汪鵬程， 邵長(zhǎng)征， 劉 志

(1.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.合肥工業(yè)大學(xué)安徽土木工程結(jié)構(gòu)與材料省級(jí)實(shí)驗(yàn)室， 安徽 合肥 230009)

?

盾構(gòu)隧道側(cè)穿高架橋樁基條件下群樁遮攔效應(yīng)分析

汪鵬程1,2， 邵長(zhǎng)征1,2， 劉 志1,2

(1.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.合肥工業(yè)大學(xué)安徽土木工程結(jié)構(gòu)與材料省級(jí)實(shí)驗(yàn)室， 安徽 合肥 230009)

為了研究土體c(黏聚力)、φ(內(nèi)摩擦角)和樁隧間距X對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的影響，以合肥軌道交通1號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿高架橋樁基群工程為背景，采用三維數(shù)值分析方法，分析了盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中樁基的變形規(guī)律，得出以下結(jié)論：1)樁基的位移隨著盾構(gòu)開(kāi)挖面的靠近逐漸增大，當(dāng)盾尾離開(kāi)樁基所在平面后逐漸穩(wěn)定； 2)土體的c、φ值對(duì)群樁樁基水平位移、豎向位移和軸力的遮攔效應(yīng)影響比較大，c、φ值越大群樁遮攔效應(yīng)越不明顯； 3)樁隧間距X對(duì)樁基水平位移和軸力遮攔效應(yīng)影響較為明顯，X越小樁體變形和受力越復(fù)雜，群樁遮攔效應(yīng)越明顯。

數(shù)值分析； 樁基群； 遮攔效應(yīng)； 樁體變形； 盾構(gòu)隧道

0 引言

由2根以上的樁組成的樁基稱(chēng)為群樁基礎(chǔ)。樁基存在于土體中會(huì)對(duì)土體的運(yùn)動(dòng)起到阻力效應(yīng)，所以在盾構(gòu)隧道開(kāi)挖條件下樁基周?chē)馏w的位移相應(yīng)減小，這種使土體位移減小的效應(yīng)稱(chēng)為樁基的遮攔效應(yīng)。樁基的實(shí)際位移是由自由土體位移和樁基遮攔位移組成，其中，土體自由位移和樁基遮攔位移的方向是相反的。由于樁和土之間相互作用的存在，群樁的內(nèi)力和位移等變化明顯不同于單樁[1]。針對(duì)群樁中樁基的遮攔效應(yīng)影響問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。

Lee等[2]和 Mroueh等[3]采用三維數(shù)值有限元方法將樁及樁基周邊土體作為一個(gè)整體，分析了隧道施工條件下對(duì)鄰近單樁和群樁的影響。黃茂松等[4]和李早等[5]采用三維數(shù)值分析方法和兩階段解析法相結(jié)合得出遮攔效應(yīng)對(duì)前排樁的影響小于對(duì)后排樁的影響，其中對(duì)軸力的影響尤為明顯，而且遮攔效應(yīng)對(duì)內(nèi)力的影響遠(yuǎn)大于對(duì)位移的影響。劉敦平等[6]運(yùn)用三維有限元軟件對(duì)軟土運(yùn)動(dòng)作用下樁之間的相互作用進(jìn)行了分析，并在樁土之間設(shè)置接觸單元，發(fā)現(xiàn)與群樁樁基中樁側(cè)的土壓力相比單樁樁側(cè)土壓力要小。林永國(guó)等[7]運(yùn)用剪切位移法分析了樁體剛度對(duì)遮攔效應(yīng)的影響。郭世博[8]研究了不同樁間距對(duì)遮攔效應(yīng)的影響，得出結(jié)果與文獻(xiàn)[4]和[5]一致。張辛未[9]運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)黃土地區(qū)樁基群分析發(fā)現(xiàn)，豎向荷載作用下樁間距一定時(shí)，樁數(shù)越多群樁效應(yīng)系數(shù)越小，且群樁效應(yīng)系數(shù)的大小與樁數(shù)的多少呈現(xiàn)非線(xiàn)性關(guān)系;在樁長(zhǎng)增加的同時(shí)，群樁效應(yīng)系數(shù)逐步降低。秦世偉等[10]運(yùn)用FLAC 3D和數(shù)值解對(duì)比得出已打入樁和沉樁遮攔效應(yīng)隨著深度的變化而變化，遮攔效應(yīng)對(duì)樁前和樁后的土體均有影響。蔣青青等[11]運(yùn)用MIDAS有限元軟件分析三心圓隧道拱頂沉降的群樁效應(yīng)得出，隔離樁樁長(zhǎng)與受荷樁樁長(zhǎng)的比值大于1.2時(shí)能獲得最好的遮攔效果。然而對(duì)盾構(gòu)隧道施工條件下被動(dòng)群樁遮攔效應(yīng)的研究甚少。

本文在前人研究的基礎(chǔ)之上以合肥市軌道交通1號(hào)線(xiàn)隧道側(cè)穿高架橋樁基群為背景，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中群樁樁基位移的變形規(guī)律，進(jìn)一步討論了不同土體c、φ值和樁隧間距X對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的影響。

1 工程概況

合肥市軌道交通1號(hào)線(xiàn)一期工程是合肥市軌道交通線(xiàn)網(wǎng)中南北向骨干線(xiàn)路。線(xiàn)路里程為K4+352.181～K28+866.517，全長(zhǎng)約為24.6 km，全部為地下線(xiàn)，共設(shè)23座車(chē)站、23個(gè)區(qū)間、1個(gè)車(chē)輛段、1個(gè)停車(chē)場(chǎng)和1個(gè)控制中心，施工主要采用盾構(gòu)法，盾構(gòu)多次近距離側(cè)穿高架橋和建筑物，工程地質(zhì)條件和施工技術(shù)非常復(fù)雜。本文分析在1號(hào)線(xiàn)某段區(qū)間內(nèi)穿越高架橋樁基群，樁長(zhǎng)25 m，樁半徑為0.8 m，群樁為2×2群樁，樁間距為2.4 m，樁距離隧道中心軸線(xiàn)為9 m，如圖1(a)所示。

2 有限元模型

2.1 計(jì)算模型

考慮樁-土間相互作用的三維模型如圖1(b)所示，隧道直徑6.25 m，隧道中心線(xiàn)距離地表15 m。為了盡可能減小邊界效應(yīng)造成的影響，選取的模型尺寸為60 m×45 m×60 m(x×y×z)。

(a)計(jì)算模型

(b)網(wǎng)格劃分模型

Fig. 1 Pile group (2×2) adjacent to shield tunnel (m)

2.2 材料參數(shù)

本文所取區(qū)間范圍內(nèi)依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，將地層綜合歸并為土體和基巖2層材料的巖土體[12]。合肥地區(qū)土層符合Mohr-Coulomb模型的使用條件，因此建模采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型。盾構(gòu)殼體、承臺(tái)、注漿體和管片材料選用線(xiàn)彈性材料，樁基采用樁單元，樁與土接觸面采用無(wú)厚度的Goodman單元[13-14]，樁單元計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1，材料基本力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 樁單元計(jì)算參數(shù)

表2 材料基本力學(xué)參數(shù)

Table 2 Mechanical parameters of materials

材料密度/(kg/m3)彈性模量/GPa泊松比黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)土體19600.050.302020基巖2600100.28210035注漿體24000.050.35管片2500350.17盾構(gòu)鋼殼78502060.30樁2620350.24

2.3 盾構(gòu)施工模擬

2) 判斷塞規(guī)直徑是否在激光測(cè)徑儀量程內(nèi)，如果不在，抬升塞規(guī)。抬升的高度根據(jù)塞規(guī)的直徑進(jìn)行調(diào)整，使塞規(guī)的輪廓最低點(diǎn)處于激光測(cè)徑儀的測(cè)量范圍內(nèi)；

對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程的模擬運(yùn)用有限單元法[14]，不考慮土體的后期固結(jié)和流變。盾構(gòu)法施工工序比較復(fù)雜，能夠較全面地模擬實(shí)際施工情況，能更真實(shí)地反應(yīng)出施工過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境的影響。單元材料隨盾構(gòu)推進(jìn)變化情況如圖2所示，具體階段如下：

(a)

(b)

Fig. 2 Unit material variations vs. shield advancing

2.3.1 土體開(kāi)挖階段

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般將盾構(gòu)的推進(jìn)力設(shè)置為總推力的1/3，對(duì)開(kāi)挖土體表面施加均布荷載0.169 MPa模擬推進(jìn)力。在模擬隧道開(kāi)挖時(shí)，不同開(kāi)挖步長(zhǎng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響較小。為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，本文取盾構(gòu)向前推進(jìn)的步長(zhǎng)為1.5 m，開(kāi)挖30步，共開(kāi)挖60 m。

2.3.2 注漿階段

盾尾注漿是通過(guò)4個(gè)注漿孔把漿液注入襯砌(管片)和土層的空隙內(nèi)，4個(gè)注漿孔的注漿壓力不相等。雖然底部2個(gè)注漿孔的注漿壓力比較大，但是影響范圍有限，如果對(duì)整個(gè)隧道周邊的土體施加均勻的注漿壓力，這與實(shí)際情況會(huì)有很大的差別。參考文獻(xiàn)[15]的取值，本文模擬中取均布注漿壓力為0.3 MPa。通過(guò)在隧道周邊施加均布荷載實(shí)現(xiàn)注漿壓力的模擬，支護(hù)管片時(shí)激活注漿壓力，在下一個(gè)開(kāi)挖步開(kāi)始時(shí)鈍化。

2.3.3 襯砌(管片)拼裝階段

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 樁基變形規(guī)律

根據(jù)布置在橋墩的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分析盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)樁基沉降和側(cè)移的影響，工程實(shí)際監(jiān)測(cè)中分別采用全站儀和水準(zhǔn)儀測(cè)量樁基的水平位移和沉降值。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)要求分別對(duì)盾構(gòu)到達(dá)前、盾構(gòu)穿越時(shí)和盾構(gòu)通過(guò)后3個(gè)階段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)方案要求盾構(gòu)通過(guò)時(shí)按3次/d測(cè)量。

樁基的水平位移和豎向位移隨著開(kāi)挖面推進(jìn)的變化情況如圖3所示。由圖3可知，樁基的水平位移和豎向位移隨著盾構(gòu)開(kāi)挖面逐漸靠近樁基所在平面而不斷增大，當(dāng)盾構(gòu)的尾部到達(dá)樁基所在橫截面時(shí)，樁基位移變形達(dá)到最大值，隨后逐漸減小直至最終穩(wěn)定。這主要是因?yàn)楫?dāng)盾構(gòu)尾部到達(dá)時(shí)，由于盾尾的卸荷作用使得土體產(chǎn)生相對(duì)較大的位移，從而引起樁基運(yùn)動(dòng)，當(dāng)盾構(gòu)尾部通過(guò)樁基平面后土體變形開(kāi)始趨于穩(wěn)定，進(jìn)而樁基的變形也逐漸穩(wěn)定。因此，對(duì)于樁基所在土質(zhì)不好或者對(duì)樁基變形有嚴(yán)格控制要求的工程，在盾構(gòu)開(kāi)挖面快要到達(dá)樁基截面之前應(yīng)該加大監(jiān)測(cè)頻率，盾尾通過(guò)后可以適當(dāng)減少。由圖3可以看出，本文模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果取得了很好的一致性。

圖3 樁基變形隨盾構(gòu)掘進(jìn)的變化

Fig. 3 Pile foundation deformation vs. distance between pile foundation and shield head

3.2 遮攔效應(yīng)分析

為了更好地探究盾構(gòu)法施工條件對(duì)樁基群的影響，筆者在上述研究的基礎(chǔ)上，取單一土層進(jìn)行分析，即只在表2中取土體的材料參數(shù)，不考慮基巖，其他參數(shù)不變，討論土體c、φ值和樁隧間距X的單個(gè)因素變化對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的影響。為了方便分析，現(xiàn)定義群樁遮攔效應(yīng)系數(shù)公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

圖4和圖5為土體不同c值時(shí)樁基的附加位移和附加內(nèi)力結(jié)果圖，圖6和圖7為土體不同φ值時(shí)樁基附加位移和附加內(nèi)力結(jié)果圖。從圖5—8可以看出，樁體附加位移和附加內(nèi)力隨著c、φ值的增大而減小。這是由于土的抗剪強(qiáng)度隨著土的黏聚力和內(nèi)摩擦角的增大而增加，其抵抗變形的能力也增強(qiáng)，從而樁基的附加位移和附加內(nèi)力也就越小。不同c、φ值時(shí)遮攔效應(yīng)系數(shù)見(jiàn)表3，由表3可知，附加內(nèi)力的遮攔效應(yīng)系數(shù)幾乎全大于10%，尤其是軸力； 而附加位移幾乎全小于10%，尤其是水平位移。 這說(shuō)明盾構(gòu)施工條件下對(duì)位移的遮攔效應(yīng)影響遠(yuǎn)低于對(duì)內(nèi)力的影響，特別是是軸力，且前排樁的遮攔效應(yīng)系數(shù)總是小于后排樁的遮攔效應(yīng)系數(shù)，這表明后排樁的遮攔效應(yīng)比前排樁的遮攔效應(yīng)明顯，這與文獻(xiàn)[3]和[4]得到的結(jié)果一致。由得到的遮攔效應(yīng)系數(shù)可以看出，增大土體c、φ值遮攔效應(yīng)系數(shù)呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，即c、φ值越大單樁和群樁中同樁位處附加位移和附加內(nèi)力相差越小，遮攔效應(yīng)越不明顯。由此可以推測(cè)出，當(dāng)黏聚力和內(nèi)摩擦角足夠大時(shí)，單樁和群樁中同樁位處樁基的附加變形位移和附加內(nèi)力是幾乎一樣的。由表3可知，c從20到40時(shí)前排樁水平位移、豎向位移、彎矩和軸力遮攔效應(yīng)系數(shù)分別減小了22%、19.6%、9%和22%，后排樁減小了20%、17%、8.4%和21%；c從40到60時(shí)前排樁水平位移、豎向位移、彎矩和軸力遮攔效應(yīng)系數(shù)分別減小了17%、12%、5%和14%，后排樁減小了13%、9.6%、2%和11%。c值變化對(duì)水平位移、豎向位移和軸力的影響比較大，前排樁受c值變化影響大于后排樁。φ從10°到20°時(shí)前排樁水平位移、豎向位移、彎矩和軸力遮攔效應(yīng)系數(shù)分別減小了45%、39%、21%和27%，后排樁減小了33%、21%、19%和24%；φ從20°到30°時(shí)前排樁水平位移、豎向位移、彎矩和軸力遮攔效應(yīng)系數(shù)分別減小了45%、39%、21%和27%，后排樁減小了33%、21%、19%和24%。φ值變化對(duì)樁體的影響和c值變化對(duì)樁體的影響效果是一樣的。

(a) (b) (c) (d)

圖4c值對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的影響(前排樁)

Fig. 4 Influence ofcon shielding effect of pile group (front pile)

(a) (b) (c) (d)

圖5c值對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的影響(后排樁)

Fig. 5 Influence ofcon shielding effect of pile group (back pile)

(a) (b) (c) (d)

圖6φ值對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的影響(前排樁)

Fig. 6 Influence ofφon shielding effect of pile group (front pile)

(a) (b) (c) (d)

圖7φ值對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的影響(后排樁)

Fig. 7 Influence ofφon shielding effect of pile group (back pile)

表3 不同c、φ值時(shí)遮攔效應(yīng)系數(shù)

Table 3 Shielding effect coefficient under differentcvalues andφvalues

%

圖8和圖9為樁距隧道軸線(xiàn)不同距離X時(shí)樁基附加位移和附加內(nèi)力結(jié)果圖。由圖8和圖9可知，樁基的附加位移和附加內(nèi)力都隨與隧道軸線(xiàn)距離的增加而減小，而且距離隧道軸線(xiàn)越近其樁身變形和受力越復(fù)雜。這主要是由于隧道周?chē)耐馏w距離隧道軸線(xiàn)越近土體受到擾動(dòng)越大，變形越大，從而帶動(dòng)樁基變形也就越大。不同X時(shí)遮攔效應(yīng)系數(shù)見(jiàn)表4，由表4可知，X從2 m到9 m時(shí)前排樁水平位移、豎向位移、彎矩和軸力遮攔效應(yīng)系數(shù)分別減小了74%、29%、33%和45%，后排樁減小了59%、25%、31%和47%，水平位移受到樁隧間距影響最大，其次是軸力，受影響最小的是豎向位移；X從9 m到15 m時(shí)前排樁水平位移、豎向位移、彎矩和軸力遮攔效應(yīng)系數(shù)分別減小了15%、14%、16%和24%，后排樁減小了9%、11%、10%和18%，此種情況下只有軸力受樁隧間距影響相對(duì)較大。從樁體遮攔效應(yīng)系數(shù)減小比例可知，樁體距離隧道軸線(xiàn)越近，前排樁的遮攔效應(yīng)系數(shù)和后排樁的遮攔效應(yīng)系數(shù)相差越大，即群樁的遮攔效應(yīng)越明顯。當(dāng)樁體遠(yuǎn)離隧道軸線(xiàn)一定距離時(shí)，遮攔效應(yīng)不再明顯，尤其是對(duì)附加位移的影響。這是因?yàn)槿簶兜拇嬖跁?huì)對(duì)周?chē)馏w起到“加筋”作用，且距離隧道軸線(xiàn)越近“加筋”效果越明顯，從而很大程度上抑制了土體的變形，表現(xiàn)出來(lái)就是群樁中前排樁基的變形和內(nèi)力比后排樁大很多，當(dāng)距離足夠遠(yuǎn)時(shí)“加筋”作用的遮攔效果將不再明顯。

(a) (b) (c) (d)

圖8X值對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的的影響(前排樁)

Fig. 8 Influence ofXon shielding effect of pile group (front pile)

(a) (b) (c) (d)

圖9X值對(duì)群樁遮攔效應(yīng)的的影響(后排樁)

Fig. 9 Influence ofXon shielding effect of pile group (back pile)

表4 不同X時(shí)的遮攔效應(yīng)系數(shù)

Table 4 Shielding effect coefficient under differentXvalues %

樁ηDηSηBηAX=2m前排樁8.87.916.426.3X=2m后排樁10.28.720.332.0X=9m前排樁2.35.611.014.4X=9m后排樁4.26.514.017.0X=15m前排樁2.04.89.211.0X=15m后排樁3.85.212.614.0

4 結(jié)論與討論

采用三維數(shù)值分析方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中群樁樁基位移的變形規(guī)律，在此基礎(chǔ)上分析了群樁遮攔效應(yīng)系數(shù)在不同土體c、φ值和樁隧間距X時(shí)的情況，得到以下結(jié)論：

1)數(shù)值計(jì)算和模擬結(jié)果表明，在盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中，當(dāng)盾構(gòu)開(kāi)挖面接近樁基平面時(shí)樁基稍微隆起，豎向位移減??； 當(dāng)盾構(gòu)尾部通過(guò)樁基平面時(shí)樁基達(dá)到最大變形，隨后逐漸穩(wěn)定。

2)土體的c、φ值越大，樁隧間距X越小，樁基變形和內(nèi)力越復(fù)雜。土體的c、φ值越大，群樁樁基的豎向位移和水平位移越小，當(dāng)c≥60或者φ≥30°時(shí)，群樁中后排樁基的豎向變形和水平變形對(duì)樁基的影響幾乎可以忽略。樁隧間距X越小對(duì)樁基彎矩的影響越明顯，當(dāng)X≤2 m時(shí)樁基彎矩越復(fù)雜。

3)土體的c、φ值越大，樁隧間距X越小，遮攔效應(yīng)越不明顯，c、φ值的變動(dòng)對(duì)樁體水平位移、豎向位移和軸力的影響比較大，樁隧間距X對(duì)水平位移和軸力影響較為明顯。

本文研究了不同土體c、φ值和樁隧間距X時(shí)2×2群樁的遮攔效應(yīng)，對(duì)于多于2×2的群樁未做進(jìn)一步研究，建議進(jìn)一步對(duì)此進(jìn)行后續(xù)研究。

[1] 李琳,楊敏,熊巨華,等. 被動(dòng)樁樁土相互作用研究現(xiàn)況與分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào),2012,8(增刊1): 1475-1482，1490.(LI Lin,YANG Min,XIONG Juhua,et al.Research development and analysis of the passive piles-soil interaction[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2012,8(S1): 1475-1482,1490.(in Chinese))

[2] Lee C J, Jacobsz S W. The influence of tunnelling on adjacent piled foundations[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2006, 21(3): 430-430.

[3] Mroueh H, Shahrour I. Three-dimensional finite element analysis of the interaction between tunneling and pile foundations[J].International Journal for Numerical & Analytical Methods in Geomechanics,2002, 26(3): 217- 230.

[4] 黃茂松, 李早, 楊超. 隧道開(kāi)挖條件下被動(dòng)群樁遮攔效應(yīng)分析[J].土木工程學(xué)報(bào), 2007, 40(6): 69-74.(HUANG Maosong, LI Zao, YANG Chao. Analysis of the shielding effect of a pile group adjacent to tunneling[J].China Civil Engineering Journal, 2007, 40(6): 69-74.(in Chinese))

[5] 李早,黃茂松. 隧道開(kāi)挖對(duì)群樁豎向位移和內(nèi)力影響分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào),2007,29(3): 398-402.(LI Zao,HUANG Maosong.Analysis of settlement and internal forces of group pile due to tunneling[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2007,29(3): 398-402.(in Chinese))

[6] 劉敦平, 蒯行成, 趙明華. 軟土運(yùn)動(dòng)作用下被動(dòng)樁樁-土水平相互作用的三維有限元分析[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2008, 21(4): 18-24.(LIU Dunping, KUAI Xingcheng, ZHAO Minghua. 3-D finite element analysis of pile-soil horizontal interaction of passive pile under soft soil movement action[J]. Chinese Journal of Highway and Transport, 2008, 21(4): 18-24.(in Cahinese))

[7] 林永國(guó),周正茂,劉國(guó)彬,等. 單樁沉降遮攔效應(yīng)的研究[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,29(5): 520-525.(LIN Yongguo, ZHOU Zhengmao, LIU Guobin, et al. Study of sheltering effects of single pile from settlements[J]. Journal of Tongji University(Natural Science), 2001, 29(5): 520-525.(in Chinese))

[8] 郭世博. 地鐵隧道開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑物群樁基礎(chǔ)的影響分析[D].安徽：合肥工業(yè)大學(xué),2014.(GUO Shibo.Analysis of the tunneling excavation effect on the pile group of adjacent buildings[D].Anhui: Hefei University of Technology,2014.(in Chinese))

[9] 張辛未. 基于黃土地區(qū)橋梁樁基群樁效應(yīng)的合理樁長(zhǎng)選擇研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué),2015.(ZHANG Xinwei.Study of the selection of reasonable bridge pile foundation length based on pile group effect in the loess area [D].

Xi’an: Chang’an University,2015.(in Chinese))

[10] 秦世偉,莫瀧,周艷坤. 靜壓樁沉樁及已打入樁遮攔效應(yīng)的數(shù)值模擬[J]. 上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,20(2): 239-249.(QIN Shiwei, MO Long, ZHOU Yankun.Numerical study of statically pressured pile and its masking effect of driven pile[J].Journal of Shanghai University(Natural Science),2014,20(2): 239-249.(in Chinese))

[11] 蔣青青,楊艷萍,曹平,等. 三心圓隧道拱頂沉降的群樁效應(yīng)及其防護(hù)措施[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012,9(6): 36-41.(JIANG Qingqing,YANG Yanping,CAO Ping,et al. Influence of pile group loading on the crown settlement of three-centered circle tunnel and treatment[J].Journal of Railway Science and Engineering,2012,9(6): 36-41.(in Chinese))

[12] 袁海平，王斌，朱大勇，等.盾構(gòu)近距側(cè)穿高架橋樁的施工力學(xué)行為研究[J]巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，33 (7)：1457-1464.(YUAN Haiping,WANG Bin,ZHU Dayong,et al. Mechanical behaviours of a shield tunnel adjacent to existing viaduct pile foundations[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2014,33 (7): 1457-1464.(in Chinese))

[13] 華斌,趙春風(fēng). 樁-土接觸面力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀[J]. 低溫建筑技術(shù),2009(12): 87-90.(HUA Bin,ZHAO Chunfeng.Research status of interface mechanical properties between pile and soil[J].Low Temperature Architecture Technology,2009(12): 87-90.(in Chinese))

[14] 劉濤,彭華中,王勇,等. 樁-土接觸面靜動(dòng)力特性研究進(jìn)展[J]. 長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2013,30(12): 74-81.(LIU Tao,PENG Huazhong,WANG Yong,et al.Research progress in static and dynamic characteristics of pile-soil interface[J].Journal of Yangtze River Scientific Research Institute,2013,30(12): 74-81.(in Chinese))

[15] 王麗,鄭剛. 盾構(gòu)法開(kāi)挖隧道對(duì)樁基礎(chǔ)影響的有限元分析[J]. 巖土力學(xué),2011,32(增刊1): 704-712.(WANG Li,ZHENG Gang.Finite element analysis of effects of shield driven tunneling on pile foundation[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011,32(S1): 704-712.(in Chinese))

Analysis of Shielding Effect of A Pile Group to Shield Tunneling nearby Pile Foundation of Viaduct

WANG Pengcheng1, 2， SHAO Changzheng1, 2, LIU Zhi1, 2

(1.SchoolofCivilEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,Anhui,China; 2.AnhuiKeyLaboratoryofCivilEngineeringandMaterials,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,Anhui,China)

The deformation rules of pile foundation of viaduct induced by shield tunneling nearby are analyzed by 3D numerical analysis method, so as to learn the influences of soil cohesive strengthc, internal friction angleφand distance between pile and tunnel axial lineXon shielding effect of a pile group, by taking shield tunnel of Hefei Metro Line No. 1 crossing nearby pile foundation of viaduct for example. Some conclusions are drawn as follows: 1) The displacement of the pile foundation increases with the distance between pile foundation and shield head decreases; and the displacement of the pile foundation becomes stable when shield tail passed. 2) Thecandφof soil affect the shielding effect of pile group to horizontal displacement, vertical displacement and axial force a lot; and the shielding effect of pile group decreases with thecorφincreases. 3) The influence ofXon shielding effect of pile group to pile foundation is obvious; and the shielding effect of pile group decreases with theXdecreases.

numerical analysis; pile foundation group; shielding effect; pile deformation; shield tunnel

2015-12-07；

2016-03-09

國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目(51179043)

汪鵬程(1968—),男，安徽銅陵人,2005年畢業(yè)于浙江大學(xué)，巖土工程專(zhuān)業(yè)，博士,副教授，主要從事巖土與地下結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)方向的研究工作。E-mail: zjuwangpc@126.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.07.004

U 455

A

1672-741X(2016)07-0793-07