guī)范和工程經(jīng)驗,確保參數(shù)的合理性。高架橋深大樁基一般采用鋼筋混凝土灌注樁,彈性模量為[X]GPa,泊松比為[X],密度為[X]kg/m3。在確定樁基材料參數(shù)時,還需考慮鋼筋與混凝土之間的協(xié)同工作效應,以及樁基在長期使用過程中的耐久性等因素,以全面準確地模擬樁基在盾構推進影響下的力學性能。3.1.3模型的邊界條件與加載方式為了模擬實際工程中的受力和變形情況,對模型的邊界條件進行了合理設置。在模型的底部,采用固定約束,限制模型在x、y、z三個方向的位移,模擬實際工程中土體底部與基巖或穩(wěn)定地層的接觸情況。在模型的側面,設置水平約束,僅允許模型在豎直方向上產(chǎn)生位移,以模擬土體在水平方向受到周圍土體的約束作用。在模型的頂部,為自由邊界,模擬地表與大氣的接觸,不受任何約束。模擬盾構推進的加載過程時,采用分步加載的方式,以真實反映盾構施工的動態(tài)過程。將盾構推進過程劃分為多個時間步長,每個時間步長對應盾構機向前推進一定的距離。在每個時間步長內(nèi),按照實際施工參數(shù),施加相應的荷載,包括盾構機的推力、土倉壓力、注漿壓力等。通過逐步施加這些荷載,模擬盾構機在不同推進階段對周圍土體和樁基的影響。加載時間步長的確定需要綜合考慮多個因素。一方面,時間步長不能過大,否則可能會導致模擬結果的不準確,無法真實反映盾構推進過程中的瞬態(tài)變化;另一方面,時間步長也不能過小,否則會增加計算量,延長計算時間。根據(jù)盾構機的推進速度和模型的計算精度要求,經(jīng)過多次試算和調(diào)整,確定合適的加載時間步長為[X]分鐘,既能保證模擬結果的準確性,又能提高計算效率。3.2單側盾構推進對樁基的影響分析3.2.1樁基豎向位移變化規(guī)律在單側盾構推進過程中,樁基豎向位移隨盾構機位置的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。當盾構機逐漸靠近樁基時,由于盾構機的切削、擠壓作用,使得周圍土體產(chǎn)生應力重分布,進而導致樁基受到土體的附加作用力,樁基開始出現(xiàn)豎向位移,且位移方向通常為向下沉降。隨著盾構機繼續(xù)推進,樁基豎向位移逐漸增大,在盾構機到達樁基附近某一臨界位置時,豎向位移增長速率達到最大值。這是因為此時盾構機對土體的擾動最為劇烈,土體的變形傳遞給樁基,使得樁基受到的附加荷載迅速增加。此后,隨著盾構機逐漸遠離樁基,樁基豎向位移的增長速率逐漸減小,但位移總量仍在持續(xù)增加,直到盾構機離開一定距離后,樁基豎向位移才逐漸趨于穩(wěn)定。通過數(shù)值模擬得到的樁基豎向位移隨盾構機位置變化的曲線(圖1),清晰地展示了這一變化規(guī)律。從曲線中可以看出,在盾構機距離樁基較遠時(如大于[X]米),樁基豎向位移較小,幾乎可以忽略不計;當盾構機逐漸靠近至距離樁基[X]米左右時,豎向位移開始明顯增大;在盾構機距離樁基[X]米至[X]米的范圍內(nèi),豎向位移增長速率最快;當盾構機離開樁基超過[X]米后,豎向位移增長緩慢,最終趨于穩(wěn)定,穩(wěn)定后的豎向位移量為[X]毫米。這種變化規(guī)律與實際工程中的監(jiān)測結果也具有較好的一致性,進一步驗證了數(shù)值模擬的準確性。[此處插入圖1:單側盾構推進時樁基豎向位移隨盾構機位置變化曲線][此處插入圖1:單側盾構推進時樁基豎向位移隨盾構機位置變化曲線]3.2.2樁基水平位移變化規(guī)律單側盾構推進時,樁基水平位移同樣呈現(xiàn)出特定的變化趨勢。在盾構機靠近樁基的過程中,由于盾構機外殼與土體之間的摩擦力、盾構機姿態(tài)調(diào)整以及土體的側向擠壓等因素,樁基會受到水平方向的作用力,從而產(chǎn)生水平位移。水平位移的方向通常與盾構機的推進方向相關,一般表現(xiàn)為向盾構機推進方向的一側偏移。隨著盾構機的推進,樁基水平位移逐漸增大,在盾構機到達樁基附近時,水平位移達到一個相對較大的值。這是因為此時盾構機對土體的側向擾動達到最大,土體對樁基的水平推力也相應增大。當盾構機離開樁基后,由于土體的逐漸固結和應力調(diào)整,樁基水平位移會有所減小,但減小幅度相對較小,最終會穩(wěn)定在一個非零的水平位移值。樁基水平位移產(chǎn)生的原因主要包括以下幾個方面。盾構機外殼與土體之間的摩擦力會帶動土體產(chǎn)生一定的側向位移,這種位移傳遞到樁基上,導致樁基產(chǎn)生水平位移。盾構機在推進過程中,為了保持正確的掘進方向,可能會進行姿態(tài)調(diào)整,如糾偏等操作,這會對周圍土體產(chǎn)生額外的側向力,進而影響樁基的水平位移。土體在盾構機的作用下,會發(fā)生應力重分布,產(chǎn)生側向的擠壓和變形,這種土體的側向變形也會使樁基受到水平方向的作用力,從而產(chǎn)生水平位移。3.2.3樁基軸力變化規(guī)律在單側盾構推進過程中,樁基軸力會發(fā)生明顯的變化。當盾構機逐漸靠近樁基時,由于土體的擾動和應力變化,樁基周圍土體對樁基的側摩阻力和端阻力會發(fā)生改變,從而導致樁基軸力發(fā)生變化。一般情況下,在盾構機靠近過程中,樁基軸力會逐漸增大。這是因為盾構機的推進使得土體對樁基的擠壓作用增強,側摩阻力和端阻力相應增大,從而使樁基軸力增大。在盾構機到達樁基附近時,樁基軸力達到最大值。此時,盾構機對土體的擾動最為強烈,土體對樁基的作用力也達到最大,導致樁基軸力急劇增大。當盾構機離開樁基后,隨著土體的逐漸穩(wěn)定和應力的調(diào)整,樁基軸力會逐漸減小,但通常不會恢復到初始狀態(tài),而是穩(wěn)定在一個比初始軸力略大的值。樁基軸力的變化對樁基承載能力有著重要的影響。軸力的增大意味著樁基需要承受更大的荷載,如果軸力超過樁基的設計承載能力,樁基可能會發(fā)生破壞,影響高架橋的結構安全。因此,在盾構推進過程中,需要密切關注樁基軸力的變化,確保其在安全范圍內(nèi)。通過對樁基軸力變化的分析,可以評估樁基在盾構施工影響下的承載性能,為工程設計和施工提供重要的參考依據(jù)。當發(fā)現(xiàn)樁基軸力接近或超過允許值時,可以及時采取相應的加固措施,如增加樁長、樁徑,或者對土體進行加固處理等,以提高樁基的承載能力,保障高架橋的安全。3.3雙側盾構平行推進對樁基的影響分析3.3.1雙側盾構推進對樁基豎向位移的影響雙側盾構平行推進時,樁基豎向位移受到兩個盾構機施工影響的疊加。與單側盾構推進相比,雙側推進使得樁基周圍土體的應力變化更為復雜。當兩側盾構機同時靠近樁基時,樁基受到來自兩側土體的附加壓力,豎向位移明顯增大。在盾構機距離樁基較遠時,雙側盾構推進與單側盾構推進下的樁基豎向位移差異較小,但隨著盾構機逐漸靠近,雙側推進時的樁基豎向位移增長速率明顯加快。這是因為雙側盾構機的切削、擠壓作用導致土體應力在樁基周圍的分布更加不均勻,從而使得樁基受到的豎向附加荷載更大。通過數(shù)值模擬得到雙側盾構推進時樁基豎向位移隨盾構機位置變化的曲線(圖2),并與單側盾構推進的曲線進行對比(圖3)。從圖中可以清晰地看出,在盾構機推進至距離樁基[X]米左右時,雙側推進下的樁基豎向位移已經(jīng)超過單側推進下的位移,且隨著盾構機繼續(xù)推進,兩者的差距逐漸增大。當盾構機離開樁基一定距離后,雙側推進下的樁基豎向位移仍然大于單側推進下的位移,且穩(wěn)定后的豎向位移量也相對較大。這種現(xiàn)象表明雙側盾構推進對樁基豎向位移的影響更為顯著,施工過程中需要更加關注樁基的豎向變形情況。[此處插入圖2:雙側盾構推進時樁基豎向位移隨盾構機位置變化曲線][此處插入圖3:單側與雙側盾構推進樁基豎向位移對比曲線][此處插入圖2:雙側盾構推進時樁基豎向位移隨盾構機位置變化曲線][此處插入圖3:單側與雙側盾構推進樁基豎向位移對比曲線][此處插入圖3:單側與雙側盾構推進樁基豎向位移對比曲線]3.3.2雙側盾構推進對樁基水平位移的影響在雙側盾構平行推進過程中,樁基水平位移呈現(xiàn)出獨特的變化特點。由于兩側盾構機的作用,樁基受到的水平作用力方向和大小都發(fā)生了改變。當兩側盾構機對稱推進時,樁基受到的水平力在一定程度上相互抵消,但由于盾構施工的復雜性和土體的不均勻性,樁基仍然會產(chǎn)生一定的水平位移。水平位移的方向可能會隨著盾構機的位置和施工進度而發(fā)生變化,不再像單側盾構推進時那樣具有較為明確的方向性。當一側盾構機先靠近樁基時,樁基會向該側產(chǎn)生較大的水平位移;隨著另一側盾構機逐漸靠近,樁基的水平位移方向可能會發(fā)生改變,向另一側偏移。這種水平位移方向的變化會對樁基的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響,增加樁基發(fā)生傾斜和破壞的風險。為了減小雙側盾構推進時樁基的水平位移,可以采取一些有效的措施。優(yōu)化盾構施工參數(shù),如合理控制盾構機的推進速度和土倉壓力,使兩側盾構機的施工參數(shù)保持一致或相近,減少因施工參數(shù)差異導致的樁基水平受力不均??梢栽跇痘車馏w中設置加固區(qū),通過注漿、攪拌樁等方式提高土體的強度和穩(wěn)定性,從而減小土體對樁基的水平作用力。還可以采用隔離樁等措施,在盾構隧道與樁基之間設置隔離結構,阻擋盾構施工對樁基的影響傳遞,有效減小樁基的水平位移。3.3.3雙側盾構推進對樁基軸力的影響雙側盾構平行推進時,樁基軸力的變化規(guī)律與單側推進存在明顯差異。在雙側推進過程中,隨著兩側盾構機逐漸靠近樁基,樁基軸力迅速增大。這是因為兩側盾構機對土體的擾動使得樁基周圍土體的應力狀態(tài)發(fā)生了復雜的變化,土體對樁基的側摩阻力和端阻力大幅增加,從而導致樁基軸力急劇上升。在盾構機到達樁基附近某一位置時,樁基軸力達到最大值,且該最大值通常遠大于單側盾構推進時的軸力最大值。當盾構機離開樁基后,樁基軸力會逐漸減小,但由于雙側施工對土體的擾動范圍更廣、程度更深,樁基軸力減小的速度相對較慢,且最終穩(wěn)定后的軸力值也會比單側推進時更高。這種軸力的變化對樁基的穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大的影響。軸力的增大使得樁基承受的荷載增加,如果超過樁基的設計承載能力,樁基可能會發(fā)生破壞,嚴重威脅高架橋的結構安全。長期處于較高軸力狀態(tài)下,樁基可能會出現(xiàn)疲勞損傷,降低其耐久性,影響高架橋的長期使用性能。因此,在雙側盾構推進施工過程中,必須密切關注樁基軸力的變化情況。通過實時監(jiān)測樁基軸力,及時掌握軸力的變化趨勢,一旦發(fā)現(xiàn)軸力接近或超過允許值,應立即采取相應的措施??梢哉{(diào)整盾構施工參數(shù),如減小推進速度、優(yōu)化注漿量等,以減小對土體的擾動,降低樁基軸力。對樁基進行加固處理,如增加樁身配筋、擴大樁徑等,提高樁基的承載能力,確保樁基在雙側盾構推進影響下的穩(wěn)定性。四、盾構推進對高架橋深大樁基影響的現(xiàn)場監(jiān)測研究4.1現(xiàn)場監(jiān)測方案設計4.1.1監(jiān)測項目與監(jiān)測點布置本研究確定的監(jiān)測項目主要包括樁基位移、軸力以及地表沉降,這些項目對于全面了解盾構推進對高架橋深大樁基的影響至關重要。在樁基位移監(jiān)測方面,豎向位移監(jiān)測能夠反映樁基在盾構施工過程中垂直方向的變形情況,這對于評估樁基的承載能力和穩(wěn)定性具有重要意義。若樁基豎向位移過大,可能導致高架橋上部結構出現(xiàn)不均勻沉降,進而影響橋梁的正常使用和結構安全。水平位移監(jiān)測則關注樁基在水平方向的移動,盾構施工過程中產(chǎn)生的土體側壓力變化、盾構機的姿態(tài)調(diào)整等因素都可能引起樁基水平位移。過大的水平位移會使樁基承受額外的彎矩和剪力,增加樁基傾斜甚至破壞的風險。軸力監(jiān)測是為了實時掌握樁基在盾構推進過程中所承受的軸向荷載變化。軸力的改變直接反映了樁基受力狀態(tài)的變化,當軸力超過樁基的設計承載能力時,樁基可能發(fā)生破壞,危及高架橋的安全。地表沉降監(jiān)測不僅可以了解盾構施工對地面的影響范圍和程度,還能間接反映盾構施工對地下土體和樁基的影響。地表沉降過大可能導致周邊建筑物、道路等設施出現(xiàn)裂縫、塌陷等問題,影響其正常使用。為了確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性,監(jiān)測點的布置遵循科學合理的原則。在樁基上,根據(jù)樁基的長度和受力特點,沿樁身均勻布置監(jiān)測點。對于較長的樁基,在樁頂、樁身中部以及樁底附近分別設置監(jiān)測點,以全面監(jiān)測樁身不同部位的位移和軸力變化情況。在靠近盾構隧道一側的樁基上,適當增加監(jiān)測點的密度,因為這一側的樁基受到盾構施工的影響更為直接和顯著。在地表,以盾構隧道軸線為中心,在其兩側一定范圍內(nèi)布置地表沉降監(jiān)測點。監(jiān)測點的間距根據(jù)盾構隧道與高架橋的距離、地層條件等因素進行調(diào)整。在靠近隧道和高架橋的區(qū)域,監(jiān)測點間距較小,一般為[X]米左右,以便更精確地捕捉地表沉降的變化;在遠離隧道和高架橋的區(qū)域,監(jiān)測點間距適當增大,可設置為[X]米左右。通過這種布置方式,能夠全面、準確地監(jiān)測盾構推進過程中地表沉降的分布和變化規(guī)律。4.1.2監(jiān)測儀器的選擇與安裝本研究選用了多種高精度的監(jiān)測儀器,以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。水準儀是監(jiān)測樁基豎向位移和地表沉降的常用儀器之一,具有測量精度高、操作簡便等優(yōu)點。本研究采用高精度水準儀,其測量精度可達到±[X]毫米,能夠滿足對樁基豎向位移和地表沉降監(jiān)測的精度要求。在使用水準儀進行監(jiān)測時,需要在監(jiān)測點上設置水準尺,通過測量水準尺上的讀數(shù)變化來計算監(jiān)測點的豎向位移和地表沉降量。全站儀可用于測量樁基的水平位移和地表沉降。它能夠同時測量水平角、垂直角和距離,通過對監(jiān)測點在不同時間的測量數(shù)據(jù)進行對比分析,可以精確計算出監(jiān)測點的水平位移和地表沉降情況。全站儀的測量精度高,水平方向測量精度可達到±[X]秒,距離測量精度可達到±[X]毫米,能夠滿足對樁基水平位移監(jiān)測的高精度要求。在安裝全站儀時,需要選擇合適的觀測位置,確保全站儀能夠清晰地觀測到監(jiān)測點,并且不受施工干擾。鋼筋計用于監(jiān)測樁基軸力,它是一種基于電阻應變原理的傳感器。將鋼筋計安裝在樁基內(nèi)部的鋼筋上,當樁基受力時,鋼筋產(chǎn)生應變,鋼筋計的電阻值隨之發(fā)生變化,通過測量電阻值的變化,利用事先標定好的電阻值與軸力的關系曲線,就可以計算出樁基的軸力。鋼筋計的測量精度較高,可達到±[X]kN,能夠準確監(jiān)測樁基軸力的變化。在安裝鋼筋計時,需要將鋼筋計與樁基內(nèi)部的鋼筋進行可靠連接,確保鋼筋計能夠準確測量鋼筋的應變。在儀器安裝過程中,有諸多注意事項。要確保儀器安裝牢固,避免在施工過程中因震動、碰撞等因素導致儀器松動或損壞,影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。對于水準儀和全站儀的水準尺和棱鏡,要安裝在穩(wěn)定的支架上,并采取防護措施,防止被施工設備或人員損壞。要保證儀器的安裝位置準確,嚴格按照設計要求進行定位。例如,鋼筋計的安裝位置要與設計位置偏差不超過±[X]厘米,以確保測量結果能夠真實反映樁基的受力情況。在安裝完成后,需要對儀器進行校準和調(diào)試,確保儀器的測量精度和性能符合要求。定期對儀器進行檢查和維護,及時更換損壞的部件,保證儀器的正常運行。4.1.3監(jiān)測頻率與監(jiān)測時間監(jiān)測頻率和監(jiān)測時間的確定依據(jù)盾構施工進度和工程特點,以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時性和完整性。在盾構機靠近樁基之前,由于盾構施工對樁基和地表的影響相對較小,監(jiān)測頻率可以相對較低,一般每[X]天進行一次監(jiān)測。這樣的監(jiān)測頻率能夠及時發(fā)現(xiàn)樁基和地表的微小變化,同時也不會造成過多的人力和物力浪費。當盾構機逐漸靠近樁基,進入影響范圍后,監(jiān)測頻率需顯著提高。此時,每[X]天進行一次監(jiān)測,以便更密切地關注樁基位移、軸力以及地表沉降的變化情況。在盾構機穿越樁基的過程中,監(jiān)測頻率進一步加密至每[X]小時一次。這是因為盾構機在穿越樁基時,對樁基和周圍土體的擾動最為劇烈,樁基和地表的變形和受力變化也最為迅速。高頻率的監(jiān)測能夠及時捕捉到這些變化,為工程決策提供實時的數(shù)據(jù)支持。盾構機穿越樁基后,隨著土體的逐漸穩(wěn)定,監(jiān)測頻率可以逐漸降低,但仍需保持一定的監(jiān)測密度,以確保樁基和地表的變形不再發(fā)生明顯變化。在盾構機穿越樁基后的[X]天內(nèi),每[X]天進行一次監(jiān)測;之后,根據(jù)實際情況,可將監(jiān)測頻率調(diào)整為每[X]天一次。整個監(jiān)測時間從盾構施工前[X]天開始,一直持續(xù)到盾構施工完成后[X]天。施工前的監(jiān)測可以獲取樁基和地表的初始狀態(tài)數(shù)據(jù),為后續(xù)分析盾構施工對其影響提供基礎。施工后的監(jiān)測則能夠跟蹤樁基和地表的長期變化情況,評估盾構施工對其影響的持續(xù)性和穩(wěn)定性。在監(jiān)測過程中,若發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化,如樁基位移或軸力突然增大、地表沉降速率加快等,應立即加密監(jiān)測頻率,甚至進行實時監(jiān)測,并及時分析原因,采取相應的措施。4.2現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與處理4.2.1監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計在盾構推進過程中,對獲取的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)整理與統(tǒng)計是深入分析盾構推進對高架橋深大樁基影響的基礎。通過精心整理監(jiān)測數(shù)據(jù),全面統(tǒng)計各監(jiān)測項目的最大值、最小值、平均值等關鍵指標,能夠清晰地展現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化范圍和總體趨勢。在樁基豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)中,經(jīng)過整理統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),在某一監(jiān)測階段內(nèi),其最大值達到了[X]毫米,最小值為[X]毫米,平均值為[X]毫米。這表明樁基豎向位移在一定范圍內(nèi)波動,最大值反映了樁基在盾構施工影響下的最大沉降程度,最小值則體現(xiàn)了樁基在相對穩(wěn)定狀態(tài)下的位移情況,平均值則綜合反映了該階段樁基豎向位移的總體水平。對于樁基水平位移,在相同監(jiān)測階段,最大值為[X]毫米,最小值為[X]毫米,平均值為[X]毫米。這些數(shù)據(jù)直觀地展示了樁基在水平方向上的位移變化情況,最大值對應的是盾構施工對樁基水平影響最為顯著的時刻,而平均值則有助于評估樁基在整個監(jiān)測階段內(nèi)水平位移的平均水平,為判斷樁基的穩(wěn)定性提供重要依據(jù)。樁基軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)同樣具有重要意義。在該監(jiān)測階段,最大值為[X]kN,最小值為[X]kN,平均值為[X]kN。軸力的變化直接反映了樁基的受力狀態(tài),最大值表示樁基在盾構施工過程中承受的最大軸向荷載,若超過樁基的設計承載能力,可能會導致樁基破壞,影響高架橋的安全;平均值則可以幫助分析樁基在盾構施工影響下的平均受力情況,為評估樁基的長期穩(wěn)定性提供參考。地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理統(tǒng)計也不容忽視。在該監(jiān)測階段,地表沉降最大值為[X]毫米,最小值為[X]毫米,平均值為[X]毫米。地表沉降的大小不僅影響著地面的平整度和建筑物的穩(wěn)定性,還能間接反映盾構施工對地下土體和樁基的影響程度。最大值反映了盾構施工對地表沉降影響最為嚴重的區(qū)域,平均值則可用于評估盾構施工對地表沉降的整體影響范圍和程度。為了更直觀地展示監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢,繪制了數(shù)據(jù)變化曲線。以時間為橫坐標,以監(jiān)測項目的數(shù)值為縱坐標,繪制出樁基豎向位移、水平位移、軸力以及地表沉降隨時間的變化曲線。從這些曲線中,可以清晰地看到監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時間的動態(tài)變化過程。樁基豎向位移曲線可能呈現(xiàn)出先逐漸增大,在盾構機靠近樁基時達到峰值,然后隨著盾構機的遠離逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢。樁基水平位移曲線可能會出現(xiàn)波動,其波動情況與盾構機的推進速度、姿態(tài)調(diào)整以及土體的不均勻性等因素密切相關。樁基軸力曲線則可能隨著盾構機的靠近而迅速上升,在盾構機離開后逐漸下降,但最終穩(wěn)定在一個較高的值。地表沉降曲線可能呈現(xiàn)出以盾構隧道軸線為中心,向兩側逐漸減小的沉降槽形狀,且沉降量隨著盾構機的推進而不斷變化。通過對這些數(shù)據(jù)變化曲線的分析,可以深入了解盾構推進對高架橋深大樁基影響的發(fā)展過程和規(guī)律,為后續(xù)的分析和決策提供有力支持。4.2.2監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果的對比分析將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果進行對比分析,是驗證數(shù)值模擬模型準確性和可靠性的關鍵步驟,對于深入理解盾構推進對高架橋深大樁基的影響具有重要意義。在樁基豎向位移方面,通過對比發(fā)現(xiàn),監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果在整體變化趨勢上具有較高的一致性。在盾構機靠近樁基的過程中,兩者都呈現(xiàn)出豎向位移逐漸增大的趨勢;當盾構機到達樁基附近時,豎向位移達到峰值;隨著盾構機的遠離,豎向位移逐漸趨于穩(wěn)定。然而,在具體數(shù)值上,兩者存在一定的差異。監(jiān)測數(shù)據(jù)的最大值為[X]毫米,而數(shù)值模擬結果的最大值為[X]毫米,兩者相差[X]毫米。這種差異可能是由于數(shù)值模擬過程中對土體參數(shù)的簡化、模型邊界條件的近似處理以及現(xiàn)場實際施工條件的復雜性等因素導致的。在樁基水平位移方面,監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果同樣表現(xiàn)出相似的變化趨勢。在盾構施工過程中,兩者都顯示出樁基水平位移隨著盾構機的推進而發(fā)生變化,且水平位移的方向基本一致。但在數(shù)值上,也存在一定的偏差。監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值為[X]毫米,數(shù)值模擬結果的平均值為[X]毫米,偏差率為[X]%。進一步分析發(fā)現(xiàn),這種偏差可能與盾構機的實際姿態(tài)調(diào)整、土體的局部不均勻性以及監(jiān)測誤差等因素有關。對于樁基軸力,監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果在變化趨勢上也較為相似。在盾構機靠近樁基時,軸力逐漸增大;在盾構機離開后,軸力逐漸減小。但在軸力的具體變化幅度上,兩者存在一定差異。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示軸力的最大值為[X]kN,數(shù)值模擬結果的最大值為[X]kN,差值為[X]kN。這可能是由于數(shù)值模擬模型中對樁土相互作用的模擬不夠精確,以及現(xiàn)場施工過程中一些難以量化的因素(如注漿效果的不均勻性、土體的蠕變等)對樁基軸力產(chǎn)生了影響。地表沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果對比分析表明,兩者在沉降槽的形狀和變化趨勢上具有一定的相似性。都呈現(xiàn)出以盾構隧道軸線為中心,向兩側逐漸減小的沉降槽形狀。然而,在沉降量的具體數(shù)值上,存在一定的偏差。監(jiān)測數(shù)據(jù)的最大沉降量為[X]毫米,數(shù)值模擬結果的最大沉降量為[X]毫米,偏差約為[X]毫米。這種偏差可能是由于數(shù)值模擬模型對地層條件的理想化假設、現(xiàn)場地下水位變化的影響以及監(jiān)測點的布置和測量誤差等因素導致的。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結果的全面對比分析,可以看出數(shù)值模擬模型在一定程度上能夠準確反映盾構推進對高架橋深大樁基的影響趨勢,但在具體數(shù)值上存在一定的偏差。這為進一步優(yōu)化數(shù)值模擬模型提供了方向,在后續(xù)的研究中,可以通過更精確地獲取土體參數(shù)、改進模型的邊界條件處理方法以及考慮更多實際施工因素的影響,來提高數(shù)值模擬模型的準確性和可靠性,使其能夠更好地為工程實踐服務。4.2.3盾構推進對樁基影響的實時評估基于監(jiān)測數(shù)據(jù),對盾構推進對樁基的影響進行實時評估,是確保南京緯七路高架橋施工安全和結構穩(wěn)定的關鍵環(huán)節(jié)。在盾構推進過程中,依據(jù)預先設定的預警值和控制標準,能夠及時發(fā)現(xiàn)異常情況,并迅速采取相應措施。在樁基豎向位移監(jiān)測中,若監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示某一時刻樁基豎向位移達到[X]毫米,接近預先設定的預警值[X]毫米。此時,需要立即對施工情況進行全面檢查,分析位移增大的原因??赡苁嵌軜嬐七M速度過快,導致土體擾動過大;也可能是注漿量不足,無法有效填充土體與管片之間的空隙,從而引起樁基沉降。針對這些可能的原因,采取相應的措施,如適當降低盾構推進速度,優(yōu)化注漿參數(shù),增加注漿量等,以控制樁基豎向位移的進一步發(fā)展。當監(jiān)測到樁基水平位移超過預警值時,情況同樣不容忽視。若樁基水平位移達到[X]毫米,超出預警值[X]毫米。這可能是由于盾構機姿態(tài)調(diào)整不當,對周圍土體產(chǎn)生了過大的側向力;或者是樁基周圍土體的穩(wěn)定性較差,在盾構施工的影響下發(fā)生了較大的側向變形。為了解決這一問題,需要對盾構機的姿態(tài)進行精確調(diào)整,確保其按照預定的軸線推進;同時,對樁基周圍土體進行加固處理,如采用注漿加固、設置隔離樁等方法,增強土體的穩(wěn)定性,減小對樁基的側向作用力。對于樁基軸力的實時評估,若監(jiān)測到樁基軸力達到[X]kN,接近設計承載能力[X]kN。這表明樁基的受力狀態(tài)已經(jīng)較為危險,可能會對高架橋的結構安全造成威脅。此時,應立即停止盾構施工,對樁基進行詳細的檢測和評估。可以通過增加臨時支撐、對樁基進行加固補強等措施,提高樁基的承載能力,確保其在盾構施工影響下的穩(wěn)定性。地表沉降也是實時評估的重要內(nèi)容。當?shù)乇沓两盗窟_到[X]毫米,超過預警值[X]毫米。這可能會對周邊建筑物和道路造成影響,引發(fā)地面開裂、塌陷等問題。針對這種情況,需要加強對地表沉降的監(jiān)測頻率,密切關注沉降的發(fā)展趨勢。同時,采取相應的控制措施,如優(yōu)化盾構施工參數(shù),加強壁后注漿,對地表進行加固處理等,以減小地表沉降對周邊環(huán)境的影響。通過對盾構推進對樁基影響的實時評估,能夠及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的異常情況,并采取有效的措施進行處理,從而保障南京緯七路高架橋的施工安全和結構穩(wěn)定,確保工程的順利進行。五、影響盾構推進對高架橋深大樁基影響的因素分析5.1盾構施工參數(shù)對樁基的影響5.1.1掘進速度的影響掘進速度是盾構施工中的關鍵參數(shù)之一,對高架橋深大樁基的位移和軸力有著顯著影響。當掘進速度過快時,盾構機對周圍土體的擾動加劇。盾構機刀盤在快速切削土體過程中,會使土體來不及產(chǎn)生均勻的應力重分布,導致局部土體應力集中現(xiàn)象更為明顯。這種應力集中會傳遞給樁基,使樁基受到的附加應力增大,從而導致樁基位移增大。在一些工程實例中,當掘進速度從正常的[X]mm/min提高到[X]mm/min時,鄰近樁基的豎向位移增加了[X]%,水平位移也有較為明顯的增長。從樁基軸力方面來看,快速掘進使得土體對樁基的作用時間縮短,土體與樁基之間的相互作用不夠充分。這會導致樁基軸力在短時間內(nèi)迅速變化,且變化幅度較大。由于掘進速度過快,盾構機前方土體的壓力來不及平衡,可能會對樁基產(chǎn)生較大的沖擊力,進一步增大樁基軸力。在某工程中,當掘進速度加快后,樁基軸力最大值比正常掘進速度時增加了[X]kN,對樁基的承載能力提出了更高的挑戰(zhàn)。然而,掘進速度過慢也并非有利。掘進速度過慢會延長施工周期,增加工程成本。長時間的施工過程中,土體的蠕變效應可能會更加明顯,導致樁基位移持續(xù)增加。土體在長時間的盾構施工影響下,其力學性質(zhì)可能會發(fā)生變化,如土體的強度降低、壓縮性增大等,這也會間接影響樁基的受力和變形。綜合考慮,合理的掘進速度范圍應根據(jù)具體的工程地質(zhì)條件、盾構機類型、樁基與隧道的相對位置等因素來確定。在一般的軟土地層中,掘進速度控制在[X]mm/min至[X]mm/min之間較為合適。在這個速度范圍內(nèi),既能保證施工效率,又能有效控制盾構推進對高架橋深大樁基的影響,使樁基位移和軸力在安全范圍內(nèi)。當然,在實際施工過程中,還需要根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),實時調(diào)整掘進速度,以確保工程的安全和順利進行。5.1.2出土量的影響出土量與地層損失密切相關,對樁基和地表沉降有著直接而重要的影響。當?shù)貙訐p失發(fā)生時,土體的原有結構被破壞,土體顆粒之間的相互作用力發(fā)生改變,從而導致土體的體積減小。在盾構施工中,出土量過大是導致地層損失的主要原因之一。當出土量超過盾構機掘進所占據(jù)的空間體積時,就會在隧道周圍形成空隙,這些空隙會導致土體向隧道方向移動,進而引起地表沉降和樁基位移。在某盾構施工項目中,通過對出土量與地層損失關系的研究發(fā)現(xiàn),出土量每增加[X]m3,地層損失率相應增加[X]%。隨著地層損失率的增大,地表沉降和樁基位移也隨之增大。當?shù)貙訐p失率達到[X]%時,地表最大沉降量達到了[X]mm,鄰近樁基的豎向位移也增加了[X]mm。這表明出土量的控制對于減少地層損失、降低地表沉降和樁基位移至關重要。出土量對樁基和地表沉降的影響具有明顯的規(guī)律性。在盾構機掘進過程中,隨著出土量的逐漸增加,地表沉降和樁基位移呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。且這種影響在靠近盾構隧道的區(qū)域更為顯著,離隧道越遠,影響程度逐漸減小。當出土量超過一定閾值后,地表沉降和樁基位移的增長速率會明顯加快,對工程的安全性產(chǎn)生較大威脅。為了有效控制出土量,確保地層損失在可接受范圍內(nèi),需要采取一系列措施。在施工前,應根據(jù)地質(zhì)勘察報告和盾構機的技術參數(shù),精確計算理論出土量,并以此為依據(jù)制定出土量控制計劃。在施工過程中,通過實時監(jiān)測盾構機的掘進參數(shù),如刀盤轉(zhuǎn)速、螺旋輸送機轉(zhuǎn)速等,精確控制出土量。還可以采用先進的監(jiān)測設備,如土壓傳感器、液位傳感器等,實時監(jiān)測土倉內(nèi)的土體壓力和出土量,一旦發(fā)現(xiàn)出土量異常,及時調(diào)整施工參數(shù)。通過合理控制出土量,能夠有效減少地層損失,降低盾構推進對高架橋深大樁基和地表沉降的影響,保障工程的安全和穩(wěn)定。5.1.3注漿壓力與注漿量的影響注漿壓力和注漿量在控制樁基位移和地表沉降方面發(fā)揮著至關重要的作用,合理的注漿參數(shù)對于保障工程安全具有重要意義。注漿壓力是使?jié){液能夠有效填充管片與土體之間空隙的關鍵因素。當注漿壓力不足時,漿液無法充分填充空隙,導致土體與管片之間存在較大的間隙。這會使得土體在盾構推進過程中更容易發(fā)生變形,從而傳遞給樁基,導致樁基位移增大。在某工程中,由于注漿壓力較低,管片與土體之間的空隙填充率僅為[X]%,鄰近樁基的豎向位移明顯增大,達到了[X]mm,超出了允許范圍。而注漿壓力過高,則可能會對周圍土體和樁基產(chǎn)生過大的擠壓作用。過高的注漿壓力會使土體產(chǎn)生劈裂現(xiàn)象,破壞土體的原有結構,導致土體強度降低。這種情況下,雖然管片與土體之間的空隙被充分填充,但可能會對樁基造成額外的壓力,使樁基軸力增大,甚至可能導致樁基損壞。在一些案例中,注漿壓力過高使得樁基軸力超過了設計承載能力,引發(fā)了樁基的安全隱患。注漿量同樣對控制樁基位移和地表沉降起著關鍵作用。注漿量不足,無法完全填充盾構施工產(chǎn)生的空隙,會導致地表沉降和樁基位移增大。若注漿量過大,不僅會造成材料的浪費,還可能導致漿液溢出,對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響。在實際工程中,應根據(jù)隧道的直徑、地層條件、盾構推進速度等因素,合理確定注漿量。一般來說,注漿量應略大于盾構施工產(chǎn)生的空隙體積,以確保空隙能夠被充分填充。為了確定合理的注漿參數(shù),需要綜合考慮多個因素。在不同的地質(zhì)條件下,土體的力學性質(zhì)和滲透性能不同,對注漿壓力和注漿量的要求也不同。在軟土地層中,土體的滲透性能較好,注漿壓力可以相對較低,但注漿量需要適當增加,以確保漿液能夠充分擴散。而在硬土地層中,土體的滲透性能較差,需要較高的注漿壓力才能使?jié){液有效填充空隙。還需要結合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),實時調(diào)整注漿參數(shù)。通過監(jiān)測地表沉降、樁基位移和軸力等數(shù)據(jù),及時了解注漿效果,根據(jù)實際情況對注漿壓力和注漿量進行優(yōu)化,以達到最佳的控制效果。在某工程中,通過實時監(jiān)測和調(diào)整注漿參數(shù),將地表沉降控制在了[X]mm以內(nèi),樁基位移和軸力也都在安全范圍內(nèi),取得了良好的工程效果。五、影響盾構推進對高架橋深大樁基影響的因素分析5.2樁基自身特性對盾構推進影響的響應5.2.1樁基嵌巖與否的影響嵌巖樁與非嵌巖樁在盾構推進時,其受力和變形情況存在顯著差異,這對樁基穩(wěn)定性有著關鍵影響。從受力方面來看,嵌巖樁的樁端嵌入基巖,基巖具有較高的強度和較低的壓縮性。在盾構推進過程中,當土體受到盾構機的擾動而產(chǎn)生應力變化時,嵌巖樁能夠通過樁端將部分荷載傳遞到基巖中,從而減小樁身所承受的荷載。由于基巖的承載能力較強,嵌巖樁在抵抗盾構施工引起的附加應力時表現(xiàn)更為出色,樁身軸力的增加幅度相對較小。非嵌巖樁的樁端位于一般土層中,土層的強度和承載能力相對較低。在盾構推進時,土體的擾動會使非嵌巖樁樁身受到較大的附加荷載,且樁端無法像嵌巖樁那樣將荷載有效地傳遞到深層穩(wěn)定地層,導致樁身軸力顯著增加。在某工程實例中,盾構推進過程中,嵌巖樁的軸力增量為[X]kN,而非嵌巖樁的軸力增量達到了[X]kN,是非嵌巖樁軸力增量的[X]倍。在變形方面,嵌巖樁由于樁端與基巖緊密結合,限制了樁身的豎向和水平位移。當盾構施工引起土體變形時,嵌巖樁能夠憑借基巖的約束作用,保持相對較小的位移。而非嵌巖樁由于缺乏基巖的有效約束,在土體變形的作用下,其豎向和水平位移明顯大于嵌巖樁。通過數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn),在相同的盾構施工條件下,非嵌巖樁的豎向位移比嵌巖樁大[X]%,水平位移大[X]%。這種受力和變形的差異表明,嵌巖對樁基穩(wěn)定性具有積極影響。嵌巖樁能夠更好地抵抗盾構推進對樁基的影響,減小樁基的位移和軸力變化,從而提高樁基的穩(wěn)定性。在盾構隧道施工影響范圍內(nèi)的高架橋樁基設計中,應優(yōu)先考慮采用嵌巖樁,以增強樁基在盾構施工過程中的穩(wěn)定性,確保高架橋的安全。當然,在實際工程中,是否采用嵌巖樁還需要綜合考慮地質(zhì)條件、施工難度、工程成本等因素。如果地質(zhì)條件不適合嵌巖,或者嵌巖施工難度過大、成本過高,也需要在設計和施工中采取其他有效的措施來保障樁基的穩(wěn)定性。5.2.2樁長與樁徑的影響樁長和樁徑的變化對樁基水平位移和承載能力有著顯著影響,在工程設計中,合理優(yōu)化樁長和樁徑對于保障樁基的穩(wěn)定性和承載性能至關重要。樁長的變化會直接影響樁基的水平位移和承載能力。隨著樁長的增加,樁基的水平位移會逐漸減小。這是因為較長的樁身具有更大的抗彎剛度,能夠更好地抵抗盾構施工引起的土體側壓力,從而減小水平位移。然而,當樁長增加到一定程度后,水平位移的減小幅度會逐漸變緩。對于超長樁基,增加樁長對水平位移的減小效果并不明顯。在某工程中,當樁長從[X]米增加到[X]米時,樁基水平位移減小了[X]毫米;而當樁長從[X]米增加到[X]米時,水平位移僅減小了[X]毫米。從承載能力角度來看,樁長的增加會使樁基的承載能力提高。較長的樁身能夠?qū)⒑奢d傳遞到更深層的土體中,利用深層土體的承載能力,從而增加樁基的承載能力。樁長過長也會帶來一些問題,如施工難度增加、工程成本上升等。在確定樁長時,需要綜合考慮樁基的水平位移要求、承載能力需求以及工程實際情況,找到一個平衡點。樁徑的變化同樣對樁基水平位移和承載能力有著重要影響。增加樁徑能明顯減小樁基水平位移。較大的樁徑意味著更大的樁身截面積,從而具有更高的抗彎和抗剪能力。在盾構施工過程中,能夠更好地抵抗土體的側壓力,減小水平位移。研究表明,樁徑每增加[X]%,樁基水平位移可減小[X]%左右。樁徑的增加還可以提高樁基的側摩阻力和端阻力,進而提高樁基的承載能力。更大的樁徑使得樁與土體的接觸面積增大,側摩阻力相應增加;同時,樁端的承載面積也增大,端阻力也得到提高。當以水平位移和軸力作為控制指標時,增加樁徑不失為一種有效的方法。但增加樁徑也會導致材料用量增加、施工難度加大等問題,在實際工程中需要權衡利弊。綜合考慮樁長和樁徑對樁基水平位移和承載能力的影響,在設計時應根據(jù)具體工程要求,通過數(shù)值模擬、理論計算等方法,對樁長和樁徑進行優(yōu)化設計。在滿足樁基水平位移和承載能力要求的前提下,盡量選擇合理的樁長和樁徑,以達到既保證工程安全又降低工程成本的目的。5.2.3樁間距的影響樁間距對盾構推進時群樁效應的影響顯著,確定合理的樁間距范圍對于保障樁基的穩(wěn)定性和工程的安全至關重要。當樁間距較小時,盾構推進過程中土體的擾動會在樁群之間相互傳遞和疊加,導致群樁效應明顯增強。在這種情況下,樁基之間的土體受到多次擾動,其力學性質(zhì)發(fā)生改變,強度降低。樁基之間的相互影響使得每根樁基所承受的附加荷載增大,不僅會導致樁基的位移增加,還可能使樁基的軸力分布不均勻。某工程實例中,當樁間距為[X]米時,盾構推進后,群樁中部分樁基的豎向位移比單樁情況下增加了[X]%,軸力最大值也明顯增大,這對樁基的穩(wěn)定性產(chǎn)生了不利影響。隨著樁間距的增大,群樁效應逐漸減弱。當樁間距增大到一定程度后,樁基之間的相互影響變得較小,群樁效應基本可以忽略不計。此時,每根樁基的受力和變形情況更接近單樁狀態(tài),能夠更好地抵抗盾構施工的影響。但樁間距過大也會帶來一些問題,如增加工程成本、占用更多的土地資源等。為了確定合理的樁間距范圍,需要綜合考慮多個因素。地質(zhì)條件是一個重要因素,不同的地質(zhì)條件下,土體的力學性質(zhì)和變形特性不同,對樁間距的要求也不同。在軟土地層中,土體的強度較低,變形較大,需要適當增大樁間距以減小群樁效應的影響;而在硬土地層中,土體的強度較高,變形較小,樁間距可以相對較小。還需要考慮盾構隧道與樁基的相對位置、盾構施工參數(shù)等因素。如果盾構隧道距離樁基較近,施工參數(shù)對土體的擾動較大,就需要適當增大樁間距。通過數(shù)值模擬和工程實踐經(jīng)驗總結,一般來說,在盾構推進影響范圍內(nèi),樁間距控制在[X]倍樁徑至[X]倍樁徑之間較為合理。在這個范圍內(nèi),既能有效減小群樁效應的影響,保證樁基的穩(wěn)定性,又能兼顧工程成本和土地資源的合理利用。當然,具體的樁間距還需要根據(jù)每個工程的具體情況進行詳細的分析和計算,以確定最適合的樁間距。5.3地質(zhì)條件對盾構推進與樁基相互作用的影響5.3.1土層性質(zhì)的影響不同土層性質(zhì),如軟土、砂土、巖石等,對盾構推進和樁基受力變形有著顯著且各異的影響。在軟土地層中,由于土體具有高壓縮性和低強度的特點,盾構推進時極易引發(fā)土體的較大變形。盾構機的切削和擠壓作用會使軟土發(fā)生明顯的塑性流動,導致地層損失增加,進而引起較大的地表沉降和樁基位移。軟土的低強度使得土體對樁基的側摩阻力較小,在盾構施工的擾動下,樁基更容易發(fā)生位移和傾斜。在某軟土地層的盾構施工項目中,盾構推進后,地表最大沉降量達到了[X]mm,鄰近樁基的豎向位移也達到了[X]mm,對工程的安全和穩(wěn)定性造成了較大威脅。相比之下,砂土層的透水性較強,顆粒間的黏聚力較小。在盾構推進過程中,砂土容易產(chǎn)生液化現(xiàn)象,尤其是在盾構機振動和土體應力變化的作用下。砂土液化會導致土體的強度大幅降低,對樁基的支撐能力減弱,從而使樁基的承載能力下降。砂土的顆粒特性使得盾構施工過程中的出土量控制難度較大,出土量的不穩(wěn)定會進一步影響土體的應力平衡,加劇對樁基的影響。在砂土地層中,盾構推進時需要特別注意控制施工參數(shù),如推進速度、土倉壓力等,以減少對砂土的擾動,防止砂土液化對樁基造成不利影響。當盾構穿越巖石地層時,情況又有所不同。巖石具有較高的強度和較低的壓縮性,盾構推進過程中對巖石的切削難度較大,需要較大的推力和扭矩。在巖石地層中,盾構施工對樁基的影響相對較小,因為巖石能夠提供較強的支撐力,樁基的位移和變形相對較小。然而,如果巖石存在節(jié)理、裂隙等缺陷,盾構施工可能會引發(fā)巖石的破裂和松動,從而影響樁基的穩(wěn)定性。在這種情況下,需要對巖石進行預處理,如采用爆破、注漿等方法加固巖石,以確保樁基的安全。不同土層性質(zhì)對盾構推進和樁基受力變形的影響具有顯著差異。在盾構施工前,必須充分了解施工區(qū)域的土層性質(zhì),根據(jù)土層特點合理選擇盾構施工參數(shù)和樁基設計方案,采取相應的施工措施,以有效減小盾構推進對高架橋深大樁基的影響,確保工程的安全和順利進行。5.3.2地下水條件的影響地下水水位變化和水壓對盾構施工和樁基穩(wěn)定性有著不容忽視的影響,需采取切實有效的應對措施來保障工程安全。地下水水位的變化會直接改變土體的有效應力狀態(tài)。當水位上升時,土體的孔隙水壓力增大,有效應力減小,導致土體的強度降低。在盾構施工過程中,這種土體強度的降低會使盾構機周圍的土體更容易發(fā)生變形,增加了盾構施工的難度和風險。水位上升還可能導致土體的浮托力增大,對樁基產(chǎn)生向上的浮力,從而減小樁基的豎向承載力。在某工程中,由于地下水水位上升,樁基的豎向承載力降低了[X]%,對高架橋的結構安全構成了威脅。相反,當?shù)叵滤幌陆禃r,土體的有效應力增大,可能會引起土體的壓縮和沉降。這會導致盾構隧道周圍的土體產(chǎn)生附加應力,傳遞到樁基上,使樁基發(fā)生位移和變形。水位下降還可能使土體產(chǎn)生干裂,進一步影響土體的穩(wěn)定性,對樁基的安全產(chǎn)生不利影響。水壓的變化同樣會對盾構施工和樁基穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。較高的水壓會增加盾構機密封的難度,一旦密封失效,地下水涌入隧道,可能引發(fā)隧道坍塌等嚴重事故。水壓還會對樁基產(chǎn)生側向壓力,當水壓過大時,可能導致樁基發(fā)生水平位移和傾斜。在一些富水地層的盾構施工中,由于水壓較大,樁基的水平位移明顯增大,給工程帶來了較大的安全隱患。為了應對地下水條件對盾構施工和樁基穩(wěn)定性的影響,可采取一系列有效的措施。在盾構施工前,進行詳細的水文地質(zhì)勘察,準確掌握地下水水位、水壓、水質(zhì)等情況,為施工方案的制定提供依據(jù)。可以采用降水措施,如設置降水井、采用真空井點降水等,降低地下水水位,減小孔隙水壓力,提高土體的強度和穩(wěn)定性。在樁基周圍設置止水帷幕,如采用地下連續(xù)墻、攪拌樁等,阻止地下水對樁基的影響。在盾構施工過程中,加強對地下水水位和水壓的監(jiān)測,實時調(diào)整施工參數(shù),確保施工安全。通過這些措施的綜合應用,能夠有效減小地下水條件對盾構施工和樁基穩(wěn)定性的影響,保障南京緯七路高架橋工程的順利進行。六、減小盾構推進對高架橋深大樁基不利影響的措施與建議6.1優(yōu)化盾構施工方案6.1.1合理選擇盾構機類型與施工參數(shù)南京緯七路地區(qū)地質(zhì)條件復雜,涵蓋粉質(zhì)黏土、黏土、粉砂等多種土層,且存在地下水水位變化等情況。根據(jù)這些地質(zhì)條件,應選擇適應不同土層特性的盾構機類型。在粉質(zhì)黏土和黏土地層中,土壓平衡盾構機較為適用,它能夠通過控制土倉壓力,有效地平衡掌子面的土體壓力,減少土體的擾動。土壓平衡盾構機利用螺旋輸送機出土,通過調(diào)節(jié)螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速和土倉壓力,可以精確控制出土量,從而減小因出土過多或過少導致的地層損失和土體變形。在粉砂地層中,由于粉砂的透水性強,容易發(fā)生涌水和流砂現(xiàn)象,泥水加壓盾構機則更具優(yōu)勢。泥水加壓盾構機通過向開挖面注入泥漿,在掌子面形成泥膜,既能平衡土體壓力,又能防止地下水和粉砂的涌入,保證施工安全。在施工參數(shù)方面,掘進速度應根據(jù)地質(zhì)條件、樁基與隧道的相對位置等因素進行合理調(diào)整。在靠近高架橋樁基時,應適當降低掘進速度,控制在[X]mm/min左右,以減小盾構機對土體的擾動,降低樁基位移和軸力的變化。出土量必須嚴格控制,確保出土量與盾構機掘進所占據(jù)的空間體積相匹配,避免因出土量過大導致地層損失增加,進而影響樁基和地表沉降。通過精確測量和實時監(jiān)測,將出土量誤差控制在±[X]m3以內(nèi)。注漿壓力和注漿量的合理確定也至關重要。注漿壓力應根據(jù)地層條件和管片與土體之間的空隙大小進行調(diào)整,一般控制在[X]MPa至[X]MPa之間,確保漿液能夠充分填充空隙,又不會對土體和樁基造成過大的擠壓。注漿量應略大于理論空隙量,一般為理論空隙量的[X]倍至[X]倍,以保證空隙被充分填充,減小地表沉降和樁基位移。6.1.2制定科學的盾構推進順序與進度計劃在南京緯七路高架橋工程中,當存在多條盾構隧道需要施工時,合理安排盾構推進順序至關重要。如果有多條隧道并行,應優(yōu)先推進遠離高架橋樁基的隧道,待該隧道施工完成且土體基本穩(wěn)定后,再推進靠近樁基的隧道。這樣可以減少盾構施工對樁基的疊加影響,降低樁基位移和軸力的變化幅度。在某類似工程中,通過合理安排盾構推進順序,先施工遠離樁基的隧道,使得靠近樁基的隧道施工時,樁基位移和軸力的增加幅度相比同時施工減少了[X]%。對于盾構推進進度計劃,應綜合考慮工程安全、施工效率和成本等因素。在靠近高架橋樁基的區(qū)域,應適當放緩推進進度,增加監(jiān)測頻率,密切關注樁基和地表的變化情況。在盾構機穿越樁基前后的[X]米范圍內(nèi),推進速度應控制在[X]mm/min以下,每天推進的距離不超過[X]米。同時,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整推進進度。如果監(jiān)測到樁基位移或軸力出現(xiàn)異常增加,應立即停止推進,分析原因并采取相應措施,待情況穩(wěn)定后再繼續(xù)推進。通過合理控制推進進度,能夠有效降低盾構推進對高架橋深大樁基的不利影響,確保工程安全順利進行。6.2加強樁基保護措施6.2.1對樁基進行加固處理為了提高高架橋深大樁基在盾構推進影響下的承載能力和穩(wěn)定性,可采用多種加固處理方法。在增加配筋方面,通過在樁基內(nèi)部增加鋼筋的數(shù)量或直徑,能夠顯著提高樁基的抗彎和抗剪能力。在某類似工程中,對受盾構施工影響的樁基進行加固,將原有的鋼筋直徑從[X]mm增加到[X]mm,鋼筋間距從[X]mm減小到[X]mm。加固后,樁基在盾構推進過程中的位移和軸力變化明顯減小,有效保障了樁基的穩(wěn)定性。增加配筋時,需嚴格按照設計要求進行鋼筋的布置和連接,確保鋼筋與混凝土之間的協(xié)同工作性能。提高混凝土強度也是一種有效的加固措施。采用高強度等級的混凝土,如將原設計的C[X]混凝土提高到C[X]混凝土,能夠增強樁基的抗壓和抗變形

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