盾构隧道施工对邻近铁路桥桩的影响及加固措施

《Scientific Reports》：Shield tunnelling effects on adjacent railway bridge piles and reinforcement measures

　　

摘要

在现有铁路桥桩基础附近进行盾构隧道施工可能会扰动周围土壤，导致桩体出现额外的变形、沉降、上抬以及内力重分布。为研究盾构隧道对相邻桥桩基础的影响，并评估有效的变形控制措施，本研究以上海地铁崇明线一期项目为案例，该项目中有一条盾构隧道从沪宁铁路二期桥梁下方穿过。研究建立了三维有限元模型来模拟整个隧道施工过程，同时通过理论计算和现场监测来验证数值结果的可靠性。此外还采用了两阶段分析法，分析盾构推力、盾构壳体摩擦力、注浆压力以及地层损失对桩体位移的影响。研究结果表明，如果不采取加固措施，桥墩顶部的最大上抬量可达6.23毫米，超出了±4毫米的允许位移控制限值。桩体的最大水平位移和弯矩主要集中在隧道中心线附近，这说明该区域是控制桩体变形和内力响应的关键区域。无论是隔离桩还是地铁喷射系统加固措施都能降低桩体变形，而多种加固措施结合使用则能更好地控制变形。在各种比较方案中，带有盖梁的完全封闭式隔离桩系统可将最大水平位移降低约92%，因此被选用用于施工控制。现场监测进一步证明了数值模拟的可靠性。这些研究成果为在现有桥桩基础附近的盾构隧道项目中进行变形控制、选择加固措施以及进行施工风险管理提供了参考。