許有俊,孟貞,李志成,銀英姿,葛紹英

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盾構(gòu)隧道近距下穿既有地鐵車站沉降控制措施研究

許有俊,孟貞*,李志成,銀英姿,葛紹英

內(nèi)蒙古科技大學(xué) 土木工程學(xué)院, 內(nèi)蒙古 包頭 014010

以某新建盾構(gòu)隧道近距離下穿某既有地鐵車站為工程背景，運(yùn)用MIDAS GTS NX軟件對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬。結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了在既有車站底板下方布置四排預(yù)埋樁基與不布置預(yù)埋樁基兩種情況下盾構(gòu)施工對(duì)既有車站沉降變形的影響。采用預(yù)埋樁基措施進(jìn)行近距離下穿盾構(gòu)施工可以有效控制既有車站的變形，滿足其沉降控制要求。在此基礎(chǔ)上分析了預(yù)埋樁基的變形機(jī)制、樁基不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)既有車站變形控制的影響。結(jié)果表明，在進(jìn)行預(yù)埋樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，建議重點(diǎn)考慮外側(cè)樁基的承載能力設(shè)計(jì)，同時(shí)在樁基設(shè)計(jì)參數(shù)選取上，通過(guò)試算找到每排樁基的最佳長(zhǎng)徑比和距徑比并適當(dāng)?shù)乜s小外樁距、擴(kuò)大內(nèi)樁距來(lái)進(jìn)一步減小既有車站的沉降變形，且為此后類似工程樁基設(shè)計(jì)提供初步參考依據(jù)。

盾構(gòu)隧道; 預(yù)埋樁基; 近距離下穿; 數(shù)值模擬; 沉降控制

大規(guī)模軌道交通建設(shè)導(dǎo)致新舊結(jié)構(gòu)的交叉穿越難度及風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，換乘車站空間結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜。在新建盾構(gòu)隧道近距離下穿既有地鐵車站時(shí)，如果設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)，將會(huì)使鄰近既有線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力和變形，直接影響地鐵運(yùn)營(yíng)安全及周邊環(huán)境的安全[1-3]。為將既有地鐵車站沉降變形控制在安全范圍內(nèi)，近年來(lái)出現(xiàn)了一種在既有地鐵車站結(jié)構(gòu)底板施工前預(yù)先設(shè)置預(yù)埋樁基的新型地下結(jié)構(gòu)，當(dāng)盾構(gòu)隧道下穿這種設(shè)有預(yù)埋樁基的既有地鐵車站時(shí)，既有車站與預(yù)埋樁基形成穩(wěn)定可靠的傳力體系，將盾構(gòu)施工擾動(dòng)引起的附加荷載通過(guò)樁基傳至深部土層，大大減少既有車站結(jié)構(gòu)的沉降變形。但是，對(duì)這種預(yù)埋樁基主動(dòng)變形控制技術(shù)的工程案例與相關(guān)理論研究缺乏，主要是關(guān)于盾構(gòu)隧道下穿地下管線、橋梁與地面建筑樁基、既有隧道等工程案例的研究[4-8]，尤其是既有地鐵車站結(jié)構(gòu)的沉降變形演化機(jī)制、既有樁基的變形機(jī)理以及不同的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)變形控制效果的影響等尚不清楚，有待進(jìn)一步的研究。

本文以某新建盾構(gòu)隧道超近距下穿既有地鐵車站為工程背景，采用數(shù)值模擬、理論分析等方法， 對(duì)盾構(gòu)隧道下穿既有地鐵車站底板并結(jié)合預(yù)埋樁基這種新型地下結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理與控制方法開展研究，揭示盾構(gòu)隧道下穿既有地鐵車站結(jié)構(gòu)變形機(jī)理及不同樁基設(shè)計(jì)參數(shù)條件下既有結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律。

1 工程概況

某新建盾構(gòu)隧道、既有地鐵車站和預(yù)埋樁基幾何尺寸及位置關(guān)系（圖1）。車站主體結(jié)構(gòu)采用二層三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，車站總長(zhǎng)268.7 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬24.5 m（15 m島式站臺(tái)），高14.85 m。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段覆土3.37 m，底板埋深18.22 m。圍護(hù)樁樁徑為1 m，樁長(zhǎng)為22 m，每根樁凈距為0.6 m。既有車站基坑開挖后，在設(shè)計(jì)位置打入四排預(yù)埋樁基，每排7根，樁徑1 m，樁長(zhǎng)12 m，采用C40鋼筋混凝土，并通過(guò)頂部1 m×1 m矩形截面的樁頂梁連接，為后期施工的新建盾構(gòu)隧道提供預(yù)留條件。

新建盾構(gòu)隧道近似正交下穿本站，平行穿越既有預(yù)埋樁基，該新建隧道直徑為6 m，下穿段隧道拱頂外緣與既有地鐵車站底板凈距為1.515 m，擬定管片砼采用C60，厚度為0.3 m。

圖 1 新建盾構(gòu)隧道與既有地鐵車站位置關(guān)系圖/mm

2 數(shù)值仿真模擬

2.1 計(jì)算模型的建立

使用MIDAS GTS NX有限元分析軟件建立“土-結(jié)構(gòu)”相互作用的數(shù)值模型，如圖2所示。根據(jù)各結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸、材料、相互位置關(guān)系等，建立計(jì)算模型。土體、既有地鐵車站及預(yù)埋樁基采用實(shí)體單元模擬；土層采用Mohr—Coulomb破壞準(zhǔn)則，混凝土結(jié)構(gòu)材料采用彈性本構(gòu)模型。

根據(jù)新建盾構(gòu)隧道的開挖影響范圍，同時(shí)應(yīng)使模型網(wǎng)格劃分效果較優(yōu)，且要盡可能考慮消除邊界效應(yīng)帶來(lái)的影響，模型底邊界應(yīng)取到自新建隧道底部向下3倍開挖寬度、上邊界取至地表，即整個(gè)模型尺寸選取為：長(zhǎng)×寬×高=81.3 m×60 m×46 m。模型上部地表設(shè)為自由邊界，前、后、左、右四個(gè)邊界面采用法向變形約束條件，底部采用全約束條件。

為了準(zhǔn)確得到新建隧道開挖對(duì)既有車站的影響規(guī)律，初始狀態(tài)分析中激活既有結(jié)構(gòu)材料屬性，施加荷載，保留計(jì)算模型應(yīng)力場(chǎng)，清零位移場(chǎng)，然后進(jìn)行每步盾構(gòu)施工。

圖 2 數(shù)字計(jì)算模型

2.2 各地層及結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)選取

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，將一定深度范圍內(nèi)土層性質(zhì)及物理力學(xué)參數(shù)相似的土體進(jìn)行合并，各土層取值參數(shù)見表1。各結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)見表2。計(jì)算模型施加荷載見表3。

表1 場(chǎng)區(qū)地層參數(shù)

表2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

表3 主要計(jì)算荷載

2.3 盾構(gòu)推力模擬

（1）盾構(gòu)機(jī)所受壓力計(jì)算

盾構(gòu)機(jī)在土層中所受壓力[9]如圖3所示。

圖 3 盾構(gòu)機(jī)受力圖示

盾構(gòu)機(jī)頂部的均布?jí)毫Γ?i>P=·+0(1)

盾構(gòu)機(jī)底部的均布?jí)毫Γ?1=P+/(2)

盾構(gòu)機(jī)拱頂處的側(cè)向水土壓力：1=·P(3)

盾構(gòu)機(jī)底部的側(cè)向水土壓力：2=（P+·）(4)

= 1-sin(5)

式中：為水平側(cè)壓力系數(shù)；為所在土層內(nèi)摩擦角；為覆土厚度和既有結(jié)構(gòu)厚度折算之和；為土容重和既有結(jié)構(gòu)自重折算之和；為盾構(gòu)機(jī)重；為盾構(gòu)機(jī)外徑；為盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度；0為地面超載、既有地鐵車站內(nèi)設(shè)備荷載、人群荷載等之和。

（2）盾構(gòu)推力計(jì)算

盾構(gòu)推力主要由以下五部分組成：=1+2+3+4+5(6)

盾構(gòu)外殼與土體之間的摩擦力：1=[(P+01+1+2)] / 4 (7)

刀盤上的水平推力引起的阻力：2=/ 4（2·P） (8)

P=（+/2） (9)

切土所需要的推力：3=/ 4（2·） (10)

盾尾與管片之間的摩阻力：4=W·μ(11)

后方臺(tái)車的阻力：5=G·sin+μG·cos(12)

經(jīng)驗(yàn)公式：=·2(13)

式中：為土與鋼間摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.3；P為水平土壓力；為所在土層黏聚力；c為兩環(huán)管片重量；μ為土與管片間摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)取0.3；G為盾尾臺(tái)車重量；為坡度；μ為滾動(dòng)摩阻，計(jì)算時(shí)取0.05；為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取500~1200。

表4 計(jì)算盾構(gòu)推力各參數(shù)表

根據(jù)實(shí)際工程情況，綜合各計(jì)算參數(shù)，見表4。再參照公式（1）~（12），求出總推力為13718.4 kN。由于盾構(gòu)施工過(guò)程中經(jīng)常需要糾偏、轉(zhuǎn)向，因此盾構(gòu)實(shí)際推力要比計(jì)算值大，按照經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)實(shí)際推力應(yīng)為計(jì)算值的1.5倍，即20577.6 kN。再根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]中經(jīng)驗(yàn)公式（13）進(jìn)行驗(yàn)算，推導(dǎo)的模擬盾構(gòu)推力值滿足要求。

2.4 模擬工況的選取

為了探究盾構(gòu)隧道穿越區(qū)不設(shè)預(yù)埋樁基與設(shè)置預(yù)埋樁基兩種情況下，盾構(gòu)施工對(duì)既有地鐵車站沉降變形影響以及周圍預(yù)埋樁基變形規(guī)律。擬采用如下工況進(jìn)行模擬，見表5。

表5 盾構(gòu)施工工況

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 樁基對(duì)既有結(jié)構(gòu)沉降變形的影響分析

3.1.1 既有地鐵車站沉降變形分析依據(jù)四組工況的模擬結(jié)果以及實(shí)測(cè)值，繪制車站底板中心縱向沉降曲線，如圖4、圖5所示。

圖 4 無(wú)預(yù)埋樁基車站底板縱向沉降曲線

圖 5 有預(yù)埋樁基車站底板縱向沉降曲線

Fig.5 Longitudinal settlement curve of station floor is provided with pre-embedded piles

由圖4可知，不設(shè)預(yù)埋樁基左線穿越既有站時(shí)，車站底板（-8.0 m處）最大沉降值為16.23 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)定的3 mm沉降限值；沉降變形影響范圍廣，在（-16 m，-1 m）范圍內(nèi)車站底板沉降值均超過(guò)沉降限值。繼續(xù)盾構(gòu)施工，當(dāng)右線穿越既有站時(shí)，左線上方車站底板繼續(xù)沉降，沉降值最終達(dá)17.80 mm，同時(shí)，右線上方車站底板（8.0 m處）的最大沉降值達(dá)到19.25 mm；沉降變形影響范圍繼續(xù)擴(kuò)大，在（-17 m，17 m）范圍內(nèi)車站底板沉降值超過(guò)沉降限值?？梢娫诓辉O(shè)預(yù)埋樁基情況下，后期隧道施工使既有站產(chǎn)生過(guò)大的沉降變形，且隧道施工在車站縱向的影響范圍廣，在很長(zhǎng)一段范圍內(nèi)車站的沉降變形都不能滿足要求。

由圖5可知，既有站沿縱斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的最終變形規(guī)律及其累計(jì)沉降規(guī)律均大體保持一致，滿足3 mm的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)測(cè)值略大，主要是在實(shí)際施工中出現(xiàn)的各種不確定性因素造成的，但模擬值與實(shí)測(cè)值之間的誤差較小，在可預(yù)見范圍內(nèi)。因此說(shuō)明模型各計(jì)算參數(shù)取值和此次盾構(gòu)推力的推導(dǎo)計(jì)算合理可行，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，可為今后同類工程設(shè)計(jì)提供類比依據(jù)。

布設(shè)預(yù)埋樁基后數(shù)值模擬左線穿越既有站時(shí)，車站底板（-8.0 m處）產(chǎn)生的最大沉降值為2.37 mm，滿足沉降3 mm控制標(biāo)準(zhǔn)且小于沉降限值的85%；沉降變形影響范圍小，幾乎僅存在于左線兩側(cè)預(yù)埋樁基（-14.5 m，-2.5 m）內(nèi)。繼續(xù)盾構(gòu)施工，當(dāng)右線穿越既有站時(shí)，左線上方車站底板沉降值最終達(dá)2.38 mm，同時(shí)，右線上方車站底板（8.0 m處）的沉降值最終為2.42 mm，左右側(cè)沉降變形幾乎成對(duì)稱布置；沉降變形影響范圍幾乎僅存在于（-14 m，14 m）之間，且在（-2.5 m，2.5 m）內(nèi)車站底板沉降變形幾乎為零。因此，設(shè)置預(yù)埋樁基后，隧道施工引起既有站的沉降變形范圍主要限于預(yù)埋樁基之間。在預(yù)埋樁基以外的范圍內(nèi)車站底板的沉降變形幾乎趨于零，說(shuō)明預(yù)埋樁基具有阻隔沉降變形縱向擴(kuò)展的作用。

綜上所述，預(yù)埋樁基能夠很大程度地減小新建盾構(gòu)隧道施工對(duì)既有站的影響，通過(guò)設(shè)置預(yù)埋樁基控制車站沉降變形是合理可行的。

3.1.2 預(yù)埋樁基變形演化規(guī)律分析（1）樁頂沉降對(duì)比分析

根據(jù)新建盾構(gòu)隧道左、右線先后穿越預(yù)埋樁基施工模擬結(jié)果，繪制各預(yù)埋樁基樁頂沉降變形演化曲線，以每排①、⑤號(hào)樁為例，如圖6所示。

圖 6 預(yù)埋樁基沉降變形演化曲線

由圖6（a）可知，當(dāng)左線隧道盾構(gòu)施工至第2步（每步3 m）時(shí)，第一排和第二排的①號(hào)樁樁頂開始沉降，至第9步時(shí)，沉降趨于穩(wěn)定。第一排的①號(hào)樁樁頂沉降值由最初的0.19 mm增大到0.31 mm，第二排的①號(hào)樁樁頂沉降值由0.13 mm增大到0.21 mm，而在此階段，第三排和第四排的①號(hào)樁沉降變形幾乎為零，說(shuō)明第二排的①號(hào)樁阻隔了沉降變形的縱向擴(kuò)展。至第22步后，進(jìn)入右線施工階段，此時(shí)，第三排和第四排的①號(hào)樁樁頂開始沉降，且左線兩側(cè)預(yù)埋樁基的樁頂沉降值增大得非常緩慢，說(shuō)明第三排的①號(hào)樁也阻隔了沉降變形的縱向擴(kuò)展。

由圖6（b）可知，每排⑤號(hào)樁樁頂最終沉降值均要比每排①號(hào)樁樁頂最終沉降值大，且第一排和第四排的樁基樁頂最終沉降值要大于第二排和第三排樁基樁頂最終沉降值。說(shuō)明在盾構(gòu)過(guò)程中，每排中間樁基的樁頂最終沉降要比兩側(cè)大，外排樁基的樁頂最終沉降要比內(nèi)排大。因此，在進(jìn)行預(yù)埋樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重考慮外排中間樁基的承載能力設(shè)計(jì)。

（2）側(cè)向位移對(duì)比分析

繪制沿樁長(zhǎng)方向預(yù)埋樁基側(cè)向位移曲線，以第一排④號(hào)樁為例，如圖7所示。

圖 7 第一排④號(hào)樁側(cè)向位移演化曲線

由圖7可知，第一排④號(hào)樁水平位移隨新建盾構(gòu)隧道左線的開挖逐漸增大；由于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)對(duì)地層產(chǎn)生擠壓作用，在樁長(zhǎng)8 m處（隧道截面中心附近），樁身側(cè)向位移增長(zhǎng)速度最快，最大側(cè)向位移也出現(xiàn)在此處，最大值為0.09 mm；樁身位移朝向隧道洞口反方向，樁頂與樁底水平位移幾乎為零。因此，建議在類似盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中，對(duì)與隧道截面中心同一位置上的近樁土體注漿加固。

3.2 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)車站沉降變形影響分析

通過(guò)設(shè)置四排預(yù)埋樁基后，大大減小既有地鐵車站的沉降變形，使其滿足規(guī)范要求，但預(yù)埋樁基設(shè)計(jì)參數(shù)的選取依據(jù)的規(guī)范較少，具有不確定性。那么通過(guò)改變樁基長(zhǎng)徑比、距徑比、排布方式等，找到更為合理的預(yù)埋樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，為以后類似工程提供樁基設(shè)計(jì)參考。

3.2.1 樁基長(zhǎng)徑比的影響選取預(yù)埋樁基長(zhǎng)徑比/=8、10、12、14、16，分別建立計(jì)算模型，當(dāng)新建盾構(gòu)隧道左右線先后穿越既有車站時(shí)，繪制既有站底板縱向沉降變形曲線，如圖8所示。

由圖8可知，隨著預(yù)埋樁基長(zhǎng)徑比逐漸增大，既有地鐵車站底板沉降變形逐漸減小；但隨著預(yù)埋樁基長(zhǎng)徑比的增加，車站底板沉降值的減小速率逐漸減?。划?dāng)長(zhǎng)徑比大于12時(shí)，再增加樁長(zhǎng)，樁基對(duì)既有車站的沉降變形控制效果越來(lái)越不明顯，且樁長(zhǎng)越長(zhǎng)施工越困難，因此，不建議單獨(dú)使用這種優(yōu)化措施來(lái)控制盾構(gòu)施工對(duì)既有車站結(jié)構(gòu)沉降變形的影響。

3.2.2 每排樁基距徑比的影響選取每排等距預(yù)埋樁基根數(shù)為3、5、7、9、11，對(duì)應(yīng)的距徑比/=12、6、4、3、2.4，分別建立計(jì)算模型，當(dāng)新建盾構(gòu)隧道左右線先后穿越既有車站時(shí)，繪制既有站底板縱向沉降變形曲線，如圖9所示。

圖 8 不同長(zhǎng)徑比下車站底板縱向沉降曲線

圖 9 不同距徑比下車站底板縱向沉降曲線

由圖9可知，隨著預(yù)埋樁基距徑比逐漸減小，既有站底板沉降變形逐漸減小；但隨著預(yù)埋樁基距徑比的減小，車站底板沉降值的減小速率逐漸減??；當(dāng)距徑比小于4時(shí)，再增加樁基數(shù)量，樁基對(duì)既有車站的沉降變形控制效果不明顯，且每排樁數(shù)量越多，樁與樁之間的相互影響越大，樁對(duì)土體的擾動(dòng)也越來(lái)越嚴(yán)重，說(shuō)明不能僅增加每排樁基數(shù)量，應(yīng)合理選擇最佳距徑比。

3.2.3 樁基排布方式的影響為了模擬不同排布方式下預(yù)埋樁基在新建盾構(gòu)隧道施工期間對(duì)既有地鐵車站沉降變形的控制作用，選取四組典型的預(yù)埋樁基排布方式。設(shè)計(jì)一：把原四排樁改為3排樁，將內(nèi)側(cè)2排樁合并為1排，樁徑取2 m；設(shè)計(jì)二：縮小內(nèi)樁距，將內(nèi)側(cè)2排樁相向各移動(dòng)1.5 m；設(shè)計(jì)三：擴(kuò)大外樁距，將外側(cè)2排樁相背各移動(dòng)1.5 m；設(shè)計(jì)四：縮小外樁距并擴(kuò)大內(nèi)樁距，將外側(cè)2排樁相向各移動(dòng)1.5 m、內(nèi)側(cè)2排樁相背各移動(dòng)1.5 m。建模并計(jì)算，繪制既有站底板縱向沉降變形曲線，如圖10所示。

圖 10 不同排布方式下車站底板縱向沉降曲線

由圖10可知，將預(yù)埋樁基非對(duì)稱布置于新建區(qū)間盾構(gòu)隧道兩側(cè)，反而會(huì)增加既有地鐵車站的沉降變形，不利于后期施工；同時(shí)縮小外樁距、擴(kuò)大內(nèi)樁距，仍將預(yù)埋樁基對(duì)稱布置于新建區(qū)間盾構(gòu)隧道兩側(cè)，車站底板的沉降變形反而減小，因此，可通過(guò)適當(dāng)縮小外樁距、擴(kuò)大內(nèi)樁距可以有效控制既有地鐵車站的沉降變形。

4 結(jié)論

（1）預(yù)埋樁基能夠有效補(bǔ)償由新建盾構(gòu)隧道施工造成的地層損失，承載既有地鐵車站及其上部荷載，控制既有車站的沉降變形，為盾構(gòu)施工提供有利條件，保證施工質(zhì)量，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)埋樁基還具有阻隔既有車站沉降變形縱向擴(kuò)展的作用，為雙線隧道同時(shí)施工提供可能性。因此，在此類近距穿越工程中使用預(yù)埋樁基控制既有車站的沉降變形是安全可行的。

（2）新建盾構(gòu)隧道穿越預(yù)埋樁基施工過(guò)程中，樁頂產(chǎn)生不同程度沉降變形，而樁底變形幾乎為零，樁的豎向變形是由樁身彈性壓縮造成；處于新建盾構(gòu)隧道左、右線外排預(yù)埋樁基樁頂最終沉降值約為內(nèi)排樁基的1.5倍，且每排中間樁基的樁頂最終沉降要比兩側(cè)大，則在進(jìn)行樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮外排中間樁的承載能力問(wèn)題。

（3）本例預(yù)埋樁基側(cè)向位移最大值在樁長(zhǎng)8 m附近（即隧道截面形心處），建議在后期施工中，對(duì)與隧道截面中心同一位置上的樁附近土體進(jìn)行注漿加固。而對(duì)于同一排樁，還應(yīng)著重考慮樁距設(shè)計(jì)問(wèn)題，建議采用不等間距或等間距不同強(qiáng)度的預(yù)埋樁基。

（4）增大預(yù)埋樁基長(zhǎng)徑比、縮小距徑比均能減小新建盾構(gòu)隧道穿越施工對(duì)既有地鐵車站沉降變形的影響，但效果不明顯。而縮小外樁距、擴(kuò)大內(nèi)樁距可有效控制新建盾構(gòu)隧道穿越施工過(guò)程中既有地鐵車站的沉降變形，但施工會(huì)對(duì)樁側(cè)產(chǎn)生不利影響。因此，在設(shè)計(jì)樁基時(shí)建議適當(dāng)?shù)乜s小外樁距、擴(kuò)大內(nèi)樁距。

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Study on Settlement Control Measures for Shield Tunnel Closely Crossing Underneath Existing Subway Station

XU You-jun, MENG Zhen*, LI Zhi-cheng, YIN Ying-zi, GE Shao-ying

,014010,

In this paper, the construction of a shield tunnel closely crossing underneath existing subway station is numerically simulated by means of MIDAS GTS NX software.According to the measured data, the influence of shield construction on the settlement deformation of existing station was analyzed under the two conditions about arrangement of four rows of pre-embedded pile foundations and no arrangement of pre-embedded pile foundations. Pre-embedded pile foundation measures for closely underneath crossing shield construction can effectively control the deformation of existing stations and meet the requirements of the settlement control. On this basis, the deformation mechanism of the pre-embedded pile foundation and the influence of different design parameters on the existing station deformation control are analyzed. The results show, in the optimal design of pre-embedded pile foundation, the bearing capacity design of the lateral pile foundation should be mainly considered. At the same time, on the selection of design parameters of pile foundation, the optimum ratio of length to diameter and distance to diameter ratio of each row of pile foundation are found through trial calculation, the external pile spacing is reduced and the internal pile spacing is expanded appropriately to further reduce the settlement deformation of the existing stations, and it provides the preliminary reference for the design of pile foundation in similar projects.

Shield tunnel; pre-embedded pile; closely underneath crossing; numerical simulation; settlement control

U231

A

1000-2324(2018)06-1044-07

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.06.028

2017-08-01

2017-09-10

內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(NJZY14167);內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金(2013MS0717)

許有俊(1979-),男,博士,教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事巖土工程、地下工程領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作. E-mail:527654950@qq.com

Author for correspondence.E-mail:527654950@qq.com