3.3 高架桥桩基桩端应力分析 高架桥桩基桩端应力变化规律如图 5 所示。
从图 5 中可以看出，桩基桩端应力随施工的进行呈逐渐递增趋势。左洞右幅施工，桩基 1 的桩端应力递增幅度较大，递增量可达 0.570 MPa，占整个递增量的 57%。后继施工中，桩基 1 桩端应力变化幅度较小，平均每步递增量仅为 0.026 MPa，最终施工完毕后，桩基 1 桩端最大应力为 3.620 MPa。由广州市轨道交通五号线详细勘测阶段岩土工程参数建议值表提供的高架桥桩基桩端围岩的承载力标准值为 3.100 MPa 可以得出：桩基 1 桩端围岩的承载力不足，由于桩基底端位于粉砂岩中风化层中，其岩石相对比较坚硬，且桩基埋深较大，无法对桩基底端围岩进行加固处理[10，11]。因此，建议采用隧道洞内加固和桩周土体联合加固的方法来控制桩端应力。桩基 2 的桩端应力在前 5 步施工中变化较大，平均每步变化幅度为 0.103 MPa，最终状态下的桩端应力超过了岩石的承载力标准值，也需要采用预加固措施，才能保证桩基和上部结构的安全。从图 5(b)中也可以看出，桩端应力呈对称分布，中间大两端小。4 人行桥桩基计算结果4.1 人行桥桩基内力及安全系数分析人行桥桩基轴力及安全系数变化规律如图 6 所示。
人行桥桩基轴力随施工基本上没有发生变化，最大轴力为－462 kN，且轴力分布为上端大下端小，受力模式为摩擦桩。人行桥桩基顶部荷载主要由桩周摩擦力来平衡，这就有必要研究桩周摩阻力随隧道开挖过程的变化情况，以确定对既有人行桥桩基采用何种加固措施，才能确保人行天桥的安全。4.2 人行桥桩基位移分析 人行桥桩基位移变化规律如图 7 所示。
人行桥桩基最大侧向位移为 2.75 mm，且在左洞右幅施工达到最大，发生在桩顶。后继施工中，侧向位移又开始回落，最终侧向位移仅为 1.00 mm，人行桥桩基发生的是整体倾斜，倾斜率为 0.14‰，左洞上半部右幅施工和左洞临时支护拆除对人行桥桩基的纵向位移影响较大，平均每步变化幅度为5.00 mm，此施工期间发生的纵向位移占最终位移量的 65%。通过以上分析可以得出，左洞右幅施工和左洞临时支护拆除是人行桥桩基位移变化剧烈的关键工序。4.3 人行桥桩基桩周土体剪应力分析 人行桥桩基桩周土体剪应力变化规律如图 8 所示。
人行桥桩基桩周土体剪应力随施工的进行呈递增趋势。左洞上半部施工，桩周土体剪应力递增幅度较大，平均每步递增量可达 2.2 kPa，此施工期间的递增量占整个递增量的 80%多，是人行桥桩基桩周土体剪应力递增幅度较大的关键工序；最终施工完毕后，桩周土体剪应力为 78.0 kPa。由广州地铁五号线详细勘测阶段岩土工程参数建议值表提供的桩周土体剪应力标准值为 30.0 kPa，计算得出的桩周土体剪应力均大于土体剪应力标准值。因此，必须扩大左洞洞周加固范围，确保人行天桥的安全。从图 8(b)中可以看出，桩周土体剪应力是两端大中间小的分布特性。5 结 论 针对广州地铁五号线西村站暗挖隧道的设计和施工方案，进行了有限元数值模拟分析，论证了地铁车站暗挖隧道施工过程中，其附近既有桩基的受力特性及位移变化规律，提出了相应的施工关键工序，供设计和施工参考。由此可得出如下主要结论： (1) 在隧道施工过程中，桩侧摩阻力呈负摩阻力状态，对桩基的受力非常不利，必须采用有效措施减小桩侧的负摩阻力效应，提高桩体的承载能力。 (2) 高架桥桩基最薄弱的部位出现在底端以上10 m 处，最小安全系数仅为 4.7，与初始安全系数相比，降低了 40%，相应的桩基承载能力就降低40%，故需注意关键工序的施工；桩基 1 最大轴力为－3 978 kN，同比递增了 20%，最大弯矩为－588kN·m，递增了 1.8 倍多；桩基 2 最大轴力为－3 906kN，同比递增了 30%，最大弯矩为 526 kN·m，递增了 2 倍多；中洞、左洞临时支护拆除是高架桥桩基安全性降低的关键工序。 (3) 在中洞、左洞施工期间，高架桥桩基发生了整体倾斜，最大倾斜量可达 3.8 mm，右洞施工期间，侧向位移虽没有较大变化，但由整体倾斜过渡到屈曲变形，这种变形模式对桩基的受力是不利的；高架桥桩基纵向位移比较小，但两桩基的不均匀沉降会导致上部结构的应力重分布，出现应力集中现象，最大沉降差为 2 mm。 (4) 高架桥桩基属于端承桩，桩端围岩将承受绝大部分的桥梁荷载。计算结果表明，桩端围岩承载力不足，由于桩基底端位于粉砂岩中风化层中，其岩石相对比较坚硬，且桩基埋深较大，无法对桩基底端围岩进行加固处理，建议采用隧道洞内加固和桩周土体联合加固的方法来控制桩端应力。 (5) 人行桥桩基内力变化较小，从内力分布来看，人行桥桩基属于摩擦桩，其上部荷载主要由桩周土体剪应力来平衡。计算结果表明，桩周土体剪应力标准值小于计算剪应力。因此，在隧道施工之前，必须对人行桥桩基桩周土体进行预加固处理。 (6) 人行桥桩基发生的是整体倾斜，倾斜率为0.14‰；人行桥桩基纵向位移较大，特别是左洞上半部右幅施工和左洞临时支护拆除对人行桥桩基的纵向位移影响较大，为了保证人行桥桩基上部结构的安全，需要扩展左洞拱部洞内加固的范围。参考文献(References)：[1] 张志强，何 川. 地铁盾构隧道近接桩基的施工力学行为研究[J].铁道学报，2003，25(1)：92–95.(Zhang Zhiqiang，He Chuan. Research on mechanics behaviour of a shield tunnel construction in metro adjacent to existing pile foundation[J]. Journal of the China Railway Society，2003，25(1)：92–95.(in Chinese))[2] 林 刚，何 川. 盾构隧道基础上修建三连拱地铁车站结构参数研究[J]. 铁道学报，2003，25(6)：93–98.(Lin Gang，He Chuan. Study on structural parameters of the three arch metro station built on the basis of shield tunnels[J]. Journal of the China Railway Society，2003， 25(6)：93–98.(in Chinese))[3] 关宝树. 隧道工程施工要点集[M]. 北京：人民交通出版社，2003.(Guan Baoshu. Experience of Tunneling Construction[M].Beijing：China Communications Press，2003.(in Chinese))[4] 李 强，王明年. 浅埋隧道近接施工地表沉降有限元分析[J]. 四川建筑，2004，24(1)：98–101.(Li Qiang，Wang Mingnian. FEM on grout surface settlement of shallow adjacent tunnel[J]. Sichuan Architecture，2004，24(1)：98–101.(in Chinese))[5] 中华人民共和国行业标准编写组. 铁路隧道喷锚构筑法技术规则(TBJ108–92)[S]. 北京：中国铁道出版社，1992.(The ProfessionalStandards Compilation Group of People′s Republic of China.Technical Regulation for Armour Sprouting Construction of Railway Tunnel(TBJ108–92)[S]. Beijing：China Railway Publishing House，1992.(in Chinese))[6] 中华人民共和国行业标准编写组. 铁路隧道设计规范(TB10003–2004)[S]. 北京：中国铁道出版社，2004.(The Professional StandardCompilation Group of People′s Republic of China. Code for Design ofRailway Tunnel(TB10003 – 2004)[S]. Beijing ： China RailwayPublishing House，2004.(in Chinese))[7] 李 围，何 川. 盾构隧道基础上修建三条平行隧道地铁车站的施工力学行为研究[J]. 现代隧道技术，2004，41(1)：5–9.(Li Wei，He Chuan. Study on the mechanical behavior of a metro station withthree parallel tubes[J]. Modern Tunnelling Technology，2004，41(1)：5–9.(in Chinese))[8] Itasca Consulting Group Inc.. Fast Lagrangian analysis of continua in three-dimensional version 2.0[R]. [s. l. ]：Itasca Consulting Group Inc.，1997.[9] 彭卫平，廖建三. 广州地区建筑桩基设计参数分析与选取[J]. 岩石力学与工程学报，2004，23(6)：1 032–1 036.(Peng Weiping，Liao Jiansan. Analysis and selection of building pile design parameter in Guangzhou[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2004，23(6)：1 032–1 036.(in Chinese))[10] 中华人民共和国行业标准编写组. 建筑桩基技术规范(JGJ94–94)[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 1995.(The Professional Standards Compilation Group of People′s Republic of China. Code for Technics of Pile Foundation Work(JGJ94–94)[S]. Beijing：China Architecture and Building Press，1995.(in Chinese))[11] 中华人民共和国行业标准编写组. 建筑地基基础设计规范(DBJ15–3–91)[S]. 北京：中国建筑工业出版社，1991.(The ProfessionalStandards Compilation Group of People′s Republic of China. Code forDesign of Building Foundation(DBJ15–3–91)[S]. Beijing：China Architecture and Building Press，1991.(in Chinese))[12] 施景勋，叶国琛. 匀质地基中桩土间力传递的边界元模拟[J]. 岩土工程学报，1994，16(6)：64–71.(Shi Jingxun，Ye Guochen. Boundaryelement method in analogue for the process of forces transmission between pile and soil in homogeneous foundation[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，1994，16(6)：64–71.(in Chinese))[13] 张素情，侍 倩. 桩侧负摩阻力的有关研究[J]. 建筑技术开发，2004，31(4)：23–25.(Zhang Suqing，Shi Qian. Study on the negative skin friction of pile shaft[J]. Building Technique Development，2004，31(4)：23–25.(in Chinese))
