钻孔桩加固新建铁路路基施工对邻近既有线影响研究

钻孔桩加固新建铁路路基施工对邻近既有线影响研究

学校代码：密级公开交遂乂孳硕士学位论文钻孔桩加固新建铁路路基施工对邻近既有线影响研究作者姓名李番学科专业桥梁与隧道工程指导教师卢文良副教授培养院系土木建筑工程学院二零一五年六月njl"又地乂學硕士学位论文钻孔桩加固新建铁路路基施工对邻近既有线影响研究作者：李番导师卢文良北京交通大学年月n学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名导师签名：签字曰期年月签字曰期：么一年月曰n学校代码：中图分类号：密级：公幵：北京交通大学硕士学位论文钻孔桩加固新建铁路路基施工对邻近既有线影响研宄作者姓名：李番学号：导师姓名：卢文良职称：副教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：桥梁与隧道工程研宄方向：桥梁理论研究与应用北京交通大学年月n致谢本论文的工作是我在导师卢文良副教授的悉心指导下完成的。从论文选题、撰写、修改到定稿的整个过程，无不倾注了卢文良老师的辛勤汗水与心血。卢文良老师以广博的知识、精湛的学术修养、严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的影响，帮助我完成了研究生期间一个又一个科研难题。在此衷心感谢三年来卢老师对我的关心和指导。土建学院桥梁系其他老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在撰写论文期间，桥梁系教研室各位同学对我论文、科研工作以及生活方面给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。感谢硕班的全体班级成员共同创造了一个积极团结的班集体，衷心地福他们前程似锦。此外还要感谢嘉园座宿舍付涛同学、冯文章同学、陆星吉同学对我在论文撰写过程中学术与生活方面的帮助，感谢乔琳娜同学对我生活上的关心与理解，感谢家人的支持与鼓励，使我能够在学校期间专心完成学业。n中文摘要中文摘要摘要：近年来铁路建设规模不断扩大，邻近既有线进行新建线路施工和既有线路扩能改造的情况越来越多。软土地区邻近既有线路基的新建线路常采用钻孔桩进行地基加固，但其钻孔开挖、基坑开挖等施工过程对邻近既有线路可能造成路基位移过大，路基稳定性下降，轨道不平顺等不利影响，严重的可能引起既有线安全运营事故和新建线路施工质量问题。因此开展钻孔桩加固新建铁路路基施工对邻近既有线影响研宄具有非常重要的意义和工程应用价值。本文主要研宄工作如下：在参考大量文献的基础上，系统阐述了钻孔桩的工艺特点，钻孔桩施工过程中对邻近既有线可能产生的风险和钻孔桩施工对邻近既有线影响的国内外研宄现状。总结了基于有限元分析软件模拟钻孔桩施工过程对附近土体影响的基本理论和分析方法。结合金温扩能改造工程，采用现场监测的方法研宄钻孔桩加固新建铁路路基施工过程中对邻近既有线路基的水平位移变化，路基沉降变化和路基附近土压力变化。现场施工划分为钻孔桩施工阶段、筏板基础施工阶段和路基填筑施工阶段，研宄这三个主要施工对邻近既有线路基的影响变化，分析各主要施工阶段对邻近既有线路基的整体影响规律；分析各个施工阶段对邻近既有线产生影响的各类因素；在软土地基条件下，通过实测数据分析表明，依托工程所处软土地区，钻孔桩施工对邻近既有线的影响变化不大，处于安全可控的范围内。通过有限元模拟分析软件，对各主要施工工序，如：钻孔开挖，钻孔桩混凝土浇筑中，筏板基坑开挖等过程进行模拟分析，对施工区域附近土体的应力，应变，位移的影响进行分析。模拟结果表明，钻孔桩施工过程对附近土体应力、土体水平向和竖向位移等计算值的发展趋势与实测基本一致，钻孔桩施工过程对邻近既有营业线影响处于合理范围。探讨了降低钻孔桩施工对既有线影响的措施，提出了邻近既有线钻孔桩施工时的施工前准备，现场管理和安全控制等措施。关键词：邻近既有线；钻孔桩施工；路基沉降分析；有限元分析；现场监测；分类号：nABSTRACTABSTRACTABSTRACT:Inrecentyears,therailwayconstructionscalecontinuestoexpand,newlineconstructionandexistinglines'revampingandexpansionadjacenttotheexistinglineofbusinessaremoreandmore.Theconstructionofboredpileisacommonlyusedmethod,buttheboreholeexcavation,foundationpitexcavationandotherconstructionprocesstoadjacentexistingbusinesslinesmaycauseriskofdisplacementofsubgrade，，，n目录目录巾錢选题背景铁路路网建设不断发展邻近既有线施工越来越多邻近既有线施工需要严格控制邻近既有线施工介绍邻近既有线施工邻近既有线施工内容施工等级划分邻近既有线施工注意事项及监测方法钻孔桩施工相关内容介绍钻孔桩施工钻孔桩施工工艺特点邻近既有线路基钻孔桩施工的风险国内外研究现状钻孔开挖对既有线路基影响的研宄钻孔桩施工中临时堆载对邻近既有线路基影响的研宄既有线列车荷载对邻近基坑影响的研宄钻孔桩基坑开挖对邻近既有线路基影响的研宄研究现状评价本文主要研宄内容和研宄意义研宄主要内容本文的研宄意义钻孔桩加固新线路基对邻近线影响的有限元理论有限元法基本理论有限元法在土工领域的应用有限元法的基本原理与基本步骤空间八节点等参单元计算原理和方法n北京交通大学硕士学位论文有限元分析软件简介荷载的非线性求解自动增量控制中固一固面摩擦接触理论非线性土体材料本构方程土体材料本构方程表达式模型对材料非线性方程组的求解混凝土材料本构模型本章小结对邻近既有线路基影响的现场监测研究依托工程介绍工程概述钻孔桩加固的新线路基施工对邻近既有线的影响分析现场监测的主要内容邻近既有线路基附近土压力现场监测分析监测目的邻近既有线路基附近土体土压力变化监测方案土压力变化现场监测仪器介绍土压力数据采集过程中的注意事项影响土压力变化的因素土压力变化现场监测数据分析邻近既有线路基水平位移的现场监测分析监测目的既有线路基水平位移监测方案既有线路基水平位移监测仪器介绍既有线路基水平位移监测过程中的误差及影响因素既有线路基水平位移变形测量的精度要求既有线路基水平位移监测数据分析对邻近既有线路基沉降变化的现场监测分析监测目的既有线路基沉降的监测方案既有线路基沉降监测仪器介绍既有线路基沉降位移监测中的控制措施n目录既有线路基沉降数据的分析方法既有线路基沉降位移监测过程中的注意事项既有线路基沉降监测数据分析本章小结钻孔桩加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析钻孔桩施工模拟分析方法建模步骤模型的建立及参数的选取钻孔桩施工过程模拟分析模拟中的若干假定地应力平衡模拟分析地应力平衡初始地应力的模拟分析方法地应力分析结果钻孔桩桩孔开挖的影响分析施工过程模拟分析桩孔开挖过程的水平位移影响分析桩孔开挖竖向位移分析钻孔桩混凝土浇筑的影响分析施工过程模拟分析混凝土浇筑过程的水平位移影响分析筏板基坑开挖的影响分析施工过程模拟分析筏板基坑开挖的水平位移影响分析筏板基坑开挖的竖向位移影响分析本章小结减小钻孔桩加固新线路基施工对邻近既有线影响的措施邻近既有线钻孔桩施工前准备钻孔桩施工过程中的安全控制钻孔桩施工机械安全的防护措施钻孔桩施工现场的管理与控制措施邻近既有线施工现场的安全防护管理措施钻孔桩施工邻近既有线的监测控制措施监测频次要求n北京交通大学硕士学位论文监测精度要求路基水平位移、沉降监测的控制标准轨道几何状态的监控措施本章小结结论与展望结论展望参考文献作者简历独创性声明学位论文数据集n^1.绪论选题背景铁路路网建设不断发展根据年国务院通过的《中长期铁路网规划》，近年来，我国的高速铁路建设规模不断扩大，从年月日京津城际高铁开通到现在短短年时间，中国髙铁从无到有，运营总里程己稳居世界第一⑴。截至年底，我国已建成京津城际、石太、武广、温福、甬台温、胶济、合武、合宁条客运专线，在建客运专线达条。根据《中长期铁路网规划年调整》，到年将有万公里客运专线投入运营，其中的客运专线有的客运专线有。到年将形成总规模达万公里以上的快速铁路客运网，覆盖全国的省会城市除拉萨以外）以及万以上人口的特大城市。年铁路货物发送量将达到亿吨左右，货物周转量将达到亿吨，铁路集装箱运量将达到万。对铁路运输服务质量的要求不断提高。比如：客运要求高速，舒适，服务方便人性化；货运要求及时送达，简化程序等；在运输安全、环境保护、节能降耗等方面都提出了许多新的要求。“十一五”规划铁路拟建新线万公里；既有线增建二线万公里，电气化改造万公里。年全国铁路营业达万公里以上，复线和电气化比例分别达到以上。基建总投资亿元。预计到“十二五”末，以“四纵四横”高速铁路为骨架的快速铁路网基本建成，高铁里程将达万公里左右，包括时速公里的高速铁路万公里，时速公里的高速铁路万公里，基本覆盖我国万以上人口的城市。邻近既有线施工越来越多路网交汇与不断加密使新建线与既有线交叉、并行等邻近营业线施工的情况增多。特别是近年来大规模建设新线的同时，还在开展电气化提速改造、增建n北京交通大学硕士学位论文第二线或者车站改造等工程，根据国家十二五规划，铁路复线率和电化率分别达到和以上，这就必然存在大量的邻近铁路营业线施工的情况。在众多的新建线路项目中，邻近既有营业线路也是最佳的选择方案，不仅能够进一步优化利用既有营业线路附近的土地资源，还能减少新建线路与既有线路运能协调分配带来成本增加。因此，在面对如此众多的铁路建设的需求下，新线的建设、既有线的扩能改造等等项目，就随之产生。不可避免的也会出现大量邻近既有营业线施工的情况。邻近既有线施工需要严格控制邻近铁路营业线施工不仅需要控制工程本身的安全风险，还需特别控制工程本身对既有营业线引起的安全风险，这主要是由列车运行速度很快，对线路的平顺性要求很高所决定的，这就要求对线路基础的沉降和侧移要严格控制。在软土地区施工中，如果处理不当常会导致路基的沉降过大或者发生失稳的现象；在填土荷载的作用下，软土地基也会产生不均勾沉降，导致线路不平，结构破坏，影响行车安全。邻近既有线施工介绍邻近既有线施工既有线指原先已经建造好的线路，通常是要对此线路进行改造时，称之为既有线。邻近既有线施工系指新建铁路工程、既有线改造工程及地方工程等与既有线平行、上跨、下穿、交叉、接入，在既有线两侧一定范围内（一般指安全保护区内，特殊情况由局施工主管部门确定），涉及既有线安全和设备正常使用的施工】。既有线设备安全限界：电气化铁路接触网杆外侧米（接触网支柱外侧悬挂回流线和供电线时在回流线和供电线米以外）、非电气化铁路信号机立柱外侧米范围【。邻近既有线施工内容邻近既有线施工通常包括两大方面的内容施工作业n^1)线路及站场设备技术改造，增建双线、新线引入、电气化改造等施工。跨越、穿越线路、站场，架设、铺设桥梁、人行过道、管道、渡槽和电力线路、通信线路、油气管线等设施的施工。在线路安全保护区内架设、铺设管道、渡槽和电力线路、通信线路、油气管线等设施的施工。在规定的安全区域内实施爆破作业，在线路隐蔽工程（含通信、信号、电力电缆径路）上作业，影响路基稳定的各种施工。在信号、联锁、闭塞、、列控、通信等行车设备上的大中修施工作业。线路大中修，路基、桥隊大修及大型养路机械施工作业，接触网大修作业。维修作业维修作业应利用维修天窗进行，作业开始前不需限速，结束后须达到正常放行列车条件。施工等级划分既有线施工分为三个等级】：级施工繁忙干线封锁小时及以上、干线封锁小时及以上或繁忙干线和干线影响信联闭小时及以上的大型站场改造、新线引入、信联闭改造、电气化改造施工。繁忙干线和干线大型换梁施工。繁忙干线和干线封锁小时及以上的大型上跨铁路结构物施工。级施工繁忙干线封锁正线小时及以上，影响全站（全场）信联闭小时及以上的施工。干线封锁正线小时及以上，影响全站（全场）信联闭小时及以上的施工。繁忙干线和干线其它换梁施工。繁忙干线和干线封锁小时以内的大型上跨铁路结构物施工。大型养路机械维修、清蹄，更换钢轨和轨枕，以及不影响正线行车的更换道盆施工除外。级施工除级、级施工以外的各类施工。n北京交通大学硕士学位论文邻近既有线施工注意事项及监测方法邻近既有线施工要严格道守营业线施工有关规定【】，对既有线变形观测技术措施、控制下部施工的要求，严格按照施工程序进行施工，在施工中如不详细制定防护方案，造成既有线沉降，影响既有线运行安全，因此严格按照营业线及铁道部文件的规定进行既有线防护施工，保证既有线运营安全。邻近铁路既有线进行钻孔桩施工【，必须考虑在钻孔桩施工过程中，可能会对铁路运行造成的安全隐患，并釆取积极有效的措施，杜绝安全、质量事故的发生。在钻孔桩施工前，对每个桥缴的钻孔柱施工进行全面、细致的规划，制定科学的施工工艺、合理的施工工序，严格的施工过程控制，有效的应急措施，在施工中稳中求快，确保邻近既有线钻孔桩施工安全。邻近既有线施工监测内容包括路基沉降和路基位移〗。监测频率依据铁路局号文规定：施工期间必须做好既有线路路基变形观测，观测频次不少于次打桩地段或路基变形速率较快或有持续变形时，观测频次不少于次，并根据观测结果调整打桩速率，当路基水平位移或垂直位移变化量大于或累计变化量大于时必须停止施工，加强线路养护，并等到线路稳定后方可继续施工。施工结束后应继续加强观测，时间不少于频次不少于次，变形观测做好观测记录并经观测人员签认。钻孔被施工相关内容介绍钻孔被施工灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成柱孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。钻孔灌注柱是釆用不同的钻孔方法，在地层中按要求形成一定形状断面的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架吊人井孔中，再灌注混凝土有地下水时灌注水下混凝土），成为桩基础的一种工艺。钻孔被施工工艺特点钻孔桩的施工优点有以下几n^(1)与沉入桩中的锤击法相比，施工噪声和震动要小的多；能建造比预制桩的直径大的多的披；具有较高的承载力，不同的披径和桩长，其单桩承载力在到之间，部分甚至超过可作为低层建筑的基础或者高层建筑和重型建筑的基础。目前钻孔灌注桩最大直径己超过，孔深已超过。大直径钻孔灌注桩既能承受较大的竖向荷载，也能承受较大的横向荷载。不仅能增强建筑的抗震能力，而且也能有效地充当坡地抗滑桩、堤岸支护桩以及深基坑开挖的支护桩。甚至在基坑开挖后继续作为地下室的承重墙等永久结构使用。在各种地基上均可使用；可穿过各种软、硬夹层，也可将桩端置于坚实土层或嵌入基岩。适用性广，施工灵活方便，施工工序简单，也适用于窄小场地施工，施工设备简便且方法容易掌握相对于静压柱，挤土效应要小得多，属于非挤土桩，对周围环境影响小，对周围建筑物、路面或地下设施等危害小，对于邻近既有线施工而产生的影响可以得到较好的控制；相对于沉入桩中的键击桩或静压柱，不会出现由于压桩力过大致使桩身破损的情况出现，并且由于是水下一体成型，不存在桩结连接薄弱处的情况；质量有保证，其成桩质量可靠，因此在桩基施工中被广泛采用，信任度较高，事故少，且出现单桩承载力达不到设计要求的情况较少。施工过程中要严格按照相关规范及技术要求，并认真控制相关技术指标和质量，能更好的保证工程质量【。钻孔灌注桩通常布置间距大、群桩效应小，设计时可无霈为此而进行繁琐的计算。对柱的沉降及其对邻桩和周围环境的影响，其估算也较常规中等直径桩更为简便。钻孔桩不仅具有上述的优点，同时在施工过程中也存在一些不容忽视的缺点，需要施工人员在作业中倍加注意，以免出现安全质量问题孔壁坊塌：成孔中或成孔后，孔壁不同程度塌落成孔中，排出的泥装不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下降，均为塌孔的兆头。其主要原因有：没有根据土质条件，采用合适的成孔工艺和相应的泥衆质量。护筒埋置太浅。护筒的回填土和接缝不严密，漏水漏衆，以致孔内液面高度不够或孔内出现承压水，降低了对孔壁的静水压力等。清孔后泥衆密度、粘度降低，也会减少对孔壁的静水压力，使孔壁失稳。桩孔局部缩径：指局部孔径小于设计孔径其主要原因是：泥装性能欠佳，失水量大，引起塑性土层吸水膨胀，或形成疏松、蜂窝状厚层泥皮：邻桩施工间距和时间间隔不当，土层中应力尚未消散，新孔孔壁软土流变；钻头直径磨损过大。n北京交通大学硕士学位论文桩孔偏移倾斜：成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲其主要原因有：钻机安装不平或钻台下有虚土产生不均匀沉陷；桩架不稳，钻杆导架垂直，钻机磨损，部件松动；护筒埋设偏斜，钻杆弯曲，主动钻杆倾斜；遇旧基础或大石等地下障碍物，土层软硬不均或基岩倾斜。孔底沉渣过多：孔底沉游或孔壁泥土塌落在孔底，使沉澄超标其主要原因有：清孔未净，清孔泥装比重过小或清水置换；钢筋笼吊放未垂直对中，碰刮孔壁泥土姆落孔底：清孔后待灌时间过长，泥奖沉淀；沉渣厚度测量的孔底标高不统一。卡钻、掉钻。原因：孔内出现梅花孔，探头石，缩孔等未及时处理；塌孔落下的石头卡住钻头；下钻头太猛或钢绳过长，使钻头卡在孔壁上；钻孔中取出的废土及泥装护壁施工时，对环境有一定影响；同时钻成群的桩孔时，可能会引起地面沉降或相邻的建筑物沉陷。在邻近既有线路施工时，这种情况无疑会带给既有线路行车安全产生重大的影响。邻近既有线路基钻孔桩施工的风险在软土地区在进行钻孔桩的施工，由于土体开挖，钻孔过程、基坑开挖过程等施工工序对土体原本结构的扰动和破坏，会引起土体的应力释放现象。如果处理措施不当，会引起周边的环境问题，严重时还会引起既有营业线的工程事故，由于对此认识不足而导致工程事故的例子屡见不鲜。根据己有研宄，这些问题主要体现在以下几个方面钻孔桩开挖过程中会使开挖区附近一定范围内的土体产生水平位移，根据实际施工过程中地质情况不同的影响，有时会产生扩孔的现象，有时产生缩孔的现象，不论哪种影响，对于施工质量安全都有很大的影响；缩孔影响过大不但影响成桩后桩体承载力能否达到设计强度要求，还可能对邻近仅有营业线路路基产生过大水平位移，影响既有线路行车安全。钻孔桩施工开挖过程还会引起周围土体的沉降位移，导致一定范围内土体发生沉降，对于邻近既有线路路基沉降影响过大，导致既有营业线路轨道不平顺度增加，严重时影响行车安全。钻孔桩施工过程对于地基土体的结构性会产生较大的扰动和破坏，桩体周围土体应力水平也随施工进行而不断发生变化，对于桩体周围土体的承载力造成一定程度的影响。土体的原状结构被破坏，土体的工程性质较钻孔桩施工前发生较大的改变，影响邻近既有营业线路基所处环境的稳定与安全。n^(4)钻孔桩施工过程中的机械设备侵限、施工造成营业线电气运输线破坏等也会对营业线产生影响。国内外研究现状钻孔开挖对既有线路基影响的研究综合考虑钻孔桩施工工艺的优缺点，钻孔桩施工对于既有线路的影响，在于大量钻孔与基坑开挖后，由于应力释放、位移释放等原因，带给既有线路基出现松动的危险。由于目前，对于这一方面钻孔桩对既有线路影响的研究还较少，主要参考随道开挖时应力释放情况的研究情况进行说明。由于开挖应力问题本身的复杂性，现在主要的分析方法基本上都是以有限元分析为基础的数值模拟分析开挖类似于卸载，如图所示，为一维情况，即类似于解除的压力，弹簧中的压力将释放至零为二维情况，弹簧中的压力即为与顶部间的摩擦力，解除，则号号弹簧中原来的压力都将释放。对情况释放率仅与的大小有关，对情况号弹賛的应力释放与有关号弹黄的应力释放与与顶部的摩擦系数及号弹簧的内力有关，情况比要复杂。而真实的开挖问题是在连续介质中进行的，情况远较更为复杂。分析可知，开挖问题的应力释放具体通过两部分得以完成，其中一部分是掌子面到达之前，围岩己发生位移，使开挖面前方影响区范围内的初始应力发生变化，产生一定程度的应力释放，此时应力释放的程度是随着掌子面逐渐接近而增大的；第二部分掌子面空间效应影响区范围内由于围岩位移而导致的应力释放，此时的应力释放率是随着掌子面到达及掌子面继续向前推进而逐渐增大的，直至最终脱离掌子面空间效应影响区的范围，此时应力也己完全释放⑷（图开挖应力示意n北京交通大学硕士学位论文由这些分析可知，开挖面的空间几何效应在沿洞轴纵断面方向上表现为“半圆弯”约束，在洞室横断面方向上则表现为“环形”约束。这两种约束方式的稱合作用使得开挖面附近一定范围内的围岩体在无支护情况下得以保持一定时间内的相对稳定。开挖面的环形约束效应在某种程度上还受纵断面方向虚拟支撑力的影响，在横断面上它使洞周围岩以及与支护结构一起共同构成的支播环拱效应得以加强【。目前为止，开挖模拟的方法主要有以下几种：“反转应力释放法”、“初始应力法”、“连续介质快速拉格朗日差分法”、“离散元法”、“虚拟单元法”。应力释放法应力释放法，也称“反转应力法”或“反转应力释放法”，最早是和年】提出的，当时只限于初始应力场为均勾场的特殊情况。后来，通过有限元法使这一思想在非均勾应力场中也得到了应用。孙钩【等曾建议了一种用开挖面上分布面力求等效节点释放荷载的“反转应力释放法”；力等曾提出由挖去单元所产生的释放荷载节点力向量提取等效释放荷载向量的方法；赵德安【】、郝哲川【】、胡庆安、徐林生【等分别釆用了类似的方法，对开挖问题进行了分析。应力释放法为在平面应变有限元中实现开挖问题而被提出来，常常被用来模拟开挖过程的空间效应问题，如二维开挖支护过程的模拟、地层压力的释放与支护压力的控制问题、三维支护时机的控制问题等等。应力释放法通过一个比例系数来控制各节点荷载释放的大小，这也就决定了围岩所经历的应力路径，而这一应力路径与工程现场或真三维模拟的应力路径不同，对于具有非线性变形特性的岩体材料来讲，将导致模拟结果与现场或真三维模拟的差异。初应力法蒯行成，刘伟纲等（提出了初应力法模拟开挖过程的有限元原理及列式。总结了在有限元模拟种运用初应力法的建模模方法。初应力法是基于假设研究对象为线弹性问题，初始应力法计算开挖过程中围岩的位移、变形和应力可以分两步进行：第一步，建立未开挖的有限元模型，施加围岩的重力荷载，求出围岩的初始应力在中，这些初始应力是单元高斯积分点的应力值，将以初应力文件的形式存在硬盘上；第二步，建立开有洞室的有限元模型，施加围岩的重力荷载和第一步求出的初始应力读入初始应力文件）。于是可求出位移和应力的改变量和丨，也很容易得到总应力在的输出中，输出的位移是改变量，而输出的应力为总应力。n^(3)连续介质快速拉格朗日差分法连续介质快速拉格朗日差分法（简写是近年来逐步成熟完善起来的一种新型数值分析方法。与基本离散元法相似，但它克服了离散元法的缺陷，吸取了有限元法适用于各种材料模型及边界条件的非规则区域连续问题解的优点。是由美国明尼苏达大学土木与矿业工程系【博士等人于年创始，后组建了程序幵发公司。梁海波，张明】等（将程序引进国内，并着手开发应用，成功地对国内水利水电工程地下洞室及岩石边坡的稳定性进行了计算分析，取得了理想的结果。陈敏华、陈增新、张长生结合深圳市地铁侧某基坑支护工程实例运用程序对基坑施工过程中的变形规律以及对地铁的影响进行了分析并对比现场监测结果得到了几点关于该工程基坑变形和支护结构工作性能的结论。所采用的动态松驰法求解，不需要形成耗机时量较大的整体刚度矩阵，占用计算机内存少，利于在微机上求解较大规模的工程问题。同时，还应用了节点位移连续的条件，可以对连续介质进行大变形分析。程序可以模拟线性、非线性等多种材料模型，可以模拟实际工况分期开挖、回填，以及锚杆、混凝土衬砲等支护手段。具有较强的前、后处理功能，能快捷地形成计算网格和整理所需数据成果和图表。快速拉朗格日差分法是一种新型的数值方法，与有限元法、离散元法等相比，该数值方法有其独特的优点。离散单元法美国密尼苏达大学昆多教授】在充分考虑岩土体非均质各向异性、非线性等特征的基础上，提出了离散单元法该方法主要针对不连续介质的数值模拟问题，特别是块体岩体的大变形问题。和同事于【年开发了一个二维离散单元程序。它将不连续岩体看成是由离散的岩块与岩块间的节理面所组成。岩块能移动、转动和变形，而节理面可被压缩、滑动和分离，从而可以较真实地模拟岩体中的不连续面。该程序最初用来分析岩石边坡的运动学过程，后经过多年的完善和更新，该方法己被较广泛地应用于开挖和支护的应力分析中。上世纪年代，我国学者王泳嘉教授等引入了离散单元法【《】，但该方法主要应用于模拟节理系统或离散颗粒组合体在准静态或动态条件下的变形过程，后来陆续有学者将离散单元法特别是离散单元程序引入到險道工程的围岩力学行为的分析中。齐念、叶继红等提出应用离散元法（来求解二维、三维杆系结构的n北京交通大学硕士学位论文几何非线性大变形问题基于简单梁理论，推导了适用于杆系结构分析的弹簧接触刚度系数计算公式，给出了时间步长临界值估算方法，并用实例对其进行了正确性检验。贺续文、刘忠【】等通过采用离散元软件进行数值模拟，对完整岩石及节理的力学性能进行研究，并建立含密集节理的岩体边坡模型，讨论了节理连通率对边坡破坏形式的影响。结果表明，节理岩体边坡的失稳破坏是一个渐进的过程；在多组节理密集分布的岩体边坡中，连通率越大，其稳定性越差；随着连通率的减小，边坡的破坏形式由大范围的滑坡转变为局部崩塌的形式。离散元法是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。离散元法的一般求解过程为：将离散体简化为一定形状和质量颗粒的集合，赋予接触颗粒间及颗粒与接触边缘间的受力、速度、加速度等的参数，并根据实际问题用合理的连接元件将相邻两单元连接起来。虚拟单元法王术江，林波，王松林，徐勇【对开挖处理的虚拟单元研究表明，开挖形状对于开挖稳定的影响较幵挖面积大：第二次开挖圆形硐室是在第一次开挖矩形硐室基础上进行的，但是二次开挖后，尽管开挖面积增大了，但是硐室周边应力集中程度下降，硐室周边拉应力消失，铜室稳定性反而提高。虚拟单元方法，就是把挖掉的单元设置成虚拟单元，虚拟单元包含的节点除去开挖边界上节点外，其余被设置成虚拟节点。虚拟单元具有零刚度和零应力的特征。零刚度是指虚拟单元的弹性模量趋近于零，不计虚拟单元刚度对总体刚度矩阵的贡献；零应力是指虚拟单元的应力为零。材料进入塑性状态后，应力应变关系不再符合线弹性关系，由材料的应力应变关系得到的许可应力不同于按线弹性应力计算得到的应力，应力是两者的差，其表达如以下形式：—上式表示，把虚拟单元的零应力作为许可应力项，把单元开挖前的应力作为上式中的线性应力项，广义初应力就是由上面表达式计算的差值。岩土工程弹塑性有限元分析一般应用增量初应力法，在面向对象设计软件时，设计单元类具有计算增量初应力荷载的属性和功能，虚拟单元类是单元类的子类，并继承单元类一般属性和功能。广义初应力法就是利用单元类的增量初应力荷载计算功能，把虚拟单元的广义初应力代入，计算各工况步单元开挖引起的节点失衡力荷载增量。虚拟单元和广义初应力法是处理开挖问题的一种有效方法，应用虚拟单元和广义初应力法处理开挖问题具有以下特点：n^1)对开挖问题进行模拟时，只生成一次网格，数值计算过程中只计算一次单元刚度矩阵。把开挖单元作虚拟单元处理，有利于节约计算时间。利用单元类的计算增量初应力荷载的功能属性计算开挖释放荷载，有利于节约程序开发工作量。钻孔被施工中临时堆载对邻近既有线路基影响的研究由于目前对既有线路旁临时堆载产生影响的研宄较少，本文借鉴临时堆载对其他建筑的影响：卓敏分析软土地基上临时堆载对桩基的影响，得出以下结论：在软土地基上堆载对附近缴柱下的桩基存在着不利的影响，必须严格控制集料的堆放高度。当堆载高度过高时，软土将发生较大的侧向变形，使桩基将受到侧向力的作用，产生水平位移，影响桩基的稳定，从而影响桥梁的上部结构的稳定安全性。堆载将引起桩基的附加竖向荷载，对于临时堆载，若堆载高度较小，引起的附加荷载小于本桩的设计车辆荷载，则该附加荷载不会影响桩基的稳定。软土地基上的堆载过高将引起土体的侧向流动，对附近桩产生侧压力，使桩产生位移。根据相关的大量的试验、理论及经验，对于软土不排水抗剪强度时，可作为软土地基上堆载的安全荷载、最大荷载。李果刘士洋】对降道施工临时弃澄堆载与车辆荷载同时作用对桩的影响分析表明：在合理的保护计算方案下，險道施工后临时弃渣在桥梁桩基周边堆载产生的沉降很小，与测试值进行对比误差较小，运渣车通过桥梁桩基邻近区域时对桥梁的振动及其稳定性的影响较小。谈金忠针对一个典型的排桩与内支撑组成的软土深基坑支护结构工程，提出了具体设计思路和方法，分析其变形特点、影响因素和存在的问题。指出对基坑变形时空效应规律认识不足，基坑边缘大量堆载和载重车辆进出形成的地面超载、活荷载引起的附加变形是造成支护结构与墙后沉降超过变形限值的主要原因。既有线列车荷载对邻近基坑影响的研究石枉锋，宁锐，张学民，阳军生以深圳地铁号线民治站为工程背景，通过把列车动载转化为等效土柱压力和路基一起作为超载作用在基坑边上，进行列车动载影响下偏压基坑稳定性分析。由于动载影响，基坑的稳定安全系数有不同程度的降低。说明在基坑幵挖过程中列车动载影响不容忽视。对偏压基坑支护设n北京交通大学硕士学位论文计参数进行了验证，现场测试表明，基坑稳定性能够得到保证。张自力】结果表明，实测列车水平加速度大于垂直加速度，并随着水平距离及竖向深度的增大呈非线性衰减。围护结构变形对列车激振作用比较敏感，而内力变化不大。基坑开挖中，紧临铁路侧连续墙和支撑结构振动加速度存在一定的放大效应，而车站结构施做完毕，紧临铁路侧振动加速度变化不大，而远离铁路侧振动幅值有较大增长。基于变形控制标准，提出了列车限速的减震控制措施，可供类似工程参考。列车荷载对基坑围护结构的影响视列车距基坑边远近不同而不同。列车速度限值在时，列车动载对远离侧连续墙几乎没有影响，使紧邻侧连续墙位移和弯矩约增大，应加以考虑。列车荷载按铁路路基设计规范换算为约均布土柱静载做静力分析和按照实测动荷载做动力分析对基坑围护结构的影响相差不大，动力分析比静力分析对基坑围护结构影响约大左右，采用静力分析是可行的。钻孔桩基坑开挖对邻近既有线路基影响的研究由于现阶段对于基坑开挖对邻近既有线路影响的研究较少，主要借鉴基坑开挖对周围建筑的影响。基坑开挖必然引起邻近建筑物发生沉降变形尤其是深基坑开挖。基坑开挖过程中由于卸荷作用会带来水平位移和地层沉降，如果位移量或者沉降值达到一定范围，将会影响周围邻近建构筑物、道路和地下管线的正常使用，或者会带来严重的后果，为了避免对邻近建筑物或者地下管道等公用设施产生影响，那么在设计和施工的时候，一定要确保位移和沉降量在允许的范围之类，并且施工过程中应该要釆取有效的措施来保护周围环境，尽量减小基坑施工带来的影响。对于支护结构后地表沉降计算，当前应用比较多的是一些经验算法，当然也可以用有限元法。基坑周围地表沉降目前主要有四种计算理论：曲线经验估算法、地层损失理论、抗隆起安全系数法以及时空效应法。法认为基坑开挖过程中地表沉降量主要说是由地区地质条件所决定，他经过研究曾给出地表沉降基坑最大深度—离基坑距离基坑最大深度间的关系曲线，如图所示。该曲线未考虑支护形式等对基坑沉降的影响。n^iKI012345?离蒸域最大深度图曲线地层损失法，简艳春】经过研究发现：坑底抗隆起稳定安全系数、墙体侧向变形和地表沉降三者间有定量关系。地层损失法通过墙体的侧向变形来得出地表沉降，墙体的侧向变形可以通过有限元法求的，首先通过工程实践总结经验，假设出地表沉降的曲线表现形式，然后利用地表沉降相应地层移动面积和墙体侧向变形相应地层移动面积的相关关系，最后得出地表沉降。稳定安全系数法是一种简化的方法，它是基于实际工程经验的发展。此法可以通过图表的形式来求的地表的最大沉降值，图表所表示的坑底抗隆起稳定安全系数开挖深度与地表最大沉降开挖深度的比值间的关系，因此只要知道了基坑坑底隆起安全系数，那么即可知道地表沉降量最大值，我们可以通过法解得基坑隆起安全系数。用于计算的关系图表有多种，可参考有关文献。时空效应估算法，刘建航【从国内软土地区，特别是上海地区近十年来在深基坑的施工实践和试验研宄的成果中认识到：在深基坑开挖及支撑过程中，分步开挖的空间几何尺寸和支护结构幵挖部分的无支撑暴露时间与基坑变形有一定的相关性，也就是基坑幵挖中的时空效应。基坑开挖的时空效应法，其特征在于首先按照时空效应规律及地质环境资料等采用计算机软件计算设计基坑的分层、分条、分段和分块开挖的空间位置和尺寸大小，每块开挖和支撑时间；接着按设计要求开挖和支撑，充分调动未开挖土体的承载力，减少基坑的暴露时间；设置现场监控系统，实施信息化施工，精确地控制基坑的变形。罗银，雷晓燕【通过建立车辆一轨道一路基稱合系统动力分析模型和路基一土体一基坑一支护结构稱合系统动力分析模型，分析基坑对路基沉降的影响。结果表明：基坑的开挖深度、开挖后支护方法、列车通过方式均对邻近既有线路路基沉降造成影响。种不同工况下的竖向动位移范围在—，满足规范要求。陈恒刚】对基坑开挖后，通过对地道观察数据的分析，基坑支护体系的主要n北京交通大学硕士学位论文水平位移量及地表沉降是在开挖后的很短时间内完成的，并且基坑加设支撑后，围护桩的位移和沉降均无较大变化。这一结论表明：对位移量有较高要求的邻近既有铁路基坑幵槽加撑的及时性非常重要。实测出人口支护桩处位移值在之间。理论计算最大位移量为：，而实测值为—，由于实际施工中存在各种偏差，导致实测位移量大于理论值。张宇旭】实现了桩加固铁路路基和基坑开挖双排桩支护的有限元数值模型，在考虑地下水的情况下，采用不同的列车动态荷载值，改变开挖位置距复合地基之间的距离与基坑开挖深度的比值，对邻近某城际铁路客运站双排桩支护的大型深基坑进行了有限元数值计算和分析。结果表明：小增量的改变列车动态当量荷载对路基沉降和基坑侧壁水平位移的影响不大，比值控制在时，以墙体水平位移和铁路路基沉降为约束条件的结果较为理想。研究现状评价本文通过对现有研究情况的搜集与分析，总结现有的研究状况如下：现有有限元软件如进行分析中，仅在使用形式上不同。反转应力释放法在使用时需施加反向节点力，对于复杂的模型例如三维模型），这种施加反向节点力的操作比较麻烦，而初始应力法在使用时只需读人初始应力文件。现有二维分析表明地层移动与应力释放率之间存在一定的相关关系，但不同点的位移以及它们随应力释放率的变化规律之间的差异比较明显，单独地选择某一点的位移来描述洞周位移的释放是片面的。釆用幵挖体积损失率来描述土体位移的释放更为全面。同时，研宄表明，地层体积损失率与应力释放率之间基本上成线性关系，该关系可为确定合理的应力释放率或体积损失率位移释放率提供参考。现有的有限元基本列式是基于线弹性问题提出的，因此，如果开挖模拟的对象假定为线弹性问题，这些模拟在理论上是正确的。如果开挖过程围岩发生了塑性变形，则从理论上说，这种基于线弹性假设的有限元列式并不能模拟开挖过程中的非线性力学行为。目前很多采用通用软件例如模拟开挖的弹塑性分析只能认为是一种工程近似，如何利用这种分析结果需惧重对待，特别是对于软弱土体的大变形，分析结果可能与实际完全不符。现有数值分析结果与实测数据有较大的差距，除了初始构造应力难以确定以及围岩性质的复杂性等因素外，有限元软件的适用性也是一个重要原因。现有研宄多属于数值模拟阶段，现场监测施工过程影响的研究较少，相关n輕的文献也较少。此外，现有研宄多为基坑开挖对既有线路的影响，钻孔桩施工对既有营业线路基影响的研究偏少，现场实际监测的研宄偏少。本文主要研究内容和研究意义研究主要内容本研宄在国内外己有研宄的基础上，进行以下研宄工作：对己有文献进行仔细研读，深刻理解掌握钻孔桩对周围环境及建筑影响产生的作用机理。通过有限元分析软件，采用有限元模拟钻孔桩施工对邻近既有线路基的影响。解决钻孔桩模型计算分析中遇到的难题，如钻孔开挖应力释放问题、应力释放与位移的影响问题、参数选取问题。确定釆用钻孔桩路基加固施工对既有线影响的各种因素。根据工程实际，通过现场监测的方法，对钻孔桩施工过程中对邻近既有营业线产生影响的主要工序进行研究，如钻孔开挖、基坑开挖等，研究钻孔桩对既有线路基的影响规律。根据工程现场实测数据与有限元模拟数据相结合，分析实际钻孔桩施工过程对邻近既有线路基的影响。在上述研宄的基础上，提出减小钻孔桩施工对邻近既有线影响的措施。本文的研究意义随着我国综合国力的不断提高，新建铁路项目与既有线的扩能改造项目必定会越来越多，考虑到土地利用规划，征地方案，施工影响，成本控制等一系列因素的影响，邻近既有线施工无疑会成为相关部门采用的重要施工方案。钻孔桩施工中，不仅有诸多的优点，同时也伴随着不少的缺点存在，对施工质量起到很大的影响作用，同时由于其缺点的存在，在邻近既有线路施工时，也会对既有线路的行车安全造成不容忽视的影响。钻孔的开挖造成的邻近既有线路路基周围土体的应力释放及位移释放，会对线路的沉降及位移带来影响，从而影响到线路的平顺度及行车安全；施工过程中，钻孔开挖后场地周边荷载，比如：堆载，列车荷载，吊车、權车、钻机荷载等，会进一步加强钻孔开挖后的应力与位移释放的效应，尤其是在钻孔开挖后，顺应释放方向，如有大量堆载存在，无疑会加剧这一效应，使线路安全难以保障。n北京交通大学硕士学位论文因此，钻孔桩加固新线路基施工对邻近既有线可能出现的影响因素、安全控制、突发情况应对措施等进行研究具有重要的研究意义。n钻孔桩加固新线路基对邻近线影响的有限元理论钻孔桩加固新线路基对邻近线影响的有限元理论有限元法基本理论有限元法在土工领域的应用世纪年代有限单元法在土工领域中得到应用。由于它能较方便地处理分析域复杂形状和边界条件、材料的物理特性与几何非线性性状，所以有限元法的应用发展速度非常快，在土工固结、稳定与变形分析等各个方面得到广泛地应用。有限元法被用于分析浅基础、桩基础以及各类深基础、堤坝、挡土墙、險道和基础基坑等各类岩土工程问题的分析；不但能用于分析一般的动力问题、静力问题和抗震问题的分析，还能用来分析地基、基础和上部结构之间的相互作用。有限元的分析方法一般为有效应力分析法，也可以使用总应力分析法。有限单元法已经成为土木工程数值模拟分析的重要手段。很强的适用性是有限元法的主要优点，有限元法的应用范围非常广泛。不但能够对非均质材料，非线性应力应变关系与各向异性材料的结构进行分析，还可以处理复杂边界条件等难题。除此之外，有限元法的概念简明易懂，易于掌握。它能够在不同层面上去理解，不仅可以通过直观的物理层面来掌握这一方法，还能够建立严格的数学分析。因此，本文将以有限元法为基础，通过有限元软件分析考虑钻孔桩施工对邻近既有线路基影响。以下将对有限元法的基本原理、基本步骤和其求解问题的方法等方面进行介绍。有限元法的基本原理与基本步骤有限元法是一种数值分析方法，假设把连续体划分为有限数量的单元，这些单元在节点上相连接，即将连续体用单元集合体进行替代，将单元上的作用力等效地对单元的各个节点进行分配，节点位移的分量分布规律通过位移函数进行表示；依照变分原理在单元节点力与节点位移之间建立关系式：接着按照节点的平衡条件，由节点位移作为未知量的代数方程组通过将全部的单元关系进行集合来形成，然后对各节点的位移进行求解。分割近似原理是有限单元法的数学基础，比如对由曲线包围的面积进行求解，能够通过以直代曲的形式对其近似值进行求解。曲线被分割的越细，近似解越精n北京交通大学硕士学位论文确。将该方法扩展到连续体的问题分析，有限单元法对连续体进行分割，形成许多的微小单元，通过简单的位移分布函数对这些微小单元进行描述。网格划分的越细，近似的结果就越精确。所以有限单元法能够对众多复杂问题进行分析，只要网格划分的细度足够，便可获得满足要求的精度。对不同的数学模型与物理性质的问题，有限元法的求解步骤基本是相同的，区别仅为运算方法与具体公式推导的不同。有限元法对问题的求解步骤通常为：第一步：问题及求解域定义。根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。第二步：求解域离散化。将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网格划分。显然单元越小，则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及计算误差都将增大，因此求解域的离散化是有限单元法的核心技术之一。第三步：确定状态变量及控制方法。一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函表示。第四步：单元推导。对单元构造一个适合的近似解，即推导有限元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵结构力学中称为刚度阵或柔度阵）。为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状就以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有奇异的危险，将导致无法求解。第五步：总装求解。将单元总装形成离散域的总矩阵方程联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元节点进行，状态变量及其导数连续性建立在节点处。第六步：联立方程组求解和结果解释。有限元法最终导致联立方程组，联立方程组的求解可用直接法、迭代法、和随机法，求解结果是单元节点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。简言之，有限元分析可分为三个阶段，前处理、处理和后处理。前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是对处理分析结果进行采集，方便用户能提取信息，分析计算结果。n钻孔桩加固新线路基对邻近线影响的有限元理论空间八节点等参单元因为等参单元的精度较好，所以得到广泛应用。在空间问题分析中，多采用八节点或二十节点的等参单元，本文的有限元分析采用八节点等参单元，以下根据文献【对该类型单元的分析方法以及位移函数做简要介绍。图空间八节点等参单元空间八节点等参单元的位移函数为七〈《：《“物其中，〈，为一种无量纲的局部坐标，，〈，在和之间变化。各节点的坐标，，’，，，，，，，，，，，。以各节点的坐标代入上式，得：‘从上式解关于的方程组，解得代入得：其中为纟、的函数。其实也可以根据函数的性质直接写出，从而避免解方程组。的表达式：其中纟，〈，是节点的局部坐标，形函数矩阵为：⋯⋯nj匕京交通大学硕士学位论文几何矩阵为：摩其中为：「机石叫叫飞。⋯‘―——而安。、‘尝从单元刚度矩阵为：左左⋯⋯大⋯架设六面体的重力为坐标轴〈的正方向为垂直向上，则将重力分解为单元节点的荷载分量可以表示为：把局部坐标系纟，（，通过直角坐标系的转化关系式，可以得到：从而得出单元的刚度矩阵。在获得单元刚度矩阵后，可以接着对整体刚度矩阵进行求解。在整体刚度矩阵内，各元素是通过各单元刚度矩阵内的有关元素依照节点的编号顺序进行排列来获得。与此同时，对于单元刚度矩阵的元素在节点上有共同位移的情况，需要进行迭加，而对于那些没有元素的空位，则用零进行填充，这样就建立了整体刚度矩阵。根据所有节点的平衡条件，以各节点的单元节点力和节点荷载包含等效节点荷载相平衡为依据，有工由得即n钻孔柱加固新线路基对邻近线影响的有限元理论式中：为整体的刚度矩阵，由单元刚度叠加扩大后形成；为整体荷载向量，有单元节点荷载通过叠加放大后形成；为单元的总数。体积力：假设单位体积力是；则移动分配到各节点上的等效节点力为：上表面力：设单元在某边界上的作用表面力为则在此边界上的各节点等效节点力为■卜式中的曲面积分是在单元上作用分布力的某个边界面上进行的。例如，在对应与〈的面上进行曲面积分，按数学公式有：，将它代入式得到：卿如果单元的某个面上只存在沿外法线方向的荷载，将该曲面的外法线方向设为贝有，可轮换，于是式可以表示为：可轮换）（这样一来便将原本第一类曲面积分问题转变成第二类曲面积分问题。比如，在〈±的表面上，通过坐标变换公式，给出纟、之间的关系，所以可以通过纟来表示，通过计算归纳，能够将式表达为以下形式：’±〈对于纟±和土的表面上，相应的计算公式只需要在上式的右端对〈和、、进行轮换便可得到。计算原理和方法有限元分析软件简介是一款功能强大的工程模拟用有限元分析软件，其分析处理问题的范围十分广泛，从简单的线性问题分析到复杂的非线性问题分析都能进行详细的n北京交通大学硕士学位论文贴合工程实际的分析。软件包含一个十分丰富的材料属性本构关系数据库，能够模拟大多数工程中材料的性能，包含各类金属、高分子材料、橡胶、土和岩石以及钢筋混凝土等材料。作为通用的有限元分析工具，能够解决与结构的应力一位移变化有关的许多问题。的特长对是各种不同材料、变化接触条件及复杂荷载过程的非线性组合问题进行计算分析。而岩土介质正是具有非匀质性、非线性性状及几何形状的不连续性等综合因素影响的特殊介质，这使得在岩土工程界中成为使用相当广泛的有限元计算分析软件。有限元分析软件，不仅提供了强大的模拟计算分析功能，而且用户操作起来比较简单。在大部分模拟中，甚至髙阶的非线性问题，用户只需提供一些工程数据，如结构的几何形状、边界条件、材料性能和荷载工况。在非线性问题分析中，可以自动调节荷载增量和收敛限度，既能保证计算的效率，又能保证结果的精确度。主要由两个分析模块和以及后处理模块组成。是一个通用分析模块，在数值方法上釆用隐式积分法。它可以对线性和非线性问题进行求解，包括结构的电磁场和静态、动态热力学场等问题。通常对于同时发生模型的几何、材料和接触非线性变化可以通过软件自动进行控制与处理，也可以通过用户来自行设定。为另一个通用分析模块，显式积分法是它所釆用的数值分析方法，它对动态有限元方程的求解是通过对时间的显式积分进行。它适用于分析例如爆炸和冲击这类短暂的动态问题，同时对于高度的非线性问题，例如加工成型模拟过程中的接触条件改变的情况也非常有效。是一个完整的软件运行环境，可以对的分析任务进行模型创建、管理以及监控，与此同时又能够对模拟计算分析结果进行可视化处理的环境。该运行环境能够根据结构的几何图形进行网格划分，把截面和材料的特性对网格进行分配，并且施加相应的载荷与边界条件。模型建立完成后，可以将生成模型的数据信息通过输入文件的形式向或分析模块进行提交作业，然后通过高效率的运行进行后台处理，并对分析过程的情况进行实时监控，最后对计算分析结果进行输出与后处理。的结果后处理支持分析模块中的所有功能，同时对分析结果的描述与解释提供了范围广泛的选择，除了一般的云图和动画显示功能之外，还能够利用图表、曲线等其他常用方式来对分析结果进行处理。n钻孔枯加固新线路基对邻近线影响的有限元理论荷载的非线性求解结构的非线性荷载一位移曲线关系如图所示，其分析目的是确定在荷载作用下的结构非线性响应。”位移图非线性荷载位移关系曲线考虑到作用于某点的外部力尸与内部力，为使该点处于静力平衡的状态，则要使作用在该节点上的总静力为零，即：通过应用算法来对非线性问题进行求解。与线性问题分析不一样的是，非线性问题的分析不能通过对单一系统方程求解来计算出结果，而需要增量施加给定的荷载，通过逐步求解来获得最终的解答。所以，把模拟过程中的各个分析步划分成给定数量的荷载增量步，并在各个增量步结束的时候对平衡状态寻求近似解。除此之外，对于该平衡状态，不能只通过一步计算来获得结果，而需要进行若干次的迭代才可以确定。这些增量响应的所有总和即为非线性问题分析的近似解。所以在中对非线性问题的求解需要计算大量的迭代步与增量步。自动增量控制可以对荷载增量步的大小进行自动调整，所以能够方便而有效地对非线性问题进行求解。用户只需要在各个分析步计算中设定初始增量步的大小，能够自动对后续增量步的大小进行调整。如果用户未能设定初始增量步的大小，会尝试把该分析步的全部荷载均作为第一增量步荷载进行施加，因此在高度非线性问题中，必须对增量步的大小反复减小，而导致浪费时间。所以，设定一个合适的初始增量步大小是有很有必要的，只有在较为平缓的非线性分析中才可以把分析步中的所有荷载施加在单一增量步中。一个荷载增量步中得到收敛所需要的迭代步数量会根据系统的非线性程度变化。一般情况下，如果进行次迭代仍不收敛或着出现发散情况，会把n北京交通大学硕士学位论文当前增量步放弃，并且把增量步大小设置为上一增量步的，重新计算，也就是通过较小的荷载增量，来尝试能够收敛的解。如果结果仍不收敛，会进一步减小增量步大小。允许单一增量步最多进行五次减小，否则将中止分析。若增量步的解在五次之内的迭代中就收敛了，也就是说找到近似解相对容易。因此，如果连续两个增量步少于五次的迭代就能够得到收敛解，会自动把增量步大小提高°。中固一固面摩擦接触理论在中接触面之间相互作用主要包括两部分：一部分是接触面之间的法向作用，另一部分则是接触面之间的切向作用。切向作用主要包含接触面之间的相对运动与可能存在的摩擦剪应力。当两个表面之间的距离或间隙为零时，将会在中施加接触约束。在法向作用接触问题中，对接触面之间可以传递的接触压力值未进行任何限制。当接触压力值变为零或负值时，两个接触面便会分开，同时约束被移除，这种接触行为表示“硬”接触。对接触面之间的切向行为，中对与经典各向同性库合摩擦模型进行扩充，这些扩充包含各向异性、割线摩擦系数的定义与允许剪应力的附加限值。经典库仓摩擦模型假设若等效摩擦应力比临界应力小，则两个面之间不发生相对滑动，临界应力和接触压力成正比例关系，也就是。为摩擦系数，为接触压力。中将摩擦系数定义为接触点上的滑动率、接触压力与接触面上的场变量平均值和平均温度的函数，也可以通过用户指定临界应力限值来确定。若等效摩擦应力比临界应力大，接触面之间就会发生滑动。图中的实线显示了库合摩擦模型的行为表现：：：’图摩擦行为n钻孔桩加固新线路基对邻近线影响的有限元理论对理想的摩擦行为进行模拟是非常困难的，因此，在大多数情况下，通过一个允许“弹性滑动”的罚摩擦公式，如图的虚线表示。“弹性滑动”指的是在接触面之间所发生微小的相对运动。自动对罚刚度虚线的斜率）进行选择，这一允许的“弹性滑动”占单元特征长度中的很小一部分。中另外一种摩擦粗糖摩擦假定剪应力没有限制，即只要接触面接触在一起，就不发生相对滑动。非线性土体材料本构方程土体材料本构方程表达式在通过有限元软件分析钻孔桩施工对邻近既有营业线路基影响中，土体弹塑性模量矩阵主要与硬化参数、塑性势函数及屈服函数等因素有关，通过这些函数对土体的应力和应变弹塑性本构关系进行建立。屈服函数记为：塑性势函数表示为：硬化参数：在加载情况下，将式微分：丁￡将式代入可得：咖奶。将塑性应变增量入式可得：￡二等卜。似在应力空间中，若各函数与应力不变量无关，贝以式中：表示塑性体应变，广表示塑性体剪应变，n北京交通大学硕士学位论文依据弹塑性理论，总应变可以表示成弹性应变与塑性应变两部分之和，增量形式表示为：将式两边乘以弹性模量矩阵得：其中，￡，将它们代入式得：将式两边同乘以一，则可得：一糾则—将式代入得：刚帽模型在众多的材料本构模型中，适用于土体的本构模型包括模型、模型、剑桥模型等。本文通过对钻孔桩施工对临近既有营业线路基影响进行分析，采用模型作为土体的本构模型，以下对模型进行简要介绍。本构模型的屈服准则：假定在一点作用的剪应力与该点的抗剪强度相等时，该点即发生破坏，剪切强度和作用在该面的正应力为线性关系。本构模型是依据破坏时材料的应力状态摩尔圆得出的，摩尔圆与破坏线相切，见图，本构模型强度准则表示为：式中：表示土体的粘聚力；（表示内摩擦角；表示土体的剪应力；表示土体的正应力。n钻孔桩加固新线路基对邻近线影响的有限元理论￡图破坏摩尔圆模型式中：■、；；将式代入式得：全十￠全一整理得本构模型屈服准则为（用，丨表示）：臺士￠式中：为角，士士本构模型的屈服准则是假设土体材料的破坏与主应力大小无关，土体材料发生破坏一般都会受到主应力的影响，但是这种影响的比例较小，因此，对大部分工程情况的模拟应用来说，本构模型的屈服准则满足精度要求。应力空间中，本构模型的屈服面是一个不规则六角形截面的角锥体的表面，屈服面存在于尖角，塑性流动的方向不唯一。中，对本构模型的屈服准则进行了扩展，釆用的屈服函数，包含材料粘聚力各向同性的软化和硬化，并且该本构模型在子午面上的流动势函数表示为双曲线，在平面上不存在尖角，势函数表现完全光滑。本构模型在中屈服面方程表示为：式中：中为子午面的摩擦角，为温度，表示待定变量，为材料粘聚力依照等向软化或者硬化的改变过程，其应变变化率可以表示成塑性功的关系式：表示本构模型的偏应力系数，定义为：n北京交通大学硕士学位论文式中：识表示屈服面位于—平面上的斜角，一般表不内摩擦角；表广义剪应力的方位角，见式，为等效压应力，等效应力。式中为中定义屈服面的第三应力不变量：办而模型中将流动法则表示为为：一—式中表示流动势函数，其位于子午面上的形状为双曲线，在平面上的形状为圆其控制方程表示为丨讓式中：—三、、‘—式中：；为子午面上的剪胀角；表示初始粘聚力；和表示在子午面和在平面上定义流动势函数的形状参数，（；一般取的取值可通过式得出：为使椭圆形的屈服面满足光滑和外凸，要求的取值范围为。这样便获得了塑性势函数、硬化参数与屈服函数，将式和式与硬化曲线代入到式，就可得到模型在中的本构方程。对材料非线性方程组的求解处理材料的非线性问题通常不必对整个问题重新列出表达式，只需要通过把材料的本构关系进行线性化，就能够把线性问题表达式扩展应用到非线性问题的分析中去。通常来说，以迭代与试探的过程对一系列的线性问题进行求解，若材料的状态参数在最终阶段通过调整，使材料的非线性本构关系得到满足，便得到最终问题的解。以下将对使用隐式求解法求解非线性方程组迸行简单介绍【】【。上文己对非线性材料的本构关系进行了介绍，材料的非线性问题通过有限元方法离散后，可以得到代数方程组如下所示：式中，表示未知函数的近似解，在有限元分析中，表示节点的位移向量。在线性方程组中，因为表示常数矩阵，能够直接进行求解，但是非线性方程组问题中，因为与未知量有关，不能直接进行求解。以下将对通过线性方程组重复求解来获得非线性方程组解的方法进行阐述。n钻孔桩加固新线路基对邻近线影响的有限元理论求解思路对非线性方程组进行求解的常用方法为迭代，该方法的主要思路是：首先将线性方程组的解当作第一次迭代的近似解，并对该近似解引起的不平衡力进行计算，同时将该不平衡力对节点进行施加；然后对线性方程组再次求解作为第二次迭代的近似解，近似解仍然会引起不平衡力；将不平衡力再次对节点进行施加；如此进行反复迭代，直至不平衡力等于零。迭代求解方法的公式按照上文所述方法，式的迭代公式表示为：式中将局部坐标系变动转变为不平衡力为该迭代公式的本质，从而实现刚度矩阵随局部坐标系变动而不断进行调整的目的。当时，局部坐标系达到平衡位置，此时调整停止，得到非线性方程组的解。迭代的过程为将上文所述的迭代计算进行实现，首先，对有限元线性方程进行求解，可以得到第一次迭代的近似值⑶，式中欠其次，由此出发，第次迭代的近似值可以通过依照迭代公式进行计算来获得详细步骤如下：第一步：依照单元节点的坐标与单元的节点位移，对各单元处建立局部坐标系；第二步：把各单元节点位移用局部坐标系表示进行计算；第三步：把各单元刚度矩阵墨与单元的节点力用局部坐标系表示并进行计算；第四步：整体坐标系下的”可以通过对局部坐标系进行转换而得到；第五步：通过各单元刚度矩阵对整体刚度矩阵：进行计算；第六步：对单元在节点上的作用力进行计算，并对不平衡力⑴进行计算；第七步：在节点上施加不平衡力，并对整体平衡方程进行求解，可以得到第次迭代的近似解为：第八步：对收敛性进行检验，若收敛，停止计算，若不收敛，从第一步重新开始计算。求解非线性方程组的方法n北京交通大学硕士学位论文一般通过线性化的方法对非线性方程进行求解，也就是将非线性的问题转变成一系列的线性问题，这种方法有很多种，把进行线性迭代计算在总荷载作用条件下的方法，称作全量迭代法。把式写成：可得式的解，也就是式的根。令：式中如果为式的解，则有转变成一维的情况，贝如图所示。从力学的方面来看，是内力，而则表示由外力和内力产生的不平衡力。当得到精确解时，不平衡力才等于零，即。构建一个线性的逼近序列是总荷载法的主要目的：。⑴⑷⋯（使其当—时，有⑷—〃，—。若连续函数有以下一阶导数的条件，已知则在处进行下一阶的展开，则可获得近似的计算公式：汽如一图总荷载法逼近过程示意图式中，表示在处的不平衡力，示在处的切线刚度矩阵，且〔⑷如果在不平衡力等于零的条件下，对式进行求解新的逼近值’，则：余一因此能够获得逼近序列的求解公式n钻孔桩加固新线路基对邻近线影响的有限元理论一、⑷把式转化为一维的情况，对线性序列精确解的逼近过程如图所示。式所构成的每一次迭代，都要对切线刚度丨重新计算，因此对于多自由度的结构，该方法的计算量非常巨大，但因为是通过沿切线方向对精确解进行逼近，所以收敛速度较快。混凝土材料本构模型在土木工程领域中，混凝土结构是使用范围最为广泛的结构之一，因此，对于混泥土的各项性质人们进行了系统而充分的研究，并且在混凝土本构模型相关领域中取得了较大的成就。混凝土的本构关系指的是混凝土的应力一应变之间的变化关系，本文对混凝土材料采用线弹性本构模型。本章小结首先，本章介绍了有限元方法研究实际工程问题的基本理论与方法，并且介绍了有限元法在土工领域的应用情况。其次，介绍了有限元分析软件在土工领域的应用，及软件应用的情况介绍，有限元软件的计算原理及相关迭代方法和方程求解方法。最后，重点介绍了利用模拟钻孔桩施工对周围土体影响的方法，以及模拟土体行为的原理，模拟土体的本构模型及混凝土本构模型。nn对邻近既有线路基影响的现场监测研究对邻近既有线路基影响的现场监测研究依托工程介绍工程概述依托工程为金温扩能改造工程标段，邻近既有营业线路基工程位于温州市瓶海区潘桥镇仙门村路段。路基试验段正线邻近营业线路基长约为、上行疏解线邻近营业线路基长约为、下行疏解线邻近营业线路基长约为地基加固处理采用钻孔桩（役板，钻孔桩长度在左右；邻近营业线路基均为填方路堤路基填方高度，路堤基床表层填筑级配碎石，基床底层填筑、组填料；既有营业线轨道类型为有碴轨道。地貌上属丘陵区，场地平整，土质较软。区段内河流水网发达，现场有通航河道，河道两侧为农田、菜地，有零星分布的民房等建筑物。在该试验段内，新建金温扩能改造工程正线、上行疏解线东侧为既有甬台温高速铁路，西侧为食品厂等建筑，下行疏解线东侧为既有公路宁波路，西侧为既有南台温高速铁路，线路上空有多条高压线穿过，区段内电网较密集。新建金温铁路需将营业线路基边坡进行拆除，使新建铁路与营业铁路路基形成整体，在施工时须开挖部分边坡路基，会影响营业线路基的稳定性，从而影响行车安全。同样，由于邻近新建线路，再加之施工区域为软土地基，营业线车辆行驶产生的振动、周围机械施工产生的振动和邻近道路及便道车辆行驶产生的振动也会影响新建线路的施工质量安全。新建线路与邻近既有营业线路基关系如图、所示。，■建；竃建铁供金金画丽下」■上‘图新建线路与既有营业线路基断面关系图n北京交通大学硕士学位论文。。《。。。。。。。。。。。。。新线筏板基础一既有甫台温左线：一既有南台温右线丨■■—既有金温联络线。。。。。。。。。。。。。。。。。。新建线筏板基础。。。。。。。。。。。卜新建线筏板基础图新建线路与既有营业线路基平面关系图金温扩能改造项目路基试验段地基土体主要以软土地基为主，软土地基具有含水量较高，空隙比较大，抗剪强度低，压缩性高，渗透性小，有明显的结构性和流变性等特点，因此在新建线路施工中，地基处理是施工难点之一。由于软土地基的这些特点，在新建线路钻孔桩施工，役板基础施工和路基填筑等施工过程中需要密切关注邻近既有营业线路基的土压力，水平位移，沉降等变化情况，以确保既有营业线路的安全运营和新建线路的顺利施工。表显示了路基试验段钻孔桩区域主要地质条件。表钻孔驻区域地质条件表地层施工岩土层厚工程承载力沉降影响量代号名称（等级（浓泥粘，點土，°點土，n对邻近既有线路基影响的现场监测研宄钻孔被加固旳新线路基施工对邻近既有线的影响分析金温扩能改造项目路基试验段新建线路主要采用钻孔桩施工方法对软土地基进行加固，主要包括三个施工阶段：钻孔桩施工阶段，技板基础施工阶段和路基填筑施工阶段。各阶段施工过程由于施工方法的不同，对邻近既有营业线路基产生的影响也各不相同，主要表现为：钻孔桩施工阶段钻孔桩施工阶段的施工工序为：钻孔机具架设、钢护筒埋设、钻孔开挖、清孔、钢筋笼安装、桩身混凝土晓筑。钻孔桩施工阶段由于钻孔的幵挖对于地基土体的影响与險道开挖相似，是地基土体应力释放的过程。既有营业线路基附近的土体受到这一影响会在土体的应力、应变、位移等方面产生变化。既有营业线路基附近土体的应力、位移等指标如果受钻孔开挖影响而产生较大的变化，不仅对既有营业线路的安全运营产生较大威胁，还会对新建线路的施工带来严重干扰与安全隐患。搜板基础施工阶段後板基础施工阶段的施工工序为：役板基坑的开挖、桩头破除处理、桩身检验、搜板基础钢筋绑扎、混凝土模板搭建、搜板基础混凝土潘筑。金温扩能改造项目路基试验段役板基坑深度较浅，基坑深度为〗左右，施工过程中并没有设置支护结构。筏板基坑的开挖对既有营业线路基的影响与钻孔桩施工相似，存在土体的应力释放，对既有营业线路基附近土体的应力、应变、位移产生影响。不同的是，搜板基坑开挖虽然深度浅但是面积较大，影响范围深度较为集中，搜板混凝土淺筑后的土压力增大比钻孔阶段要明显。路基填筑施工阶段路基填筑施工阶段施工工序主要是路基填料分层整平、压实。金温扩能改造项目路基试验段路基填筑一共分五层填料由下到上依次进行施工。路基填筑过程对既有营业线路基附近土体的影响相当于加载过程，会导致应土体应力、位移等指标产生变化。针对这一影响，需在路基填筑阶段对既有营业线附近土体的应力、位移等变化情况进行监测，以确保施工安全。现场监测的主要内容金温扩能改造项目路基试验段钻孔桩加固新线路基施工过程主要划分为：钻孔桩施工阶段，筏板基础施工阶段，路基填筑施工阶段，三个主要施工阶段。对邻近既有线影响研究将按照这三个施工阶段进行现场监测。n北京交通大学硕士学位论文针对各施工阶段对既有营业线路基的影响特性，在各个施工阶段中对既有营业线路基附近土体的土压力变化、既有营业线路基的水平位移变化、既有营业线路基的沉降变化进行现场监测。现场监测完成后，通过对监数据的整理与分析，得出钻孔桩对邻近既有营业线路基的具体影响结果，为以后相似工程提供借鉴。邻近既有线路基附近土压力现场监测分析监测目的钻孔桩施工过程中，对邻近既有营业线路基附近土体土压力变化情况进行监测，能够全面了解钻孔桩施工过程的安全性和对邻近既有营业线路基的影响程度，以确保工程的顺利进行。在出现异常情况时能够及时发现并进行反馈，釆取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或者修改设计参数，确保新建线路工程安全梭工与临近既有营业线的安全运营。监测的目的如下：保证施工过程中既有营业线路的营运安全。为新建线路的施工影响与安全提供实测分析依据。为钻孔桩施工过程中既有营业线路基附近土体土压力分布研宄提供实际测量成果。邻近既有线路基附近土体土压力变化监测方案邻近既有营业线路金温扩能改造工程路基试验段的钻孔桩施工主要包括以下几个过程：钻孔开挖、放置桩体钢筋笼、混凝土绕筑、桩身硬化固结、筏板基坑开挖、桩头处理、柱体质量检测、搜板基础钢筋工程、後板绕筑、搜板硬化固结、路基填筑、压实。针对钻孔桩的施工特点，由于钻孔开挖、基坑开挖等施工过程会引起既有营业线路路基附近土体应力释放，对既有线路路基稳定会带来一定程度上的影响。针对这部分影响釆用埋置土压力盒对土体压力在施工过程中的变化进行监测。土压力传感器安放支架设计。根据土压力盒的工作原理与受力特点，设计固定安放土压力盒的支架，根据不同施工阶段，土压力盒固定支架有不同的设计形式，见图图。n对邻近既有线路基影响的现场监测研究————■“‘面货‘‘‘‘■丨■丨丨丨丨射立面《丨：个支帽友““—、—一丄了卜一———叫丄】】（‘一丨跳晰：「“—‘矚—、（》毫戴《！、歉膽等豕汝—：”、鬆鍵叫■叫窜卢文良图钻孔施工阶段土压力盒固定支架图■①。’⑴①〔丨，！山“““二食——糾，‘：说‘，“、喷“蠢窜《——文图搜板基础与路基填筑阶段土压力盒固定支架图监测钻孔阶段土压力支架上传感器的具体位置在，，处设置土压力盒，监测基坑幵挖阶段支架上的土压力盒固定位置为，，处。n北京交通大学硕士学位论文测点位置。金温扩能改造项目路基试验段均为钻孔桩施工，在考虑施工的先后顺序，现场场地条件，钻孔桩施工对既有营业线路影响，仪器设备安装的操作流程便易性，决定在路基试验段号按板处设置钻孔幵挖监测的土压力传感器支架；在号沒板处设置监测基坑幵挖的土压力盒支架。具体位置见图，图。卜有甬右““—“有金狀络《丨丨■—有线路基边頂线一賴咖職触位置：一一上函钻孔桩工阶画测点位平面图—有臓職—有线路基边坡’测点位置—。。。⋯新隱随””。：：。—地桥图役板基础施工阶段测点位置平面图支架制作及加工。固定土压力盒传感器的支架根据施工现场的实际情况主要采用型钢进行制作，监测钻孔开挖过程的土压力支架采用的角钢进行制作。由于支架长度较长，设计时采用两段设计，加工好后，需要进行对接电燥，形成完整的支架；监测基坑开挖过程的支架釆用工字钢进行制作。n对邻近既有线路基影响的现场监测研究土压力盒传感器固定安装。首先采用砂纸对固定支架上土压力盒固定位置进行打磨除诱，打磨完成后，采用结构胶黏剂将传感器粘合在支架上，结构胶要充分涂抹并且搅拌均勾，以保证土压力盒与支架之间粘合牢固；粘合完成后，支架静置一天，确保粘合剂完全固化，在土压力盒四周与支架接触的位置进行一到两次的点辉处理，以进一步加固土压力盒与支架之间的固定。如图所示。图土压力盒固定安装点傳结束后，等土压力盒完全冷却后，对其进行初次读数，调校。检查传感器是否正常工作。将传感器的数据线用铁丝与扎带进行固定，沿支架长度方向整理。土压力盒固定完毕后，进行土压力盒的埋设工作。监测钻孔阶段的支架需要在测点位置使用小型钻孔设备开挖直径的钻孔用来放置支架。钻孔开挖结束后，监测钻孔阶段的支架由于长度较长，需要吊车式起重机进行配合作业，见图。支架吊装到测点位置放置完毕后，采用中砂回填，将支架所在钻孔密实填充，传感器数据线整理延伸，最后用混凝土大约公分将支架的钻孔顶部进行密封，支架埋设完毕。人———卜‘￡—图钻孔桩施工阶段土压力盒固定支架吊装n北京交通大学硕士学位论文监测按板基坑开挖阶段和路基填筑阶段的土压力盒传感器支架由于长度较短，所以采用直接压入式埋设方法，将传感器支架在埋设地点就位后，使用挖掘机将支架竖起，调整支架朝向和位置，用挖掘机将支架压入测点位置，整理传感器数据线，埋设完毕。传感器埋设完毕后，进行初始读数测量，进行次测量，取稳定读数，作为土压力监测初始读数。监测频率金温扩能改造项目路基试验段钻孔桩施工以钻孔桩所在後板基础区域为施工单元进行施工，各个搜板间钻孔桩施工工序与过程基本一致。都是先进行钻孔开挖然后下放钢筋笼进行混凝土绕筑，一根钻孔桩施工完毕后进行下一根的施工；丨一排钻孔桩施工完成后进行下一排施工，钻孔桩施工阶段根据每排钻孔柱的完成情况进行土压力变化的现场测量。搜板基础施工阶段与路基填筑施工阶段根据各施工工序完成情况进行土压力变化的现场测量。数据采集根据钻孔桩施工工序与进度，对土压力盒进行读数，实时记录施工过程中测点土压力的变化情况。丨土压力变化现场监測仪器介绍土压力盒是一种测量土压力的钢弦式传感器，主要用于测量软土和填土中埋设点的土体压力变化；也可测量土体对挡土墙、抗滑柱等表面接触压力。主要用于路基、基坑、挡土塘、大坝、險道矿井等应用领域。本实验釆用的土压力传感器为系列土压力盒。产品数据线的出现方式为侧面引线出来。土压力盒根据张力弦原理制造，使用频率作为输出信号，抗干扰能力强，远距离输送产生极小的误差；并且在内部设置温度传感器，可以根据外界温度的变化进行温度补偿修正：传感器内部都设置有芯片，可以自动对测量数据换算并且对物理量进行输出，从而减少人工换算失误与误差；此外经过三防处理，保证仪器在长期恶劣环境中的高存活率。特点依据振弦理论进行设计制造，具有可靠的灵敏度、精度、稳定性等优点，适合用于长期监测。使用全数字监测，长距离传输信号不失真，具有较强的抗干扰能力。n对邻近既有线路基影响的现场监测研究具备智能模组，将传感器型号、编号、标定系数等参数存储在传感器中，能够对测量时间、测点温度、压力值、零点参数及温度修正值等等参数进行次以上的保存。该项功能能够有效防止测试线被剪断和测试线编号混乱，导致传感器无法正常使用的现象，保证监控工作长期稳定的进行。具有良好的绝缘性、防水性、耐久性。能够根据监测要求的不同选用相对应型号的压力盒。配备测试仪即可直接显示压力值，又可显示振弦频率，温度，应变大小。配备多通道正弦信号检测仪可测量结构体的动力参数，如：自振频率、胆力系数、动力系数、振型等。可直接测出测点温度，并能进行温度补偿（温度型）。主要性能指标系列土压力盒具体参数指标见表。表土压力盒参数指标品名特量程灵敏度过载编弦式压力盒编土压力盒测量原理当被测结构物内部的土应力发生变化时，土压力盒感应板同步感受应力变化，感应板将会产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出埋设点的土压力值。同时可同步测出埋设点的温度值。应变与振弦频率的计算公式为：为应变值（单位：；为振弦频率（单位：；。压力与应变的计算公式为：其中：为压力；为标定系数；土体的应力应变变化，导致传感器振弦变形，通过振弦频率变化换算得出，土体应力应变的对应数值。土压力盒直接测量的是振弦受土体作用的频率变化。n北京交通大学硕士学位论文土压力数据采集过程中的注意事项根据现场施工进度的不同进行，需分工序不同进行及时的数据采集工作。金温扩能改造项目路基试验段的钻孔桩施工，桩长一般在左右，钻孔桩直径为。现场施工过程中还存在许多情况会导致施工进度的不连续，需要随时关注，以确保数据收集的时效性。钻孔桩施工阶段钻孔开挖阶段主要由工人操作钻机进行施工，由于桩长较长，所以单根钻孔桩桩孔的开挖时间较长，一般需要一天才能开挖完成，如果碰上雨雪天气，施工进度也会受到一定影响。在钻孔桩钻孔幵挖完毕后，首先将钢筋笼通过起重设备吊装放入桩孔后，然后，进行钻孔柱披身的饶筑工作。由于饶筑过程是连续一次完成，所以采取在绕筑完成后，立即进行一次数据采集。随后在桩身完成终凝这段时间内，连续几天进行数据釆集。采集数据时，需要注意当前的钻孔深度，以及现场周围的场地环境情况，如果有重型设备经过，需要进行标注说明，此时所釆集的数据会一定程度上受到影响。筏板基础施工阶段在钻孔桩基本达到设计承载力强度后，继续进行按板基坑的幵挖工作，金温扩能改造项目路基试验段搜板厚度一般为左右，基坑深度与按板厚度大致相等。搜板面积大致为，搜板面积随线路走向会后一定程度改变。搜板基坑的开挖对于既有线路也会有一定程度上的影响，最近的按板基坑边线距既有线路路基坡脚。并且，基坑开挖完成后接着会进行筏板混凝土的绕筑工序，在一定程度上会弥补之前开挖过程引起的应力释放情况，使得搜板基础附近土体土压力有所回升。所以在基坑开挖阶段需要按照施工工序对路基边坡附近的土压力变化情况进行数据采集。路基填筑施工阶段在按板基础达到设计承载力强度后，继续进行路基填筑阶段的施工。与之间钻孔柱施工阶段和後板基础施工阶段不同的是，路基填筑阶段对既有营业线路基附近土体土压力的影响相当于加载过程，会引起既有营业线路基附近土体土压力的增大，数据釆集时应密切注意这一阶段土压力的变化情况，并按照施工工序的进程进行记录。n对邻近既有线路基影响的现场监测研宄影响土压力变化的因素土压力盒的尺寸。土压力盒的厚度和直径的比值越小所测的应力越接近实际值，也就是土压力盒的厚度越薄越好。一般为满足监测精度要求，土压力盒的厚度和直径比值需为。本文中现场监测釆用的土压力盒的厚度和直径比值约为。监测土体介质的刚度。如若土压力盒的自身刚度比所监测的土体介质刚度要小，会导致测量值与实际相比偏小的情况，反之会导致测量值偏大的情况。因此在埋设土压力盒传感器的时候，必须保证传感器周围土体填压密实。环境因素的影响。环境温度、土压力盒腐烛、环境振动等因素，均会影响土压力测量值的大小。加载历史。标定试验时，由于摩擦等因素，进行逐级卸载时，标定曲线具有非线性的特征。土压力传感器间距的影响。在测量同一方向的应力时，考虑允许误差的影响，传感器之间的最小净距要有倍半径的距离，否则传感器之间会产生相互干扰。本文现场监测中，土压力盒的直径为实际同一水平方向上两个相邻土压力盒间距最小的为，满足要求。埋设方法。埋设方法不合理，会导致传感器的朝向发生变化，引起较大的测量误差。在埋设土压力盒时，尽量使土压力盒的测量面与荷载作用方向垂直，保证荷载与传感器表面充分接触。土压力变化现场监测数据分析在既有营业线路附近进行钻孔桩施工，由于钻孔桩桩孔开挖、按板基坑开挖等施工过程会对既有营业线附近的土体压力产生影响。钻孔桩施工、按板基础施工等钻孔柱施工过程对地基土体开挖的影响相当于土体应力释放的过程。由于原状土的挖除，对地基土的结构性状产生破坏，导致土体应力的变化，是钻孔柱施工对既有营业线路路基影响的主要方面。路基填筑施工阶段，对邻近既有营业线路基附近土体土压力有着增大的影响，由于路基填筑过程相当于对土体进行加载，所以产生土压力增大的结果。n北京交通大学硕士学位论文由于钻孔桩施工带来的这一系列影响，对于既有营业线路的路基水平位移，路基沉降，轨道平顺度等都可能存在潜在的影响与隐患。所以，对于钻孔桩施工期间对于既有线路附近土压力变化影响的监测有着重要意义。通过土压力盒对钻孔桩施工附近土压力变化的监测与数据采集，能够对研宄钻孔桩施工对既有营业线路路基土压力变化影响进行定量的分析，也可以直观的看出该影响的幅度变化与具体量值。以下主要根据钻孔桩施工的不同阶段，对施工期间不同距离测点的土压力增量变化情况进行分析。钻孔柱施工阶段测点距离钻孔桩桩心连线距离处，不同深度土压力变化情况。如图所示，为钻孔桩施工阶段不同深度土压力盒读数，随钻孔桩施工数量增加，测点位置土压力大小的变化情况；如图所示，土压力增量变化正值表示与初始土压力相比，当前土压力的减小量。图各条曲线表示不同时间点，测点土压力增量变化随深度不同的变化情况。土压力土压力增量严，，状态第二充《！第样柱、：步核宪成々第二》十三檢宪成一第四摊被宪成叫第五亮成图桩心连线距测点土压力图枯心连线距测点土压力增量变化从图，图不难发现，随着钻孔桩施工的进行，不同深度测点土压力的变化趋势较为统一。从工序上来看，随着钻孔桩数量的增多，不同工序同一测点位置的各个深度的土压力都呈现减小的趋势；同一施工阶段，随着深度的加深，土压力增量的变化呈现出先增大后减小的趋势，在大约的深度时钻孔开挖对周围土体土压力变化的影响达到最大。距桩心连线处测点土压力变化最大位置为深度，土压力减小。经过现场监测与数据分析可以看出，在测点附近的钻孔桩施工完成后，随着各个桩身混凝土的硬化完成，测点位置不同深度的土压力都存在一定的回弹增大n对邻近既有线路基影响的现场监测研究的现象，说明钻孔内混凝土的饶筑与硬化在一定程度上减小了由于钻孔开挖带来土压力变化的程度。相对于同一深度的土体的自重应力，钻孔开挖引起的最大土压力变化大约为自重应力的所以可知，钻孔桩施工对附近土体的土压力变化的影响是较小的。钻孔开挖阶段对于附近土体的土压力有着减小的影响效果，但是，该减小影响相对于土体自重应力相对较小，对于附近土体的稳定和应力变化影响也较小，所以钻孔开挖阶段对于既有线路路基的影响处于合理的安全范围内。後板基础施工阶段测点距离基坑边缘处土压力变化情况。钻孔桩的役板施工阶段包括基坑开挖、桩头处理、桩身监测、按板钢筋绑扎、模板搭建、按板饶筑等工序，对基坑周围土体压力产生影响较大的工序有基坑开挖、钢筋绑扎、役板混凝土饶筑。金温扩能改造项目路基试验段役板基坑一般深度根据设计的不同一般在左右。土压力土压力塯量■‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘雒—一初始状态钣钢班扎一施工夹“狄幵宪成夜板《扎校淡筑夜板施工充成图沒板施工阶段土压力图搜板施工阶段土压力增量变化图，图显示了在役板施工过程中对基坑附近土体土压力产生影响的各个施工阶段的土压力变化情况。从图可以看出，基坑开挖阶段对附近土体土压力影响较大。相对于钻孔桩施工阶段，基坑开挖过程中，基坑开挖土体体积比钻孔桩钻孔开挖体积较大，所以对于附近土体土压力变化影响较大；并且在较大体积的土体开挖的情况下，深度又比钻孔施工阶段钻孔深度要浅，所以役板施工阶段对于附近土体土压力变化的影响范围也更加集中。由图可知土压力变化影响最大深度位置在处，土压力减小最大值为。基坑开挖完成后，进行役板钢筋的绑扎工作，这一阶段土体土压力变化很小，与开挖阶段相比，基坑附近土体土压力有稍微回弹增大的变化，并不明显。钢筋n北京交通大学硕士学位论文绑扎完成后，进行搜板混凝土的饶筑。这一阶段可以发现，沒板混凝土饶筑后，基坑附近土体土压力有明显回弹增大的变化趋势，主要是由于饶筑的混凝土在一定程度上弥补了基坑开挖阶段挖出的土体，使得基坑附近土体土压力在一定程度上有所恢复。能够看出，役板淺筑完成后，附近土体的土压力增量变化己经比开挖阶段减小许多。综上所述，在役板施工阶段过程中，基坑附近土体土压力虽然变化较为明显，但是，施工工序完成后，对于附近土体土压力的总变化量依然较小，这说明搜板施工过程对于附近既有营业线路路基的影响处于容许范围内。路基填筑阶段土压力变化情况图表示路基填筑施工阶段，不同深度土体的土压力值随施工工序进行的变化情况，横坐标表示土压力值的大小，单位为，纵坐标表示测点深度。图表示路基填筑施工阶段，表示不同深度土体的土压力增量值随施工工序进行的变化情况。横纵坐标表示同图。。压力，《土压力，‘“‘—！￡？一一扣始状态￡；第五墣料宪《第五填料宪《■’、■图路基填筑阶段土压力图路基填筑阶段土压力增量变化金温扩能改造项目路基试验段的路基填筑过程共分五步进行，每层填料依次进行整平、压实。由图可以看出，随着填料层数增加，相同深度测点的土压力呈现增大的趋势，土压力增量随填料层数增加虽然不是线性变化，但也表现出稳定增大的现象；同一层填料填筑过程中，测点的土压力值随测点深度的增大而增大，测点深度越深，填料填筑对测点土压力值增大的影响就越大；整个路基填筑阶段，各深度测点的土压力值均呈现稳定增大的趋势。n对邻近既有线路基影响的现场监测研宄由图可以看出，路基填筑阶段对既有营业线路基附近土体土压力值变化影响的最大值为。该最大值所处测点深度为。由于土体本身的侧压力系数会受到整平，压实等施工过程的影响，路基填筑阶段测点土压力值呈现出非线性变化的特点。根据《铁路营业线施工安全管理补充办法》的相关规定，考虑到实际测点土压力值变化的大小，路基填筑阶段对邻近既有营业线路基附近土体土压力的影响是较小的，对于既有营业线的营运安全的影响处于合理范围内。nn对邻近既有线路基影响的现场监测研宄邻近既有线路基水平位移的现场监测分析监测目的钻孔桩施工过程中，对邻近既有营业线路基的水平位移变化情况进行监测，能够全面了解钻孔桩施工过程的安全性和对邻近既有营业线路基的影响程度，以确保工程的顺利进行。在出现异常情况时能够及时发现并进行反馈采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或者修改设计参数确保新建线路工程安全梭工与临近既有营业线的安全运营。监测的目的如下：为既有营业线路基水平位移变形情况提供监测依据，保证既有营业线营运安全。为新建线路的施工影响与安全提供实测分析依据。为钻孔桩职工过程中既有营业线路基水平位移变化研宄提供实际测量成果。既有线路基水平位移监測方案既有营业线路基水平位移监测原理根据场地条件，使用全站仪坐标法测量水平位移。如图已知、两点坐标依次为，设待测点的坐标为。将全站仪放置在点上，后视点，全站仪能自动计算得出直线的坐标方位角。声。图全站仪坐标法测量水平位移n北京交通大学硕士学位论文在计算测点的坐标方位角时，全站仪将自动根据坐标差的符号，对所在的象限进行确定。将全站仪水平转动顺时针角，对点附近的点进行照准，并对点至的水平距离进行观测，仪器可自动地计算出直线坐标方位角：则点的坐标为“而点与点之间的坐标差为叫将，转换为沿直线的纵向偏移量和横向偏移量纵横式中一根据全站仪算出的么和么数值，监测人员能够在前后、左右这两个方向上对棱镜的位置稍微调整，从而准确定位出点的位置。从以上分析可以得出，想要测设出点位置，只需要将、三点的坐标数值输入到全站仪的测设程序中，全站仪就能够对各点之间的水平角和距离进行准确地观测，并且计算出初始点和准确点之间纵向和横向距离的偏差值。所以该方法能够减少监测人员的劳动强度，大幅提高监测工作的效率。测点布置沿既有线路方向由南向北布置测点，基准点位为测试路基段西侧大好大食品厂楼顶黄海高程测定点。每个测点位置设置反光片，进行观测，测量以施工前首次测得数据为原始基准数据。布置测点时，实测点尽量均布在路基试验段既有线路两侧，以提高对线路整体位移变化的监测精度，以便发现对既有线水平位移影响较大的一侧。从而得知，新线施工对既有线水平位移影响的规律。由于施工方面，既有线路基西侧的钻孔被施工规模大于既有线路基东侧，所以在布置测点时，在既有线路基西侧适当多布置水平位移监测点。布置测点时，水平位移测点间距大约为，一共布置个测点。根据施工现场实际状况可适当调节，水平位移测点应布置在既有营业线路基上相对每块钻工桩役板基础中点垂直的位置。以保证以徑板基础划分的钻孔桩施工单元区域内，n对邻近既有线路基影响的现场监测研宄都布置有水平位移测点，从而能更全面的监测钻孔桩过程中对临近既有营业线路基水平位移的影响。测点分布的示意图如图所示。现场测点设置示例如图所示。由賺点图测点分布示意图图现场测点反光片设置既有营业线路基水平位移监测方法通常，平面水平位移测量主要采用极坐标放样法，其基本原理是将全站仪安置在已知控制点上，并后视另一己知控制点，设置后视点方位角，再通过己输入的放样点的坐标，计算出放样点的前视方位角及距离，以指挥前视棱镜操作人员。极坐标放样计算过程可由全站仪完成，测量精度高、速度快、操作简便。然而，在施工过程中，由于工程的特殊性、施工过程中施工机械等移动设备、临时堆积材料、大量土方幵挖等阻挡视线的因素，此时，采用常规的极坐标常常不能从控制点上直接测定和放样所需的点位。针对极坐标法在这种情况下的不足，自由设站法可以根据测区的现场条件，选择最有利于工作开展的地点架设仪器，通过对有限已知点地观测，获取必要的n北京交通大学硕士学位论文计算参数，进而解算测站点坐标，再利用解算得到的坐标，按照极坐标方法进行施工放样或观测。自由设站法设站灵活便捷，不仅可以现场施工放样，其本身还可以作为控制点加密的一种方法。监测频率监测频率为测点所在徑板区域内钻孔桩完成一排钻孔桩施工后，（一排两根钻孔桩，沒板内一共有五排十根桩，进行一次既有营业线路基水平位移监测。以施工前的水平位移监测值为原始数据，并在役板区域内钻孔桩施工完成两天后再进行一次水平位移发展变化的监测，总共进行七次监测。通过与原始参考坐标对比分析处理，得出路基试验段在钻孔桩施工全过程中相应各测点的水平位移变化。後版基坑开挖与路基填筑阶段按照各阶段主要施工工序序进行水平位移监测。数据釆集将各个施工阶段记录的测点的水平坐标进行记录，并按照施工工序绘制成表，以便下一阶段研宄钻孔桩施工对邻近既有营业线路基水平位移的变化。既有线路基水平位移监测仪器介绍钻孔柱施工对既有营业线路路基水平位移的影响主要通过全站仪对水平位移变化进行实时监测。全站仪全站型电子速测仪是集测角、测距等多功能于一体的电子测量仪器，能在一个测站上同时完成角度和距离测量，适时根据测量员的要求显示测点的平面坐标、高程等数据。全站仪一次观测可获得水平角、竖直角和倾斜距离三种基本数据，全站仪具有较强的计算功能和较大容量的储存功能，可安装各种专业测量软件。在测量时，仪器可以自动完成平距、高差、坐标增量计算和其他专业需要的数据计算，并显示在显示屏上。也可配合电子记录手簿，可以实现自动记录、存储、输出测量成果，使测量工作大为简化，实现全野外数字化测量。既有线路基水平位移监测过程中的误差及影响因素全站仪观测误差由图可知，点坐标可由下式计算得出，—、式中，，为基准点的坐标值：（为基准线方位角。不计己知点误差，微分上述两式并转换为中误差，得，n对邻近既有线路基影响的现场监测研宄至如〒式中，是全站仪水平角的中误差；是全站仪距离的中误差。由于观测误差而引起点的点位误差为：测±±〒全站仪距离测量的中误差可以按照全站仪的标称精度，通过公式土来计算。其中，表示标称精度中固定误差，单位为表示标称精度中比例误差系数，单位为为测距边长度，以为单位。由上式可知，待定点的测点误差与测角和测距的精度以及点距离点的平面距离有关。式还可以表达成：々叫⑶〒北图全站仪坐标法测量水平位移的观测误差仪器的对中误差与目标点的偏心误差。全站仪的对中一般通过激光对中器或者光学对中器进行对中，当对中器与照准部的水准器进行检验校正后，使用这两种方法进行对中仪器的对中误差都可以达到±。对中精度和仪器的对中精度基本相等，即对中命。±。从坐标法观测点位中误差计算公式可见，起算点误差对监测点的精度影响不容忽视。所以当观测精度要求较高时，为了降低仪器对中误差与仪器照准目标的偏心误差，可以通过设置有强制归心功能的观测堪与有强制对中功能的棱镜台，来达到目的。这时，仪器的对中误差与目标的偏心误差可以达到±以内，能够忽略，即对中偏心±。点位中误差n北京交通大学硕士学位论文在使用全站仪观测水平位移坐标时，由于仪器的对中误差、目标的偏心误差和观测误差的相互独立性，根据误差的传播定律，能够得到计算点位中误差的公式为饥十“测既有线路基水平位移变形测量的精度要求变形测量就是对建筑物构筑物及其地基或一定范围内岩体和土体的变形包括水平位移、沉降、倾斜、挠度、裂变等所进行的测量工作。变形测量的意义是，通过对变形体的动态监测，获得精确的观测数据，并对监测数据进行综合分析，及时对基坑或建筑物施工过程中的异常变形可能造成的危害作出预报，以便釆取必要的技术措施，避免造成严重后果。变形测量的精度要求按不同的工程要求分为四个等级。具体见表。表变形测量的精度要求及等级划分水平位移拥重变形费变形点甚程中相邻变形点高差变形点的点位中用误差中误差误差变形特别敏感的高层第建筑、高货构筑物、工一等±±±細重古建筑、精密工程设施等变形比较敏感的高层建筑、高笨构筑将、古二等±±±加建筑、童要工程设班和重要建筑场地的滑坡监等一般性展建筑、高策三豕±加±±加构筑物、工建筑、滑坡监抽等，观测教度要求较低的四等±±±建筑物、构筑物和搰坡监濟等n对邻近既有线路基影响的现场监测研究既有线路基水平位移监测数据分析钻孔桩施工阶段，以钻孔披施工前测量的测点坐标作为原始参考数据依据，测点所在筏板区域内钻孔桩完成一排钻孔桩施工后，（一排两根钻孔桩，搜板内一共有五排十根桩，进行一次既有营业线路基水平位移监测，并在後板区域内钻孔栋施工完成两天后，再进行一次水平位移发展变化的监测，连续六次对各测点的水平位移坐标变化进行监测。在钻工桩施工过程中，由于各个筏板内相邻桩位不会同时开挖，最大程度上避免了相邻桩位同时开挖引起周围土体较大的位移变形，从而确保了钻孔桩施工期间周围土体的稳定性与安全。表、，记录了首次全站仪对各测点水平位移变化情况的记录说明和情况。表测点第一次观测水平位移变化测点号备注丨丨n北京交通大学硕士学位论文表测点第一次观测水平位移变化测点号；备注丨将第一次至第六次的观测数据坐标值分别与前一次的数据作差得出变化量，；再将第一次到第六次的观测数据中的分别求和，得出总变化量然后通过以下位移公式得出各点对应位移：求得位移后，根据测量次数和测点标号进行整理汇总，并利用计算机求出各个监测周期内的最大水平位移，如表、所示。n对邻近既有线路基影响的现场监测研宄表测点水平位移变化位移汇总路基试验段水平位移监测汇总位移增量位移增量位移增量位移增量位移增量位移增量编号n北京交通大学硕士学位论文表测点水平位移变化汇总路基试验段水平位移监测汇总位移增量位移增量位移增量位移增量位移增量位移增量编号由表、，不难看出各个测点的水平位移增量在不同施工阶段变化趋势并不统一，一方面由于观测过程中，仪器会受到施工场地各种因素的影响，另一方面，各测点距离不同後板区域的距离不一致，观测时，测点的水平位移变化是影响范围内各施工钻孔桩综合影响的结果，所以导致了变化趋势波动这一情况，该现象联系工程实际处于合理变化范围内。n对邻近既有线路基影响的现场监测研究根据钻孔桩施工阶段，夜板基础施工阶段，路基填筑施工阶段的既有营业线路基水平位移变化情况的现场监测结果，对这三个主要施工阶段邻近金有营业线路基水平位移变化趋势和对路基水平位移进的具体影响进行分析：钻孔桩施工阶段邻近既有线路基的水平位移增量变化情况由图可看出，连续六次，各个测点的水平位移变化幅度基本一致，变化范围均处在的范围之内。出现峰值的测点位置，多集中于路基试验段南侧，且既有线东西两侧测点的水平位移达到峰值的数量基本相同。说明新线施工一侧对既有线水平位移的影响是整体的，并不存在施工一侧的影响较大的情况，换言之，新线采用的施工工艺较好，对既有线影响较小。■■■■■■、■■■■丨丨■■■！丨‘丽「：丨■■■豳点位置点图第一次水平位移增量变化图第二次水平位移增量变化。■■■■■■■■■■“■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■—■‘—‘‘―测存点位里图第三次水平位移增量变化图第四次水平位移增量变化n北京交通大学硕士学位论文在■■■■■■■■■■■■■！：！：；点位崖漏点标令图第五次水平位移增量变化图第六次水平位移增量变化由表可以看出，各点在监测过程中随施工进度水平位移均出现一定程度变化，且水平位移的变化最大值为。根据铁路相关规定《营业线施工安全管理实施细则补充办法》该位移在施工影响允许范围内，所以路基试验段的钻孔桩施工对营业线影响是安全的。综上所述，通过全站仪对路基试验段连续次的水平位移监测可以看出，新线钻孔桩施工所采用的各项施工工序，比如：钻孔桩钻孔幵挖，钢筋笼下放，桩身混凝土饶筑等等，对既有线的影响较小，影响数值处在规范要求的合理范围内。按板基础施工阶段邻近既有线路基水平位移增量变化役板基础施工工序有搜板基坑开挖、桩头破除、沒板钢筋绑扎、混凝凝土饶筑等施工工序，针对以上四个主要施工过程，监测邻近既有线路基的水平位移变化情况。“■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■參■■■■■■■■，■■■■■■■测点图基坑开挖水平位移增量变化图被头破除水平位移增量变化n对邻近既有线路基影响的现场监测研究■■■■■￥■■■■■—‘‘■点翼电图钢筋绑扎水平位移变化图混凝土饶筑水平位移变化由图可看出，役板基础施工阶段，各个测点的水平位移变化幅度基本一致，变化范围均处在的范围之内。在役板混凝土绕筑过程中测点水平变化幅度较小，仅有。出现峰值的测点位置，多集中于路基试验段南侧，且既有线东西两侧测点的水平位移达到峰值的数量基本相同。说明新线施工一侧对既有线水平位移的影响是整体的，并不存在施工一侧的影响较大的情况，换言之，新线采用的搜板基础施工工艺较好，对既有线影响较小。综上所述，通过全站仪对路基试验段役板基础施工阶段的水平位移监测可以看出，新线钻孔桩施工所采用的各项施工工序，比如：役板基坑开挖，桩头破除，役板钢筋绑扎，役板混凝土淺筑等主要施工工序，对既有线的影响较小，影响数值处在规范要求的合理范围内。路基填筑阶段对邻近既有线路基水平位移增量变化路基填筑阶段的主要施工工序为各层填料的初平，压实，金温扩能开凿项目路基试验段的路基填筑工序共分五层填料依次进行填筑。针对这一阶段的施工工序特点，对路基填筑阶段邻近既有营业线路基的水平位移监测按各层填料压实完成后进行水平位移监测。路基填筑阶段，施工现场地面平整情况较为不理想，由于填料的运输和压实过程等影响，会对水平位移监测期间测站安置和水平校准带来较大的不利影响。针对这一情况，需要在水平位移检测过程中，灵活运用自有测站法的优势，对仪器水准进行反复校核，以达到水平位移监测的精度要求。n北京交通大学硕士学位论文■■■■■■■■■■■■■哪■■圆？■■■■■■—‘——点《点图第一层填料水平位移变化图第二层填料水平位移变化■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■—‘—‘‘‘点图第三层填料水平位移变化图第四层填料水平位移变化务■■■！■■■濰点图第五层填料水平位移变化由图可看出，路基填筑施工过程中，各个测点的水平位移变化幅度基本一致，变化范围均处在的范围之内。n对邻近既有线路基影响的现场监测研究出现峰值的测点位置，多集中于路基试验段南侧，且既有线东西两侧测点的水平位移达到峰值的数量基本相同。说明新线施工一侧对既有线水平位移的影响是整体的，并不存在施工一侧的影响较大的情况，换言之，新线采用的路基填筑施工工艺较好，对既有线影响较小。综上所述，通过全站仪对路基试验段路基填筑施工阶段的次水平位移监测可以看出，新线钻孔桩施工所采用的各项施工工序，如：各层路基填料初平，压实等主要施工工序，对既有线的影响较小，影响数值处在规范要求的合理范围内。nn对邻近既有线路基影响的现场监测研究对邻近既有线路基沉降变化的现场监测分析监测目的钻孔桩施工过程中，对邻近既有营业线路基的沉降变化情况进项监测，能够全面了解钻孔桩施工过程的安全性和对邻近既有营业线路基的影响程度，以确保工程的顺利进行。在出现异常情况时能够及时发现并进行反馈，采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或者修改设计参数，确保新建线路工程安全梭工与临近既有营业线的安全运营。监测的目的如下：为评价钻孔桩施工过程中既有营业线路轨道平顺度提供数据依据，保证既有营业线营运安全。为新建线路的施工影响与安全提供实测分析依据。为钻孔桩施工过程中既有营业线路基沉降变化研宄提供实际测量成果。既有线路基沉降的监测方案釆用静力水准仪对路基沉降的监测方式静力水准仪的监测方式分为有线（光纤）和无线（无线模块、两种。有线的方式多用于矿山和距离近的工地才能使用。无线传输方式：无线模块；无线模块传输方式只适应于监测工地与监测机房之间的距离少于公里；并且这之间没有太高太多障碍物的情况下才能使用。如果监测距离比较远并且有手机信号就可以用来监测；监测系统与静力水准仪的连接方式如图『—‘图自动化监测系统n北京交通大学硕士学位论文系统的组成整个自动化系统监测由无线接收仪（天线、防雷模块、无线模块、数据处理模块）、无线发送仪（天线、防雷模块、无线模块、釆集模块）、静力水准仪、总线、连通水管（两个静力水准仪之间都要用水管连接）和自动化监测软件组成；如果工地上使用市电不方便，还可以使用太阳能供电。自动化系统工作原理当安装好静力水准仪之后；首先在自动化检测软件上设置好参数（如采集的间隔时间、系统报警和短信报警值是使用传输还的无线模块传输设置等；运行软件后，无线发送仪根据软件设置的釆集时间从静力水准仪采集数；然后通过无线模块发送给数据接收仪；数据接收仪再进行分析处理再现身在机上采集软件上；监测方法观测前连通管注水。把连通管伸直置于地面上，把它两端的蓄水耀固定于离地处，在一端往蓄水矮注水，用水的自然压力驱赶尽连通管中气泡。具体作业步骤如下：测高仪挂在沉降点弯勾上，要求仪器紧贴弯勾置平，探针对准螺杆方向左右偏差不超过。接上电源，按指挥按钮即可观测。若两次读数不超过测微标盘格，这说明水面基木稳定，取多次出现的数值作为观测值。测完一个测回，往蓄水錯中适当加点水，重新观测，所得高差与前一个测回比较，两者相差应小于即可。安装时间及位置确定在路基及各种过渡段结构物均施工完成后，再选择无雨、雪天气进行开挖埋设。根据设计方案，在结构物施工完成后利用全站仪进行定位测量，同时确定好水平基准点（相对不动点）、沉降观测点。测点布置沿金温扩能改造项目路基试验段进行布置，各个测点位置位于既有营业线路基边坡上，需在边坡上的测点位置处砲筑水准仪固定的混凝土壤台，以确保各测点与基准点的水平标高一直。沿线路方向间隔大约每布置一个水准仪测点。现场测点布置情况如图，所示。n对邻近既有线路基影响的现场监测研究图现场水准仪测点布置拿“咖，二；°°一動从￠“图静力水准仪测点布置示意图路基沉降数据釆集利用自动数据采集系统，对既有营业线路基沉降在钻孔桩施工期间的变化进行采集；以时间间隔划分采集频率，以分钟为数据采集间隔。利用计算机将采集的沉降变化数据以表格形式进行保存。n北京交通大学硕士学位论文既有线路基沉降监测仪器介绍静力水准仪组成静力水准仪（连通液位沉降计）是由液虹、浮筒、精密液位计、保护罩、支撑架等部件组成，如图所示。位计平基点（不动点）测点图静力水准仪组成示意图静力水准仪的工作原理静力水准仪利用连通液的原理，多支通用连通管连接在一起的储液耀的液面总是在同一水平面，通过测量不同储液的液面高度与静力水准仪的基点（不动点）进行比对，通过公式计算可以得出各个静力水准仪的相对差异沉降量。静力水准仪技术参数精度：量程：工作温度：信号输出：输出防护等级：连接方式：采用串联方式一根主线既有线路基沉降位移监测中的控制措施准备工作：测量出各测点的标高，根据标高数据，来确定测点的安装孔（的开挖深度，保证观测点和基准点的标高一致（即在同一水平面上），基准点的标高可以比观测点标高略低（大约为量程的左右），以达到充分利用静力水准仪量程范围的目的。在各测试点之间挖一条沟槽，用来埋设静力水准n对邻近既有线路基影响的现场监测研宄仪之间的连通管。安装时需要用到生料带，扳手，液、气管（￠错塑管），注水工具，防冻液（冰点°等工具。根据各测点之间的距离，将液、气管按所需的长度进行裁剪（依据监测要求，静力水准仪一般要布置在路基结构物分界处两侧的线路中心线上，每侧各一个）。将钢丝软管套在连通管外，并用生料带将液、气口裹好。通过液管与接头把所有的静力水准仪的液口都连接通。用堵头把监测仪器的气口与末端液口进行封闭。对仪器输入防冻液的时候，将开始、结束位置的仪器的气口打开，使仪器之间形成高低差，往位置高的仪器输液口灌注防冻液，另外一端仪器的气口则排气（注意必须始终从选定的一端进行防冻液的灌注，否则会导致连通管内空气无法排尽）。冻液灌注完成后，将静力水准仪和液管一同放入安装孔内。通过地脚螺栓将静力水准仪固定好，并通过水平尺对仪器水平状况进行确定。将适量桂油倒在液位表面上，防止液态水蒸发。通过读数仪对各静力水准仪进行读数，判断各静力水准仪是否处于要求的合理位置（基准点与各观测点的静力水准仪液位浮至量程的中间位置即可），如果基准点比各观测点全量程的左右略低，则使各观测点的静力水准仪液位浮至全量程的中间值偏下的位置，基准点比中间值偏上的位置略高，若液面高度不够，则需填加至要求液位的高度为至。加液完成后，通过气管和接头把各静力水准仪气口连接通。将初始位置的静力水准仪的气口、输液口和结束位置静力水准仪的气口用堵头进行封闭，检查液、气管之间各连接头的密封情况是否严密，必须保证各连接头完全密封。连接好各静力水准仪数据线。并用钢丝软管保护好，埋置于布管沟槽内。静力水准仪的保护罩要安装好，安装孔与布管沟槽要进行回填并压实。对各静力水准仪埋设位置、编号、天气、埋设人员等信息要做好记录。制作监测仪器的标示牌，插在静力水准仪安装位置和其连通管的布管位置，以作警示。在静力水准仪上方的填筑层较薄的状况下，监测仪器附近的范围内土方或碎石，应使用人工摊平和小型机具礙压的方法来处理，严禁使用大型机械进行推土碾压。派专人负责看管仪器。防止静力水准仪和总线因施工或者自然因素受到破坏。校零，读取初值读数，并进行存档。静力水准仪的安装台帐要做好记录。根据监测要求进行测试如果路基沉降计算采用静力水准仪自动采集系统进行数据采集，校零后，将电源、数据总线对接于总线接口数据采集模块接线端子，设定自动采集。n北京交通大学硕士学位论文既有线路基沉降数据的分析方法静力水准仪适用于测量参考点与测试点之间土体的相对位移，主要用于各种过渡段线形沉降，沿纵向对结构物之间的沉降差进行监测。静力水准仪使用连通液面的原理，将多个静力水准仪通过连通管连接在一起，静力水准仪的储液耀的液面始终保持在同一水平面位置，通过对不同储液罐的液面高度进行测量，经计算能够得出，各静力水准仪的相对沉降差；假设共用个观测点，各个观测点之间己用连通管连通。各测点在安装完毕后的初始状态时的安装高程分别为各测点的液面高度分别为⋯⋯九，如图所示。图静力水准仪初始状态示意图对于初始状态，显然有：⋯⋯二⋯当第次发生不均勾沉降后，相对于基准参考面，各测点由于沉降的而引起的变化量分别为：；，各测点的液面高度变化为⋯⋯。—⋯：——从“从“图静力水准仪第次沉降状态示意图由于液面高度还是相同的，因此有：—⋯⋯⋯由式可以得出，第次沉降测量点相对于基点的沉降量n对邻近既有线路基影响的现场监测研宄由式可得，一一一由式可得将式代入式可得，由式可以看出，只要能够测出各点不同时间的液面高度值，即可计算出各点在不同时刻的相对差异沉降。安装完毕待液面稳定后，可以先对传感器调零，此时各个页面的初始高度值偏差值）均为零，于是式简化为：一即只需读出各个静力水准仪的偏差值，相减即可立即求出个点之间的沉降差异。既有线路基沉降位移监测过程中的注意事项安装后开始监测期间要有指定人员维护（在调动人员过程中要做好交接工作）。监测期间分析数据是否有异常变化。如气泡、漏水、人为破坏、电源的不稳定、手机卡是否有流量等。如有漏水要及时处理，也可以提前预防这样的现象，安排指定人员周期性的去检查水管接头。在检查期间留意连通管里面是否有气泡存在。仪器监测时间比较长，特别是在运行地铁里面灰尘也多。可以做好防灰尘处理，如套上保护袋，保护罩。每个监测点做好断面的标识，可以随时了解那个点的状况。人为破坏也是一方面，特别是运营单位都有周期清洗情况，同时要留意冲水是否会冲到电缆，否则产生短路导致无法监测。出现换电情况，有时会产生无线采集数据滞后的现象，也是正常现象。也有可能出现到现场从新启动采集箱电源，来恢复釆集。在现场数据采集仪到办公室的数据传输都是用同时也会才是一定的流量，确保流量的稳定。在电脑上安装软件开始釆集的同时，需要安装一个花生壳来连接它们的连通，用的网络也要稳定，特别是地址。如果经常变化采集不会正常。n北京交通大学硕士学位论文既有线路基沉降监测数据分析邻近既有线路钻孔披施工对既有营业线路基的沉降影响，通过静力水准仪的自动监测记录与分析，可以得到施工阶段对既有线路路基沉降影响的具体数值。对比不同施工阶段的路基沉降状况，可以看出不同阶段对路基沉降影响的具体大小。通过分析各项沉降值大小与影响状态，能够发现钻孔桩施工对既有线路沉降影响的规律。各测点在整个施工阶段的沉降变化截取静力水准仪自动采集数据中钻孔桩整个施工阶段各个测点的沉降变化情况，绘制测点沉降变化曲线，如图所示。八测点一“一点测点▼测点测点测点￡时间《天）图各个测点钻孔被施工阶段沉降变化曲线从图不难发现，各个测点在整个钻孔桩施工阶段，都发生较为稳定的沉降现象。整体趋势较为统一，各测点处受到钻孔桩施工影响由于场地情况不同，沉降变化幅度不尽相同，但是变化幅度都不大。各静力水准仪测点在监测期间会受到天气、场地、营业线路车辆荷载等的影响，各个测点在采集数据时会有波动情况出现，对于这些偶然情况引起的沉降幅度变化量，在后期数据处理时进行了副除处理，以避免影响钻孔桩施工对既有营业线路影响的分析工作。钻孔柱施工阶段既有线路基沉降增量变化情况各测点水准仪增量变化整体趋势比较明显，都是在前天钻孔桩施工较为集中的阶段沉降量增长较快，之后沉降逐渐稳定，由于现场施工原因及既有营业线路车辆运营，静力水准仪读数偶有波动。n对邻近既有线路基影响的现场监测研究由于静力水准仪自动监测采集记录数据过多，现采用每天两个固定时间，凌晨和中午的静力水准仪的增量变化作为分析依据。图中纵坐标正数表示测点发生沉降，负数表示测点产生抬高。钻孔桩施工阶段，既有营业线路基沉降增量变化出现波动情况，这一现象的主要影响因素为既有营业线路时常有列车经过，列车经过的动载效应会引起静力水准仪读数的一定波动，可以看出这一影响并不显著。■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■‘■■細。，。，■￡■■法■”■■‘‘‘■“■；对間⑷时闻图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线■■■■■■■■■■■雇￡务。；■车■。，■！■名■■——时时闻⑷图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线n北京交通大学硕士学位论文■■■■￡■■■■■‘■■时间图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线每块以役板所在位置划分区域的钻孔桩施工阶段大约需要十天左右，从图中可以发现，这一阶段中静力水准仪发生稳定的沉降，沉降变化趋势较为明显，但沉降幅度并不显著；当既有营业线路基沉降各测点钻孔桩施工基本完成后，沉降变化趋于稳定，虽然偶有波动，但是由于钻孔桩施工带来的影响基本上不再变化，静力水准仪观测点的沉降变化趋于稳定。由图可以发现，钻孔桩施工过程对既有营业线路的影响趋势较为明显，由于钻孔幵挖等施工过程会引起既有营业线路路基发生一定的沉降变形，但是，总体上来说，钻孔桩施工引起既有线路沉降变形幅度在之间，处于合理沉降变化范围之内，对既有营业线路的安全运营的影响较小。役板基础施工阶段既有线路基沉降增量变化情况搜板基础施工阶段分为基坑开挖，桩头破除，按板基础钢筋绑扎，混凝土绕筑等施工工序，该阶段路基水平位移监测按照各工序时间的先后顺序进行。：‘时闻（天）对聞天）图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线n对邻近既有线路基影响的现场监测研究■—？■■。。■■■时闻夭）时闻天）图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线“八八■§■。时《时天）图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线由图可以看出，搜板基础施工阶段，既有营业线路基沉降的变化趋势表现为曲线波动。通过搜板基础施工阶段对既有线路基水平位移约天的监测，可知各个既有线路基沉降测点的波动幅度并不一致，通过对比各测点的波动幅度，可以看出既有营业线路基沉降的最大波动范围为。沒板基础施工阶段既有营业线路基沉降这种波动性变化主要由于路基试验段校板基础基坑开挖较浅，对既有营业线路基影响较小；施工过程中，既有营业线列车经过时的动载效应对路基沉降变化有一定影响；施工现场的设备移动如：挖掘机的作业，混凝土耀车的作业等，会对路基沉降产生一定的波动性影响。总体沉降变化幅度上不大，处于合理范围内。n北京交通大学硕士学位论文路基填筑阶段既有线路基沉降增量变化情况金温扩能改造路基试验段的路基填筑施工阶段主要施工工序为分层依次进行填料的整平、压实。路基填筑阶段填料一公分五层进行施工，施工时间一般为天左右。由于路基填筑阶段的这一施工特点相当于对既有营业线路基附近土体进行较为稳定的加载过程，可以发现这一阶段既有营业线路基沉降产生了较为明显的沉降变化趋势。由图可以看出，路基填筑阶段，邻近既有营业线路基沉降虽然受到既有营业线列车荷载与现场施工环境等因素的共同影响产生了一定的波动变化，但是既有营业线路基沉降由于路基填筑影响为主表现出总体稳定增大的变化趋势。通过对各路基沉降测点沉降变化量的对比，路基填筑阶段对既有营业线路基沉降影响的最大值为。根据相关规范，路基沉降阶段既有营业线路基沉降变化处于安全范围内。！。？“‘■‘■■■时《天）时間（天）图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线，广■？￥，■时天）时《天）图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线n对邻近既有线路基影响的现场监测研究■■一“■■？‘■■■声激，■■‘■‘‘‘■时簡（天）时闻沃）图测点沉降变化增量曲线图测点沉降变化增量曲线本章小结本章主要介绍了通过现场实际监测的一些列方法，研究钻孔桩施工对邻近既有营业线路附近土体土压力变化、土体水平位移变化和路基沉降变化的影响。通过一系列现场监测工作，分析钻孔桩施工对邻近既有营业线路路基的具体影响情况，并对该影响进行安全评估。首先，通过在现场埋设土压力盒，监测在钻孔桩施工期间对附近土体土压力变化影响情况。通过对所记录的土压力数据分析发现钻孔桩施工期间对于附近土压力有减小的影响情况，但是相对于土体在同样深度的自重应力，该变化幅度仅有，对于实际施工过程中附近土体安全性的影响相对较小，处于合理的安全范围内；在沒板施工阶段过程中，基坑附近土体土压力虽然变化较为明显，但是，施工工序完成后，对于附近土体土压力的总变化量依然较小，且有一定的回弹现象，说明後板施工过程对于附近既有营业线路路基的影响是处于合理范围内。其次，通过现场使用全站仪对施工期间既有营业线路路基的水平位移变化进行监测，研究钻孔桩施工对邻近既有营业线路基的影响。分析数据发现，钻孔桩施工期间，水平位移测点最大位移大约且多出现在钻孔桩施工多的一侧，参照相关规范，该位移影响较小，处于合理范围内，对既有营业线路的影响可以忽略。最后，通过在现场布置静力水准仪对钻孔桩施工期间既有营业线路路基沉降变化的情况进行监测。分析数据可以发现，钻孔桩施工施工期间既有营业线路路基沉降变化范围为。考虑到现场施工环境的复杂与既有营业线路车辆荷载等因素的影响，路基沉降在钻孔桩施工期间的波动性较为明显，但是总体n北京交通大学硕士学位论文沉降趋势平缓且稳定，说明钻孔桩施工期间对既有营业线路路基沉降的影响较小。後板施工阶段既有营业线路基沉降表现出明显的波动性，沉降量总体上没有出现增长的情况。路基填筑阶段，既有营业线路基沉降虽然受到列车荷载、施工环境等因素影响，出现了一定的波动情况，但是总体上收到路基填筑影响路基沉降产生较为稳定的增长。n钻孔桩加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析钻孔被加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析钻孔被施工模拟分析方法建模步驟设置部件在部件中，设置桩体和带有桩孔的土体这两个三维实体部件，开挖前后对截面属性进行修改，开挖前桩身材料赋予地基土的参数，之后应用场变量进行修改。设置材料与截面的属性在属性模块中定义土体和桩体这两种材料，材料参数其中包括相应材料的密度、土体的弹性模量、泊松比，土体的参数还包括内摩擦角、剪胀角、土体的屈服应力和应变；接着设置土体和桩体两种截面属性，并把相应部件赋予对应的截面属性开挖过程中与开挖前，桩体赋予土体截面属性；设置装配在装备功能模块中将桩体与土体两个模型进行装配；定义分析步在分析步功能模块中设置地应力平衡分析步、柱孔开挖的分析步、桩身混凝土绕注的分析步等；设置接触在接触模块中设置柱体侧面与地基土体桩孔侧面、桩体底面与地基土体桩孔底面的接触；对边界条件和载荷进行定义在荷载功能模块中对不同分析步进行设置，定义自重荷载、泥菜荷载、以及设置初始地应力平衡需要的预定义场荷载；接着对相应接触面施加约束；添加边界条件；网格划分在网格划分模块中对模型部件进行网格划分。划分网格的时候，对应力变化小的模型部分将网格划分得稀疏一些，沿栋心纵横两个应力发生较大变化的部分网格划分得密一些；将作业提交分析n北京交通大学硕士学位论文在作业模块中建立一个分析任务，并将这个分析任务提交，接着会对所建立的模型运行计算；结果后处理在可视化模块中对计算结果进行输出、整理。模型的建立及参数的选取有限元模型包含几何模型和材料模型两个部分，模型选用是否合理，不但会影响模拟分析的正确性，还将影响到分析结果的准确性。合理的有限元模型不但要尽可能模拟实际状况下的施工工序，还需要尽可能地反映实际的施工过程中桩和土之间的受力及变形情况，尽量使模拟分析的结果和变化规律与实际情况相符，并能够从中获得一些在实际施工中不能直接得出的结论。几何模型的建立一般分为尺寸的确定、选择单元类型、施加边界条件等几个步骤。本文分析的是单桩的施工过程模拟，对整体模型进行分析，模型釆用的钻孔桩尺寸为桩长，桩径考虑到混凝土烧筑时，驻侧土压力计算的问题，桩长超过的桩侧压力难以通过模拟实现；将土体的尺寸设为：长宽均为，土体高度为，桩底下面土体深度为。桩孔处于土体表面的正中心。整个模型均采用八节点的六面体线性减縮积分单元，模型网格划分如图、、所示。边界条件设置为：模型底面的竖向位移设置约束，即的面上对方向位移进行约束，、方向自由，对模型侧面的水平位移进行约束即与的面上将方向位移进行约束，、方向自由；与的面上将方向位移进行约束，、方向自由：桩侧面和孔壁之间釆取摩擦接触；柱孔底面和土体之间使用绑定约束。■■■】图平面网格划分图图立面网格划分图n钻孔桩加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析图整体网格划分图材料本构模型：成桩后对桩体釆用弹性分析、桩周土体采用弹塑性分析。土体为勾质土，服从屈服准则。考虑到钻孔灌注桩承载力对桩侧土、持力层土、桩身材料的要求，根据相关文献的规定，材料参数的选取如表所示。表桩土材料参数类别弹性模量泊松比重度粘聚力内摩擦角桩土界面°摩擦系数桩——±钻孔被施工过程模拟分析根据建筑桩基技术规范中关于旋挖成孔灌注桩施工过程的规定，钻孔桩的施工中包含许多施工工序，但其中一些施工工序是不能模拟的例如排澄、清孔等。因此，在对钻孔桩施工过程的模拟分析时考虑到分析软件的功能限制，n北京交通大学硕士学位论文以及突出主要施工过程的影响，将钻孔桩施工工序简化为地应力平衡、桩孔幵挖、混凝土淺注、役板基坑开挖等阶段。有限元模拟步骤大致也分为初始地应力计算、桩孔开挖、混凝土饶注、按板基坑开挖，其中桩孔开挖分为若干分析步，淺注与也分为若干分析步，各阶段根据工况进行划分。在桩孔幵挖时要灌入泥装，将泥衆和土体之间的作用简化为在孔壁上施加等效水压力。模拟中的若干假定因为实际的施工过程中的复杂性和软件功能的限制因素，所以在对钻孔桩的实际施工过程中进行一些简化是必不可少的。具体的简化情况如下：假定在混凝土的灌入过程中不发生渗漏情况。在施工过程中不考虑机械设备、场地、人为等因素的影响。每一阶段的桩孔开挖过程中，饶注混凝土都是连续并且为瞬时过程，时间因素对桩孔造成的影响不考虑，粘性土中的非挤土摩擦柱的承载力随时间的变化影响也不考虑，忽略钻孔桩施工过程中和施工完成后承载力的时间效应。草皮、沉澄对桩承载力的影响不考虑，所模拟的钻孔柱施工情况为理想条件下的施工，施工过程中桩孔清理干净，饶注后泥装彻底排出。地下水的影响不考虑。不考虑桩体钢筋笼的影响，在模拟施工过程中不对钢筋笼进行设置，钻孔桩的竖向受载的过程中，钻孔桩身为素混凝土。对于混凝土的硬化过程，一方面由于分析软件的功能限制，对硬化过程中混凝土材料的各项参数的变化的模拟很难实现；另一方面，也缺乏对于混凝土硬化过程中的材料参数变化规律的研究。对于硬化过程中混凝土的弹性模量、泊松比和它们与强度之间的关系的一些研究表明这些参数的变化规律有较大的离散性，而且这些参数的应用范围也很小；并且，在混凝土硬化的早期，尤其是刚径过初凝期的的短时间内，混凝土的各项参数难以测定。除此之外，混凝土在硬化过程中的本构模型不一定是线弹性的，再加上混凝土会在硬化过程中收缩，这些情况通过有限元软件是难以模拟的，因此，本文将硬化过程的模拟略去。拽板基坑的开挖过程，考虑到深度较浅，结合实际施工情况，基坑支护与边坡支护不进行设置。n钻孔桩加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析地应力平衡模拟分析地应力平衡地应力平衡是指当建任何东西或挖任何东西之前，地表的位移都是零，但是土体的应力却存在，这种无位移但有应力的时间点叫地应力平衡。在土体的幵挖计算分析中，地应力场是极其重要的因素，在开挖计算之前，需施加地应力场作为初始应力场。除了基本的线性分析外，在土体的开挖有限元计算中，不同的初始地应力场会导致完全不同的响应结果。在土体的幵挖过程中，随施工进程的变化，幵挖桩孔的形状也在不断发生变化，桩孔的自由面的变化反映了外荷载不断变化。因此，把外荷载的变化过程一次性地加于开挖土体来求响应，跟模拟施工过程分次施加加载获得的响应会完全不同。不同的原因是加载路径的不同会影响开挖土体的响应量，并且施工过程中幵挖桩孔的形式也在发生改变。所以柱孔的开挖过程的仿真计算是一个非线性过程。地应力平衡是为了使数值模型获得一个存在初始应力，而无初始应变的状态，当考虑自重场是产生地应力的主要因素时，显然重力是外力，地应力场是内力，将提取出的内力施加于数值模型后再施加重力，使得内力和外力平衡，从而获得较精确的没有受到人为因素干扰情况下的数值模型的初始状态。初始地应力的模拟分析方法地应力平衡计算的目的是使地基在未受附加荷载作用之前，算出地基土体的初始应力，同时使地基土体的初始应变为零，其地应力状态定义如下：式中：为土体竖向自重应力；、内为水平向自重应力：为静止侧压力系数，为地基土的换算重度；为地基土的深度。按照弹性理论可求得静止土侧压力系数其中为土的泊松比。该方法的具体操作步骤为计算及查看结果。先将模型需要平衡初始地应力的部分加上自重荷载进行计算。查看铅直向应力结果，找出最大值和最小值，并找出各自对应点对应的铅直向坐标。编辑关键字。将，语句写入文件中，位置为模型数据（之后，（历程数据之前。n北京交通大学硕士学位论文为了方便以后开挖的模拟以及在孔壁上施加荷载，初始地应力平衡时所使用的土体模型由两部分组成：（桩周土与地基持力层土；（桩孔内的土。这两部分土体之间是相互独立的，不是像实际中连为一体，在地应力平衡时，将这两部分土单元之间的接触设为摩擦接触。地应力分析结果地基的初始状态应力云图，如图、所示，初始位移云图，如图、所示。在施工前模型存在初始地应力场，但同时施工前模型的各个积分节点处的初始位移为零。一均二憂：■：；？謹圓■：：；：―■—丨制淋隊十取七■丨■■■二图竖向初始地应力云图图竖向初始位移云图圓丨丨丨！；■§昆两网丨■■■■■图水平向初始地应力云图图水平向初始位移云图n钻孔桩加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析从应力和位移云图可以看出，模拟的情况较为理想，初始竖向位移和初始水平向位移均为零，对之后的开挖模拟等步骤提供了良好的数据环境。钻孔被被孔开挖的影响分析施工过程模拟分析桩扎开挖的过程也就是桩孔内土体不断挖出的过程这一过程使得地基土内应力不断释放，同时使地基土内应力重新分布。但在桩孔开挖的同时，要不断地向桩孔内灌入泥裝，泥装也对地基土体应力的变化产生较为明显的影响。泥装的作用主要为稳定孔壁，与此同时，对桩孔附近土体的应力松弛影响也起到减小的作用。通过把泥梁对桩孔附近土体的作用进一步简化成与静水压力相似的作用，泥楽对于孔壁的作用在桩孔深度方向上表现为线性分步布的趋势，按照这一假定被周土体的应力松她与否，可直接通过泥裝的密度、土体的密度、静止侧压力系数和深度等一些参数进行确定，当泥楽对孔壁的压力大于水平向的静止土压力，柱周土体就处于挤压状态反之，就处于松她状态。桩孔开挖过程的水平位移影响分析桩孔幵挖及注入泥菜的施工模拟如下以为例：第一步：将桩孔开挖到处，同时注入泥装。桩孔幵挖利用中生死单元的命令生死单元后，在孔壁施加法向静水压，法向静水压力是泥梁密度的函数，即：式中：为泥衆作用在第一段孔壁上的法向静水压力：为泥装重度，泥装的重度既不能过大过大不但影响挖孔效率，还会影响混凝土饶注质量，也不能过小过小影响孔壁稳定，取饥，为地基土深度，。第一步开挖完成之后，地基土体水平向应力与位移云图如图、所示。n北京交通大学硕士学位论文！！！！平均：邐■疆°■——■■丨■瞧瞧邏，圖圖图第一步水平向地应力云图图第一步水平向位移云图第二步：将桩孔挖到：处同时注入泥装。在第二段孔壁上施加的法向静水压力为第二步开挖完成之后，地基土体水平向应力与水平向位移云图如图、所示。平均：士“卜土⋯士■：■—工—工觸■⋯土一：：！：￥：：：：：：：■■：；厂，！■！—丨不補图第二步水平向地应力云图图第二步水平向位移云图第三步；将桩孔挖到处。同时注入泥装。在第三段孔壁上，施加的法向静水压力为：桩孔底面上的压力为：。。第三步开挖完成之后，地基土体水平向应力与水平向位移云图如图、所示。n钻孔桩加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析‘—！■■——■；■一■：±：：：±：：：：：：：：；：：—眺§：：±：：：：：：：：：：；■■】丨！■■十十■■：：±；：±：瞧讯圓廿汗汗“⋯⋯⋯图第三步水平向地应力云图图第三步水平向位移云图由上述模拟分析结果可以看出，模拟钻孔桩幵挖的过程，地基桩周土体水平向应力略有减小的趋势，地基桩周土体由于桩孔幵挖会产生一定的松弛，因此地基桩周一定范围内土体的水平向位移在整个开挖过程中呈现出增大的趋势。从模拟结果可以看出，该影响作用范围在距离桩心轴线的范围内，最大水平位移变化量约为。水平移交《—■一孔幵挖‘‘“‘一“‘‘‘一”一■‘气孔开挖孔幵挖‘、。，乂义：：！广、入费“钻孔幵■年—孔开挖玄？一、气孔开广、‘！“‘‘‘‘‘土体矩核心距离图距桩心处土体随深度水平位移变化图深度处土体水平位移变化由图、可以看出，钻孔桩钻孔开挖过程中的水平位移随深度和距桩心水平距离的变化趋势。同一深度时，钻孔桩钻孔开挖对附近土体水平位移的影响随距桩心水平距离增大而减小。距桩心水平距离一定时，钻孔桩钻孔开挖对附近土体水平位移的影响随深度的增加呈现出先增大后减小的趋势。通过分析可知钻孔开挖阶段对附近土体的水平位移影响较小，对于桩孔附近土体的水平位移变形影响处于安全范围内。n北京交通大学硕士学位论文被孔开挖竖向位移分析桩孔开挖以及泥装护壁灌注的施工过程中，也会发生桩周土体的竖向位移情况，在实际施工中表现为地表桩周土体的竖向沉降变形。在实际工程中，尤其是在研究钻孔桩施工对既有营业线路影响的过程中，施工期间的钻孔桩附近的地表沉降是相当重要的监测项目，以及评判实际施工过程中钻孔桩施工对既有线路影响大小的重要指标和依据。在模拟桩孔开挖和泥衆护壁灌注的过程中，地基桩周土体与桩孔内的土体采用摩擦接触，与实际情况相比，进行了一定程度上的简化，地基土体在开挖过程中的竖向位移表现趋势有比较直观的反映；从模拟结果来看，桩孔开挖前后的竖向位移变化与水平位移变化相比变化幅度要小，图图显示了桩孔开挖和泥衆护壁灌注前后桩周土体的竖向位移变化情况平均：■■』■挪■丨■睡—””图第一步幵挖土体竖向应力云图图第一步幵挖土体竖向位移云图平均：■■■吗：：；：‘耳■■丨丨為■“■■■十醫一圖■■“，■川丨“，图第二步幵挖土体竖向应力云图图第二步幵挖土体竖向位移云图n钻孔柱加固新线路基对既有线影确的有限元模拟分析平均：■■■■■■■■■■■■■■■■冗迄器“，酬、图第三步幵挖土体竖向应力云图图第三步开挖土体竖向位移云图由图不难看出，钻孔桩桩孔开挖前后地基土体竖向变化幅度较小，位移变化最大位置发生在地基土体表面处，地基土体表面沉降位移最大值约为这一幅度仅为桩孔开挖过程中地基土体水平向位移的一半。所以，可以看出桩孔开挖过程中，对于桩周地基土体位移的影响，水平方向土体位移要比竖向土体位移大。并且，由于桩孔的开挖，一定程度上会引起桩孔底部地基土体轻微回弹现象。孔幵《孔幵《士钻孔幵《▲—、，’！姑孔幵挖泛爱““、—響■■■：装向位移变化地表思被心库离图距被心处土体随深度竖向位移变化图地表土体竖向位移变化由图，可以看出，桩孔开挖对地基附近土体竖向位移影响随施工过程的进行而增大，竖向位移变化幅度随地基土体的深度变化呈现出现增大后减小的趋势，大约在深度为处，地基土体受钻孔开挖引起的水箱位移变化开始快速减小。地表土体的竖向位移变化随远离桩心而减小，呈现出如图所示曲线变化特点。n北京交通大学硕士学位论文钻孔被混凝土淺筑的影响分析施工过程模拟分析为了模拟桩孔内材料由土体变成混凝土材料这一过程，需要在不同的分析步中对材料的参数进行修改，也就是定义场变量。所谓场变量，指的是一个环境变量，它相当于在各个材料参数之间建立了一个中介，虽然不能在不同的分析步中直接指定不同的材料参数值，但是通过场变量，可以间接地实现这一目的。场变量的定义如下：首先，设置两组材料参数，每组材料参与一个场变量值相对应；在分析步中，设置场变量为的值，其格式如下所示设置场变量的编号）—定义的结点集，场变量的值）此时，实现将桩的第一个材料参数陚予了部件模型：第二个分析步中，设置场变量为的值：作用与上一步相同）—此时，实现将桩的第二个材料参数赋予了部件模型；场变量通过编号进行识别，中一次只能对一个场变量进行定义，通过上述定义方法，实现了在不同分析步中对桩孔内材料参数的改变：施工开始前，桩孔内为弹塑性的土体材料，其参数与披侧土体参数相同；绕筑完成后，桩孔内为混凝土材料。混凝土演筑过程的水平位移影响分析混凝土绕注的模拟釆用对桩孔内侧面及底面施加双线性混凝土压力的办法，双线性混凝土压力的模型为：。式中为混凝土对桩孔侧壁的压力，为所绕注的混凝土的深度。混凝土饶注也分三个阶段来模拟，为具体步骤如下同样以，为例：将桩孔段内的泥装换成混凝土，即把此段孔壁及孔底面上作用的泥衆荷载换成流态混凝土荷载。在这一阶段，孔壁上的压力有段上的流态混凝土的压力和在段上泥裝的压力，桩孔侧壁上的压力为：n钻孔桩加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析桩孔底面上的压力为：（在中的载荷模块灌注分析步中设置灌注混凝土的载荷，将上述计算结果输入到载荷分析步中，定义作用时间及位置。当前载荷在本分析步激活，在下一阶段取消。第一步饶注完成之后地基土体水平向应力与水平向位移云图如图、所示。画丨出均：：■‘■“干十■川丨—图第一步烧注土体水平向应力云图图第一步绕注土体水平位移云图第二步灌注过程中将桩孔段内的泥装换成混凝土。在这一阶段，孔壁上的压力有段上的流态混凝土的压力和在段上泥拔的压力，桩孔侧壁上的压力为：桩孔底面上的压力为：价。在中的载荷模块灌注分析步中设置灌注混凝土的载荷，将上述计算结果输入到载荷分析步中，定义作用时间及位置。当前载荷在本分析步激活，在下一阶段取消。第二步绕注完成之后，土体水平向应力与水平向位移云图如图、所不。n北京交通大学硕士学位论文：—————！■！‘：■■應川州料？『冬了下隊■■醫丨■丨明丨■■丨°丨匿圖川丨丨爾川酬棚图第二步烧注土体水平向应力云图图第二步淺注土体水平位移云图第三步灌注过程中将桩孔段内的泥装换成流态混凝土。在这一阶段，孔壁上的压力只有流态混凝土所产生的压力，桩孔侧壁上的压力为：。、桩孔底面上的压力为：。在中的载荷模块灌注分析步中设置灌注混凝土的载荷，将上述计算结果输入到载荷分析步中，定义作用时间及位置。当前载荷在本分析步激活，在下一阶段取消。至此，钻孔桩混凝土饶筑的有限元模拟完成，第三步饶注完成之后，土体水平向应力与水平向位移云图如图、所不‘謹■———勵体寸中■？丨■■“逆图第三步淺注土体水平向应力云图图第三步燒注土体水平位移云图通过以上对钻孔桩混凝土饶注的模拟结果可以看出，随着施工过程的进行，桩侧土体的水平应力不断发生变化，桩孔直径也随之变化；饶注完成后，由于流态混凝土对桩侧土体的挤压，桩孔直径有所扩大；饶注完成后，桩孔周围土体竖n钻孔柱加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析向应力与水平向应力变化相比不是很明显，只是有稍微提高；但是，桩孔底部的土体有向上的位移，这是由于流态混凝土在桩孔底部的竖向应力与土体在此深度处的竖向应力相比较小，从而导致桩孔底部一定程度上的卸载，导致了桩孔底部土体的回弹。，跡广、，■、八一苐三步灌注成理步关注第二步关注宪第三步关注宪‘‘‘‘水平位移化量心水平萬图距桩心处土体随深度水平位移变化图深度处土体水平位移变化由图，可以看出，钻孔桩饶筑过程对附近地基土体的水平位移变化随施工过程的进行而增大。同一深度时，土体的水平位移随距桩心距离的增大的而减小，变化趋势如图所示。孩板基坑开挖的影响分析施工过程模拟分析役板基坑的开挖过程也就是基坑内土体不断挖出的过程。这一过程中，地基土内应力不断释放，同时同时使地基土内应力重新分布。在基坑开挖的的同时，基坑底部土体会由于开挖过程的影响产生一定的基地回弹现象。由于实际施工中基坑深度较浅并未设置支护结构，此处结合工程实际，在不考虑支护影响模拟基坑开挖过程。几何模型采用地基土体模型和基坑内土体模型两部分组成，地基土体模型尺寸为，基坑内土体模型尺寸为基坑土体位于地基土体中心位置。模型均采用八节点六面体线性减缩积分单元，边界条件为：地基土体模型底部竖向位移受到约束，即面上约束向位移，、向可以自由移动；模型侧面水平位移受到约束即与的面上约束向位移，n北京交通大学硕士学位论文、向可以自由移动，与的面上约束向位移，、向可以自由移动：地基土体侧面与基坑土体之间釆用摩擦接触：基坑土体底面与地基土体之间釆用绑定约束。土体材料的本构模型采用模型，土体材料参数与钻孔开挖中土体材料一致。■參图平面网格划分图整体网格划分几何模型网格划分如图、所示。基坑的场边与短边由于受开挖影响会发生较为明显的应力变化，需要进行网格细分处理，以保证模拟计算精度和土体网格划分的连续与收敛。役板基坑幵挖的数值模拟中，为使幵挖前土体应力水平与实际相符需进行地应力平衡设置，设置方法同前所属，设置完成后地基土体初始位移为零，初始应力延伸度呈线性分布。孩板基坑开挖的水平位移影响分析⑴通过，，语句，对模块下关键词进行编辑，完成初始地应力平衡设置。开挖前地基土体初始地应力平衡状态如图所示。由图，可以看出校板基坑开挖前土体的竖向初始位移和水平向初始位移均为零，这一结果与实际情况相符合，初始地应力平衡模拟结果很理想。■n钻孔柱加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析图竖向初始地应力云图图竖向初始位移云图一邏§图水平向初始地应力云图图水平向初始位移力云图筏板基坑开挖过程中对附近土体的水平位移变化主要分为两个两个方向的影响，沿基坑长边方向的水平位移影响，此处简称为纵向水平位移影响，沿基坑短边方向的水平位移影响，此处简称横向水平位移影响。通过分析不难看出，基坑开挖过程中，对纵向水平位移与横向水平位移的影响并不相同，水平位移变化趋势也有着各自的特点，具体影响结果见图：‘“丨咖丨■口■■：！“似％±图纵向水平位移云图图纵向水平应力云图■糾和—■袋！丨■；丨！赚隱丨丨丨阴丨』丨丨丨關而丨川丨丨丨彳丨爪賺丨！丨丨丨丨丨丨丨丨〖丨丨丨丨丨丨图横向水平位移云图图横向水平位移云图由图可以看出，搜板基坑开挖对附近土体的水平位移变化影响与土体方向有关，土体纵向即沿基坑长边方向的水平位移变化明显大于土体的横向水平位移。基坑开挖对附近土体水平位移的这一影响与搜板基坑的平面尺寸有关，以本模型为例，役板基坑尺寸为基坑附近土体纵向水平位移的变化量约为横向水平位移变化量的倍。搜板基坑开挖对附近地基土体的水平位n北京交通大学硕士学位论文移影响主要是由于基坑土体开挖引起地基土体的应力释放，基坑附近地基土体的水平位移变化情况见图。水平位移横水平？？°开《幵幵挖“幵幵幵找￡！、’。图距基坑边缘纵向水平位移变化图距基坑边缘横向水平位移变化由图可以看出，在距离基坑边缘都是的情况下，纵向水平位移的变化幅度为横向的的十倍；虽然在趋势上，纵向和横向水平位移沿土体深度方向上的分布都呈现出先减小后增大的趋势，然而在变化曲线的走势上，纵向水平位移的变化更加接近于线性，而横向水平位移则表现出一定的波动。後板基坑开挖过程中水平位移变化与实测值基本一致，地基土体的水平位移变化处于合理范围。孩板基坑开挖的竖向位移影响分析枝板基坑开挖过程中对附近土体的竖向位移变化的影响，主要表现为基坑附近地基土体的沉降和基坑底面由于地基土体开挖引起应力释放而导致的基底回弹。相对于搜板基坑开挖过程中对附近土体的水平位移影响，竖向位移的变化量较小，基坑附近土体收到开挖引起的沉降变化也较小。“壓，“』」■■‘界山川川川丨丨“丨⋯‘图土体竖向位移云图图土体竖向应力云图n钻孔桩加固新线路基对既有线影响的有限元模拟分析向位移变化■尹‘■￡‘參块爱开舰一开托■图距基坑边缘竖向位移变化图基底竖向位移变化由图可以看出，随着开挖进度的进行，同一深度的地基土体的竖向位移表现出增大的趋势；同一施工过程中，地基土体的竖向位移变化随深度的增加而减小。基坑开挖阶段距基坑边缘处地基土体的竖向位移变化最大值为，与实际监测中相比偏小，考虑到有限元计算过程无法模拟施工现场的复杂环境影响，该竖向位移变化比较合理。由图可以看出，役板基坑的开挖对基地回弹的影响变化近似为线性，主要原因为模拟过程中对于地基土体的模拟采用了简化处理，实际施工现场基底土体回弹在幵挖过程中的表现不仅受到开挖引起的应力释放和土体结构破坏的影响，还会受到场地环境因素的影响，变化趋势应为曲线。基底回弹竖向位移变化约为。後板基坑开挖阶段基底的竖向位移变化随施工过程的进行而逐渐增大，但幅度较小，该变化不会引起基底隆起等较为严重的结果。本章小结本章的主要内容如下：根据实际施工情况结合软件功能，对钻孔灌注桩的施工过程进行了一些简化与假定：在简化与假定的基础上用对钻孔灌注桩的施工过程包括地应力平衡、桩孔开挖和泥奖灌注、混凝土饶注进行模拟；分析了施工过程中桩侧附近地基土体应力变化：分析了钻孔桩施工过程中对附近土体位移变化的影响；结合数值模拟结果分析现场施工发生的一些现象的原因。nn减小钻孔桩加固新线路基施工对邻近既有线影响的措施减小钻孔桩加固新线路基施工对邻近既有线影响的措施钻孔桩施工过程中由于各项施工工序的进行会对邻近既有营业线会产生不同程度的影响。具体表现为邻近既有营业线路基附近土体土压力变化的影响，邻近既有线路基水平位移变化的影响和路基沉降变化的影响。钻孔桩施工对邻近既有线带来的这些影响需要在施工过程中加以控制，保证钻孔桩施工产生的影响控制在合理范围内。邻近既有线钻孔被施工前准备钻孔桩基工程施工前，需要做好施工资料和施工机械设备的准备工作，为保证施工过程的顺利进行做好铺塾。邻近既有营业线钻孔桩桩基施工开始前，需要准备工程所需资料，例如工程水文地质资料，安全控制方案，设计图纸，施工方案，邻近区域的调查资料和施工现场周围环境，主要的施工设备及其配套设施的资料、所需材料的检验报告与配合比资料等；施工所需的机械与设备安排及要求需要根据实际地质条件等情况选择适当的施工机械及其配套设施，在施工前对钻机等设备进行检查与调试。由于邻近既有营业线施工，必须谨慎选择钻机，钻机高度的选择不宜过高，钻机行走系统必须稳定。钻孔被施工过程中的安全控制既有营业线附近的隔离栅栏过渡措施将影响施工的既有营业线防护栅栏暂时改移到既有线路肩外，距外侧钢轨的距离不小于的安全距离。改移点设专职看护人员，严格禁止施工人员上道。首先，釆用临时物理隔离封闭围护需拆除的既有栅栏段，然后改移既有营业线防护栅栏，按照“先防护，后施工”的准则，临时物理隔离防护釆用钢管立柱加立面钢丝网封闭。栅栏高度不小于，且高度基本一致，稳定牢固，不容易发生变形、损坏。改移栅栏时，对危险的区域进行划分，设置蒈戒线，请工务部门派人前往施工现场进行指导改移工作。对地下管线路设置保护措施n北京交通大学硕士学位论文施工前与当地铁路相关工务、电务、信号、通信、给水等部门联系，对地下管线埋设及改迁情况进行确认，以确保不发生疏漏。供电电缆和电气化杆改迁的安全防护措施：施工前由设备产权单位先在既有营业线两侧的适当位置架设两组横梁，把该组横梁抽出。对附加导线进行先期落地过渡处理，在工程完工后及时恢复。在钻孔桩桩基施工开始前，由设施产权相关单位把通信光缆埋入影响施工过程以外的地下，釆用砌砖混凝土和覆盖槽钢进行防护。施工过程中一旦挖出既有营业线相关管线，必须及时和相关部门取得联系，做好抢救措施，保证既有营业线的安全运营。如果对所开挖区域地下管线的调查不能达到清楚明确，在开挖前应釆用人工挖探沟进行勘测，必须使探沟纵横穿越施工所处区域，为使探沟勘测具有代表性，探沟深度应设置在左右。进行管线调查时，必须先依据相关资料信息对地下管线路具体位置、名称、数量等进行探明，如果发现能够改迁的线路及时向相关部门通知以便进行改迁，如果发现暂时不能改迁的，需要暂停施工，等改迁完毕后再进行施工。做好临时管线安全防护措施；如果不需要进行改迁的管线，做好相关管线的安全防护措施，通过相关单位审查，才能进行施工，以保证管线安全。对软弱土层进行换填发现施工区域所处地基承载力不能满足钻机施工行走所需的承载力要求时，需要相关试验室逐段检测施工区域的地基承载力，确定换填处理方案。换填处理后要达到的标准：地基土体密实、平整，不含有草皮和树根等杂物；地基承载力需要达到以上；对地基土体中的坑穴要进行彻底得处理，确保对既有营业线不会构成安全隐患。钻孔被施工机械安全的防护措施在施工前制定专门的应急预案，并按照要求配备足够的人员和物资计划，同时要进行应急预案演练。要随时加强与各方的沟通及汇报工作，既有线施工过程中发生问题要立即报告并按照应急预案尽快组织抢险。对各类施工机械必须进行登记、编号，所有的施工机械都必须做到“一机一人”对应防护措施；现场施工人员必须掌握好设备到既有营业线、接触电网、架空电缆等与施工区域的相对距离，保证施工机械处于安全作业的范围内；大型机械设备参与邻近既有营业线施工时，要制定专项的安全防护施工方案，并严格按照相关按规定审批程序进行上报，直到相关部门审核批准后才能正式进行施工。邻近既有营业线施工的各类大型机械设备的操作人员必须取得相关操作证书，且n减小钻孔桩加固新线路基施工对邻近既有线影响的措施使用的相关设备必须正常运转。施工前必须检查各种机械设备的安全防护措施是否充分，地锚、缆风绳、钻机等设备的连接点是否正确，缆风绳在钻机上的固定位置是否牢固，有效。钻孔桩施工现场的管理与控制措施钻孔桩桩基施工前需相关机械设备产权单位对附加导线进行落地绝缘处理。在钻孔施工时用钢索拉紧钻机，严防钻机倒向铁路。离既有营业线路近的桩基，在钢筋笼吊放的施工作业时，必须在批准的时间段内进行施工，派车站驻站电话员、现场安全员进行小时的安全防护：钻孔施工阶段排出的泥装需要用车及时地拉出，以防邻近既有营业线路基被泡软，从而影响邻近既有营业线路的稳定性。新建线路的基础均为钻孔桩加後板基础，因为部分桩基与触电网和其附加导线的距离较近，在施工过程中存在雨水侵入既有营业线路基本体的隐患，钢筋笼的吊放过程和钻机钻孔施工作业中，存在施工设备倒向邻近既有营业线路的潜在安全隐患，需要采取的防护措施为：在施工现场设置警示告知标识牌，警告标识牌的设置目的是为了警示进入施工现场的管理人员、操作人员，在施工作业期间要时刻注重安全生产，减少对安全生产影响的人为因素，与此同时也是对进入现场的与施工无关人员进行警告的作用。警告标识牌必须设置在施工现场醒目位置处和相关设备之上。钻机设备的安装、就位以及转移等施工过程，首先将各类配件安放至钻孔桩基础的施工区域，钻机的安装等过程必须在指定的区域进行操作。钻机起吊立柱时，必须在吊车的周围设置安全警戒线，必须由安全员在现场监督钻机的安装等操作过程，吊车的操作人员必须持证上岗。在完成设备安装后，由操作熟练经验丰富的人员进行试机。钻孔机进行移位前，需要将钻机上的缆风绳和地锚进行牢固稳定的联接，并且预留出足够的调整长度；对钻机移位的路线进行详细规划，钻机就位以后，使用枕木或者钢板对钻机的底座或支撑面进行支塾，以保证钻机底座之间处于同一水平面上。钻机就位后需要对钻机自身钢丝绳全部进行张紧，以达到钻机的各部位连成一个整体的目的，增强钻机整体的抗倾覆系数。严禁在夜间对钻机进行转场、移机等操作。钻机等设备进行转场时，现场分管的领导、施工现场负责人、技术负责人、领工员、安全员、防护员等相关人员需要同时在场进行把关。钻机等设备移机就位后，必须经过所有在场相关把关人员的检查，确认设施设备处于安全状态，并进行记录。安全控制措施，必须严格按照审查通过的施工方案进行组织实施；严格遵守与各相关设备管理单位签订的安全管理协议和划定的施工界限，必须严格禁止n北京交通大学硕士学位论文任何未经过批准对施工范围进行的调整；严格执行施工进度计划上报的制度，没有施工计划严禁施工，严格禁止冒险蛮干，必须确保施工过程中各项施工工序安全进行；施工前，对现场施工作业人员必须进行邻近既有营业线施工安全知识的学习和教育，并且做好相应学习记录，对学习者需要进行考核，考试合格的人员才能参与邻近既有营业线的施工作业，考试不合格的人员严禁上岗作业；必须紧抓对一线员工的教育工作，尤其是农民工的安全教育，坚持以工种进行划分，开展多层次的安全教育活动，对安全风险和防护知识进行明确阐述，做好施工人员的培训记录，考核合格后才能上岗。安全责任必须真正地落实到每一项工序、每一道环节、每一个岗位上，将压力进行层层传递，把责任进行级级分解，必须切实地做到“安全生产，人人有责”的生产要求。定期进行安全质量检查和安全隐患排査工作时，必须把施工安全作为检查的重中之重，根据施工现场的实际情况进行安全专项检查。邻近既有线施工现场的安全防护管理措施邻近既有营业线路施工的安全防护是安全管理的重要内容，是在施工现场避免出现安全事故的前提，邻近既有营业线路施工现场的安全防护必须引起相关施工人员的重视。如果对安全防护工作不加以重视，就会对邻近既有线路以及新建线路施工带来重大的安全隐患。邻近既有营业线路施工的安全防护对技术性和专业性有较高的要求，邻近既有营业线路施工的安全防护措施主要包括以下几点基坑的防护措施。在邻近既有营业线施工时，基坑处于邻近线路的两侧，为了保证邻近既有营业线路基的稳定，防止基坑塌方而伤到相关工作人员，对基坑护壁和基坑边坡都要进行设置适当的安全防护措施，例如基坑支护、边坡加固等。同时基坑周围要做基坑防护网，以防施工人员或者周围群众意外落入基坑。行车和施工人员安全的防护措施。施工现场必须由相关设备管理单位即路局下属的工务、电务、水电、机务、通信等部门指派专业人员进行防护，除此之外，施工单位还必须在施工区域的两端派遣指定防护人员进行防护，对行车和相关施工人员的安全进行保陣。接触网的防护措施。在邻近既有营业线进行施工作业时，为了避免对接触网的碰撞造成的接触网损坏、电弧误伤人等事故，施工期间必须保证大型机械设备与接触网保持足够的安全距离，严禁施工过程中发生设备侵限。n减小钻孔柱加固新线路基施工对邻近既有线影响的措施钻孔被施工邻近既有线的监测控制措施邻近既有营业线施工前需要做好监测方案，施工中必须按照监测方案进行监测，监测数据应根据规范进行分析并作出评估。沉降值、位移值、受力变化等指标达到规定限制的应进行预警，到达必须进行警戒，做好改进施工工艺和增强防护措施后才能继续施工。监测频次要求钻孔桩施工前，进行测试初始读数。施工时间内观测频次一般情况下观测次，转孔桩施工地段如有异常变形时观测频次提高到观测次；钻孔桩施工完后观测频次一般情况下天不少于次，观测时间不少于天。并按照规范绘制沉降变形监测结果曲线图，随时了解、掌握既有线路稳定情况；监测数据每天点前向供电段、工务段等设备管理部门汇报监测数据，以确保监测数据的及时反馈。当监测发现变形速度异常时，项目部根据施工现场情况暂停施工，继续监测，并将监测情况及时汇报分管领导及相关部门，以便釆取有效的应对措施，异常情况消除后，方可施工。监测精度要求竖向位移采用水准仪监测，应达到二等水准测量标准，测量精度应达到±，读数取至。水平位移釆用全站仪进行监测，利用施工现场稳定的测准基点，采用坐标形式对位移变化进行监控。所有监测数据必须真实准确，清晰记录，不得存在涂改现象；记录数据必须签字齐全。监测数据必须及时录入电脑，校核无误后用计算机进行保存。路基水平位移、沉降监测的控制标准监测过程中，监测报聱一般通过总变化量与变化速率两个指标进行控制，累计变化量一般不能超过设计限值。在既有营业线列车不限速的状况下，路基的水平位移变化量不小于或者累计水平变化不小于时必须即刻停止施工；在既有营业线列车限速的状况下，路基的水平位移变化量不小于，或者累计水平位移变化不小于时必须立即停止施工。n北京交通大学硕士学位论文施工过程中如果发生线路变形、位移较大等现象，监测数据超过了预警指标，要即刻停止施工，同时及时通知相关管理单位、建设单位和监理单位等部门，并且启动相应应急预案。轨道几何状态的监控措施轨道几何参数，包括轨距、水平、前后高低、轨向等指标。在日常施工中，安排线路工作人员每天在天窗时间内，釆用便携式轨检车对邻近既有营业线路轨道参数进行检查，当监测数据超过预警数值时，即刻停止施工，同时及时通知相关管理单位、建设单位和监理单位等部门，并且启动相应应急预案。以养护维修线路轨道的几何尺寸偏差限制的为预警值，超过该限制应预蝥。以养护维修线路轨道的几何尺寸偏差限制的为警戒值，超过警戒值进行瞀戒。轨道几何尺寸偏差限制见表。表轨道几何尺寸偏差限制序号测量项目允许偏差（到水平高低（弦长轨向（弦长本章小结本章主要从多个方面探讨了减小钻孔桩施工对邻近既有营业线影响的措施，其中包括：邻近既有营业线钻孔桩施工前准备工作，钻孔桩施工过程中的安全控制，钻孔桩施工机械安全的防护措施，钻孔桩施工现场的管理与控制措施，邻近既有营业线施工现场的安全防护管理措施和钻孔桩施工邻近既有营业线的监测控制措施。希望对以后的相似工程起到借鉴与参考的作用。n结论与展望结论与展望结论本文通过现场监测试验与有限元模拟相结合的方式详细系统的研究了钻孔桩加固新建铁路路基施工对邻近既有线影响。结合金温扩能改造工程，现场采集了大量施工期间对既有线路基影响的数据，包括钻孔桩附近土体土压力变化的数据、路基在钻孔桩施工期间水平位移变化的数据、路基在钻孔按施工期间沉降变化的数据，并对这些数据进行深入的分析；参考实际情况，使用有限元分析软件对钻孔桩开挖、灌注等过程进行模拟，分析结果发现实际施工中部分现象出现的原因。本文主要得出结论如下：钻孔桩施工期间对于附近土压力有减小的影响情况，但是相对于土体在同样深度的自重应力，该变化幅度仅有，对于实际施工过程中附近土体安全性的影响相对较小，处于安全范围内；在按板基坑施工阶段过程中，基坑附近土体土压力虽然变化较为明显，土压力减少最大值约为，但是施工工序完成后，由于搜板混凝土的淺筑，土压力出现一定的回弹现象，对于附近土体土压力的总变化量影响较小，说明搜板施工过程对于附近既有营业线路路基的影响是处于合理范围内。施工期间，水平位移测点最大位移大约且多出现在钻孔桩施工多的一侧，参照相关规范，该位移影响较小，对既有营业线路路基的影响可以忽略。施工期间既有营业线路路基沉降变化范围为。考虑到现场施工环境的复杂与既有营业线路车辆荷载等因素的影响，路基沉降在钻孔桩施工期间的波动性较为明显，但是总体沉降趋势平缓且稳定，说明钻孔披施工期间对既有营业线路路基沉降的影响较小。模拟实验显示，钻孔柱施工过程中，柱孔附近土体水平向位移变化比竖向位移变化要大；由于土体开挖影响，被孔底部会有一定的回弹现象，类似基坑开挖基地回弹，只是影响幅度要小；钻孔柱混凝土灌注过程由于桩侧土体受到流态混凝土的挤压，实际施工中还会受到土体扰动等影响，孔径会有所扩大，解释了实际灌注过程中有时出现的混凝土超方的现象。n北京交通大学硕士学位论文展望钻孔桩施工对既有营业线路路基影响是一个复杂的空间动态问题，在本次研究中将其视为一个准静态问题来考虑，没有考虑土体结构扰动和孔隙水压力变化等问题，虽然可以近似模拟钻孔幵挖过程，但与实际问题相比，难免存在一定的偏差。当前，钻孔桩施工技术己趋于成熟，但在钻孔桩的研宄方面，仍然有很多工作还需加强：加强理论研宄，尤其是钻孔开挖的应力释放效应的理论分析，深入钻孔桩施工对周围建筑物影响的理论研宄。加强有限元数值模拟在钻孔桩土施工过程研究中的应用，尽可能地模拟实际成桩固结和土体变化，为实际工程提供理论保障。建立完整有效的施工监控体系，增加监测频率，正确处理监控数据，为钻孔桩施工对附近既有建筑影响问题的研宄提供可靠数据，以实际结果带动理论的研宄，也为后续工程提供经验借鉴。n参考文献参考文献郑健中国铁路发展规划与建设实践《城市交通》，许淑珍从高速铁路看中国铁路发展《内江科技》，陶建国，杨洪波邻近既有营业线施工监测技术研宄《企业技术开发》贾广林邻近既有营业线施工零扰动施工技术《山西建筑》，吴恒凯邻近既有营业线钻孔桩施工及安全防护技术《城市建设理论研宄》，王敏特大桥跨越既有线施工方案与安全控制分析《中小企业管理与科技》，蒋庆举岩溶地区邻近既有营业线钻孔桩施工方法《城市建设理论研究》，程学友浅析临近铁路既有线的安全施工技术《科技情报开发与经济》，丨聂永福涂平海邻近既有营业线多点支撑挖孔桩防护施工技术《山西建筑》—工程测量规范—建筑基坑工程监测技术规范沈良帅，贺少辉复杂环境条件跨下穿同一既有地铁隧道的变形控制分析及施工方案优化岩石力学与工程学报，马雪梅，吴锋波，张建全等北京地铁首都机场线东直门站二跨下穿既有折返线变形监测施工技术，，：—张建全地下丁程施丁对地铁既有线变形影响的分析与研宄矿山测量，：一张仲夏，安杭试析桥梁工程钻孔灌注桩施工技术河南科技，胡余勇桥梁钻孔灌注桩施工技术探讨城市建筑范会民陈森钻孔灌注桩施工技术技术与市场，孟会荣，周磊钻孔灌注桩施工技术分析商品混凝土，，姚辉市政桥梁工程基础钻孔灌注桩施工技术经营管理者高建成钻孔桩施工中的问题处理山西建筑：林才奎钻孔灌注桩基的施工探讨西南交通大学，李世京刘小敏杨建林钻孔灌注桩施工技术北京：地质出版社张书刚；钻孔灌注桩质量控制要点与常见事故防治工程建设与设计王家勇钻孔法分析残余应力时应力释放系数的精确计算问题《哈尔滨科学技术大学学报》，周红波钻孔灌注桩竖向荷载试验的数值模拟分析《勘察科学技术》，杨静浅谈公路桥梁钻孔灌注桩的施工特点《科技咨询》，王东浅谈公路桥梁钻孔灌注桩施工技术和质量控制几《工程科技》，年期舒跃飞桥梁工程基础钻孔灌注桩的施工技术分析《经营管理者》，张志大试论钻孔灌注桩施工技术特点与质量《经营管理者》，韦启清谈桥梁钻孔桩施工技术《中小企业管理与科技》，n北京交通大学硕士学位论文洪蔚，栗健，侯世全铁路桥梁灌注桩施工泥浆对环境的影响及防治对策《铁道标准设计》张中亭，丁小学《钻孔灌注桩设计与施工》【】唐仕东钻孔灌注桩施工工艺特点简析《城市建设理论研宄》，，（，，，，，，，—，，，，，，。：，，孙钧，王炳鉴地下结构有限元解析上海：同济大学出版社，赵德安，蔡小林，陈志敏，等侧压力系数对隧道衬砌力学行为的影响分析岩石力学与工程学报，增郝哲，李伟，刘斌韩家岭大跨度隧道幵挖过程数值模拟研宄西部探矿工程，胡庆安，崔刚，蒋丽君空间反向荷载法模拟險道开挖隧道建设，—徐林生，孙钧，蒋树屏洋碰隧道工法施工过程的动态仿真数值模拟研宄地质灾害与环境保护，n参考文献蒯行成，刘伟纲，任毕乔，官邑初应力法模拟隧道开挖过程的有限元原理及列式《中南公路工程》’：梁海波等快速拉格朗日差分法及其应用红河水，陈敏华陈增新张长生在基坑开挖分析中的应用岩土工程学报谢和平、周宏伟、王金安、李隆忠岩石力学与工程学报赵少飞，栾茂田，范庆来，吕爱钟，袁凡凡非均质地基承载力及破坏模式的数值分析岩土力学一———王泳嘉，离散元法一种适用于节理岩石力学分析的数值方法齐念，叶继红基于离散元法的杆系结构几何非线性大变形分析东南大学学报贺续文，刘忠，廖彪，王翠翠基于离散元法的节理岩体边坡稳定性分析岩土力学，：胡威东离散单元法在岩石隧道开挖中的应用研宄西南交通大学王术江，林波，等开挖处理的虚拟单元广义初应力法及应用土木基础，，卓敏桥下软土地基上临时堆载对桩基的影响工程建设李果刘士洋隧道施工临时弃渣堆载与车辆荷载同时作用对桩的影响分析城市建设理论研宄谈金忠汤国毅，倪秀平陈新华软土深基坑变形与控制技术初探谈地质学刊，，石钰锋，宁锐，张学民，阳军生列车动载影响下偏压地铁基坑稳定性分析铁道标准设计张自力列车动载作用下偏压基坑围护结构的动力响应分析振动与击简艳春软土基坑变形估算及其影响因素研宄南京：河海大学，】，刘建航，软土基坑工程中时空致应理恰与实线（下）《地下工程与隧道》罗锟，雷晓燕沪宁城际铁路基坑幵挖对既有线动态影响分析斤铁道工程学报陈恒刚邻近既有营业线的地道软土深基坑支护技术岩土工程铁道建筑技术n北京交通大学硕士学位论文张宇，旭基。基坑开挖对其邻近桩复合地基铁路影响的数值模拟黄石理工学院学报，：n作者简历作者简历李番，男，汉族，山西人。教育经历：年月一年月太原理工大学建筑与土木工程学院，工学学士。年月一年月北京交通大学土木与建筑工程学院，工学硕士。nn独创性声明独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宂所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字曰期：年月曰nn学位论文数据集学位论文数据集表数据集页关键词密级中图分类号论文资助邻近既有线；钻公开孔桩施工；路基沉降分析；有限元分析；现场监学位授予单位名称学位授予单位学位类别学位级别北京交通大学工学硕士论文题名并列题名论文语种—钻孔桩加固新建铁路路基施工对临近既有线影响研，作者姓名李番学号培养单位名称培养单位代码养单位地址邮编—北京交通大学北京市海淀区西直门外上园村学科专业研宄方向学位授予年桥梁与隧道工程桥梁理论研宄与年年应用论文提交日期年月日导师姓名卢文良职称副教授评阅人答辩委员会主席答辩委员会成员齐梅兰杜进生雷俊卿电子版论文提交格式文本（）图像（）视频（）音频（）多媒体（）其他（）推荐格式：；电子版论文出版（发布）者电子版论文出版（发布）地权限声明论文总页数共项，其中带为必填数据，为项。