CN106066920A - 上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法，首先，利用FLAC 3D有限差分软件，对承受荷载的托换桩基模型进行模拟，分析其沉降以及变形规律，然后针对桩基托换后重叠隧道开挖的过程，模拟盾构法重叠隧道开挖，分析其对地表沉降以及桩基位移应力的影响，接着对开挖顺序、隧道间距以及托换桩基的深埋、桩径、间距各个物理参数做单因素分析对比，分析不同因素对托换桩基的影响，最后得出相应的模拟数值以及桩基沉降和变形趋势。本发明具有创新意义，准确性较高，拥有广泛的工程应用前景。

Description

上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法

技术领域

本发明涉及上下重叠隧道盾构施工桩基托换技术领域，尤其是指一种上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法。

背景技术

地铁隧道开挖的方法有很多种，其中常用的一种方法就是盾构法。隧道盾构法开挖是指大型盾构机在刚外壳的保护下，利用开挖面刀盘在设计隧道开挖线上对岩土进行挖掘，同时在盾构机后方形成衬砌结构支护已挖隧道，并通过顶推力装置不断向前安全推进的开挖方法。

在建筑工程中，如果建筑物的桩基的承载力不能满足要求时，为了保证建(构)筑物的安全使用，往往需要对建筑物的地基进行加固或者对既有桩基进行改造。桩基托换技术就是一种发展得比较成熟的原桩基改造技术。桩基托换即利用新的桩基替代原桩基，承担上部结构传来的荷载并将其传到地基中。新加托换桩的结构形式合理，能够满足承载力要求，但托换效果一定程度上受到工艺水平的制约。

对于大部分的数值模拟都是建立在简单的二维模型的基础之上，而开挖过程是一个复杂的三维问题，不仅对横向地表产生影响，对隧道开挖方向的纵向地表同样有一定的影响，且三维模型更能模拟桩土之间的相互作用以及盾构过程。目前隧道影响的研究主要还是针对地表沉降的影响研究，对于建筑物存在的情况以及桩基的影响研究较少，且在实际工程中，盾构开挖对附近桩基造成的影响并没有大量的实际测量，而模型实验法所模拟的通常为平面应变的力学模型，目前的数值分析法一般都是采用分布式的方法进行模拟，不能较为真实的模拟桩土共同作用。国内外已经有许多桩基托换原有桩基的情况下，再进行隧道开挖的工程案例，但对于双孔重叠隧道施工对托换桩基的影响研究还是比较少，且主要还是依靠前人的经验以及工程类比法进行模拟施工。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法，具有创新意义，准确性较高，拥有广泛的工程应用前景。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法，首先，利用FLAC 3D有限差分软件，对承受荷载的托换桩基模型进行模拟，分析其沉降以及变形规律，然后针对桩基托换后重叠隧道开挖的过程，模拟盾构法重叠隧道开挖，分析其对地表沉降以及桩基位移应力的影响，接着对开挖顺序、隧道间距以及托换桩基的深埋、桩径、间距各个物理参数做单因素分析对比，分析不同因素对托换桩基的影响，最后得出相应的模拟数值以及桩基沉降和变形趋势；其具体包括以下步骤：

1)三维数值模型的建立

1.1)土层几何模型的建立

根据土层的分层可知，整个土层的地层模型分为5层，隧道开挖对周围土体的影响的范围为到隧道中心距离的3～5倍的隧道直径，在3倍的隧道直径内的土体受开挖影响的应力变化范围为10％以内，当扩大到5倍距离时影响效果为3％以下；建模时，预设开挖土层的纵横尺寸，Y方向为隧道的开挖方向，Z轴方向表示为土层的深度，通过FLAC 3D建立土层几何模型，把整个模型的区域分有所需的网格节点和网格；

1.2)初始边界条件的确定

对于模型的边界条件，将模型底部以及四周的边界设为简支边界，通过FLAC 3D有限差分软件中的fix命令进行边界固定；

2)初始应力的模拟

利用SET grav命令对地层设置重力，对于地层的初始应力，包括竖向的应力σ_z，以及水平的应力σ_x和σ_y：

σ_z＝σ₀+∑γ_ih_i

σ_x＝σ_y＝K₀σ_z

其中：

σ₀—地表面的超载应力

γ_i—第i层土的重度

h_i—第i层土的厚度

K₀—土层静止时的土压力系数

土压力的梯度用grad表示，计算如下：

$grad=\frac{{\mathrm{\σ}}_0-{\mathrm{\σ}}_1}{h}$

其中:

σ₁—地底层应力

h—地层高度；

3)托换桩基模型的建立

将托换桩基简化为托换梁以及托换桩基两部分，且无缝相连，两者的本构关系采用FLAC 3D中的各向同性的弹性模型；托换桩基模型建立完毕后，直接将托换桩基安放于土体模型中央；由于桩基深埋已经嵌入质地较为坚硬的微风化土层，桩基底部的基础围岩强度较高，此时，视桩基为端承桩，忽略桩基周围土体对桩基的侧摩阻力；

4)初始模型的平衡

根据上述给定的初始应力以及边界条件，通过使用程序中的SOLVE命令来使地层的初始状态达到平衡，即使每个网格节点的应力位移接近于零；

5)重叠隧道盾构开挖施工，包括以下步骤：

5.1)在开挖之前需要对盾构开挖的前一步进行超前支护，利用shell单元进行模拟支护单元；

5.2)盾构机开挖是逐步往前开挖，开挖面从y＝0处开始，每步开挖设定的衬砌单元，利用null单元进行隧道开挖；

5.3)开挖完第一步后，对第二步进行开挖，同样在前方一步模拟超前支护，此时，拆除后方的超前支护，同时铺上混凝土衬砌以及注浆层；

5.4)反复以上过程，直到开挖完毕，然后进行另一隧道的开挖过程；

6)经验修正公式对地表沉降的验证

利用Peck修正公式法，验证模拟重叠隧道开挖对地表沉降影响的合理性，由叠加原理可知：两个不同深度隧道开挖所造成的地表影响为它们各自影响之和：

${\mathrm{\Ω}}_{z1}^{z2}({\mathrm{nW}}_1+W_2)\≈{\mathrm{n\Ω}}_{z1}^{z2}{W}_1+{\mathrm{\Ω}}_{z1}^{z2}{W}_2$

重叠隧道造成的地表沉降W(x,y)为：

W(x,y)≈W₁(x,y)+W₂(x,y)

—地表沉降算子

W₁(x,y)—上线隧道开挖造成的地表沉降

W₂(x,y)—下线隧道开挖造成的地表沉降

上下重叠隧道的Peck修正公式为：

$S_{(1,2)}=S_{1max}\·\exp (-\frac{x^2}{2i_1^2})+S_{2max}\·\exp (-\frac{x^2}{2i_2^2})$

$S_{1max}=\frac{V_{i1}}{i_1\sqrt{2\mathrm{\π}}}\≈\frac{V_{i1}}{2.5i_1}$

$S_{2max}=\frac{V_{i2}}{i_2\sqrt{2\mathrm{\π}}}\≈\frac{V_{i2}}{2.5i_2}$

V_i＝V_LπR²

其中：

S_(1,2)—上下线隧道开挖对地表引起的沉降值

V_i1—上线隧道开挖单位长度的地层损失

V_i2—下线隧道开挖单位长度的地层损失

S_1max—上线隧道轴线地表处的最大沉降值

S_2max—下线隧道轴线地表处的最大沉降值

i₁—上线隧道开挖的地表沉降的宽度系数

i₂—下线隧道开挖的地表沉降的宽度系数

Z—隧道深埋

φ—土体的内摩擦角

R—隧道半径

V_L—地层体积损失率

桩基受到承台梁的荷载传递，发生了弯曲变形，然后进行了重叠隧道先后顺序的开挖，在隧道开挖完成后，桩土发生了位移变形，托换桩基的荷载以及结构呈对称性，故以右侧桩基的受力变形进行数值分析，数值模拟分别记录当托换桩基完成后、上线隧道开挖后、重叠隧道开挖完毕对不同深埋处桩基沉降的影响；

7)不同参数对桩基的影响规律

根据前面建立的桩土模型，研究不同因素对桩基位移和应力的影响，主要从开挖顺序、隧道间距、桩基间距、桩基长细比这些因素入手，对重叠隧道开挖引起的桩基位移和应力的影响进行分析，以得出不同参数对桩基的影响规律。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

在研究技术中，主要利用有限差分法进行模拟。在计算机的帮助下，能够模拟各种不同工况下的开挖情况，对一些实际工程中难以检测到的地层变形以及桩基的应力和位移可以得到有效分析。且可以在不同工况下，对比托换桩基的内力以及位移，从而较为直观地分析影响因素。

附图说明

图1a为托换桩基竖向位移图。

图1b为托换桩基水平位移图。

图2a为上线隧道开挖横向地表沉降槽。

图2b为最大不均匀横向地表沉降槽。

图2c为上线隧道开挖完成后的横向地表沉降槽。

图2d为重叠隧道开挖完成后的横向地表沉降槽。

图3a为隧道施工对桩基竖向位移的影响。

图3b为隧道施工对桩基水平位移的影响。

图3c为隧道施工对桩基轴向应力的影响。

图4a为隧道施工顺序对桩基竖向位移的影响。

图4b为隧道施工顺序对桩基水平位移的影响。

图4c为隧道施工顺序对桩基轴向应力的影响。

图4d为隧道间距对桩基竖向位移的影响。

图4e为隧道间距对桩基水平位移的影响。

图4f为隧道间距对桩基轴向应力的影响。

图5a为桩基不同间距对桩基竖向位移的影响。

图5b为桩基不同间距对桩基水平位移的影响。

图5c为桩基不同间距对桩基轴向应力的影响。

图5d为桩基长度对桩基竖向位移的影响。

图5e为桩基长度对桩基水平位移的影响。

图5f为桩基长度对桩基轴向应力的影响。

图5g为桩径对桩基竖向位移的影响。

图5h为桩径对桩基水平位移的影响。

图5i为桩径对桩基轴向应力的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述的上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法，具体是：首先，利用FLAC 3D有限差分软件，对承受荷载的托换桩基模型进行模拟，分析其沉降以及变形规律，然后针对桩基托换后重叠隧道开挖的过程，模拟盾构法重叠隧道开挖，分析其对地表沉降以及桩基位移应力的影响，接着对开挖顺序、隧道间距以及托换桩基的深埋、桩径、间距各个物理参数做单因素分析对比，分析不同因素对托换桩基的影响，最后得出相应的模拟数值以及桩基沉降和变形趋势。其具体包括以下步骤：

1.三维数值模型的建立

1.1.土层几何模型的建立

根据土层的分层可知，整个土层的地层模型分为5层，隧道开挖对周围土体的影响的范围一般为到隧道中心距离的3～5倍的隧道直径，在3倍的隧道直径内的土体受开挖影响的应力变化范围一般为10％以内，当扩大到5倍距离时影响效果为3％以下。同时考虑为了减少模型大小对于计算速度的影响，故假设开挖土层的纵横尺寸为50m，Y方向为隧道的开挖方向。Z轴方向表示为土层的深度，深度为50m。通过FLAC 3D建立土层几何模型，把整个模型的区域分为81755个网格节点以及80556个网格。其中，为了便于隧道的开挖和土层参数的赋值，在建立模型的过程中利用group命令进行分组。托换桩基的材料参数如下表所示。

1.2.初始边界条件的确定

隧道深埋较浅，同时为了方便建模，因此不必考虑地层的构造应力，只需要考虑地层的应力以及自重来使地层达到平衡状态。对于模型的边界条件，将模型底部以及四周的边界设为简支边界，通过FLAC 3D中的fix命令进行边界固定。

2.初始应力的模拟

对地层的应力，忽略土层的孔隙水压力，只需对地层赋值重力。利用SET grav命令对地层设置重力，系统会将体力赋值在网格周围材料上，如果没有设置初始应力，重力就会使模型发生移动，直到模型的反作用力达到平衡。所以，这样会使系统需要运行一定步数才能达到平衡，效率较为低下。

对于地层的初始应力，一般包括竖向的应力σ_z，以及水平的应力σ_x和σ_y：

σ_z＝σ₀+∑γ_ih_i (1)

σ_x＝σ_y＝K₀σ_z (2)

其中：

σ₀—地表面的超载应力(KPa)

γ_i—第i层土的重度(KN/)

h_i—第i层土的厚度(m)

K₀—土层静止时的土压力系数

模型中涉及的土层一般重度为18～25KN/mm²，对每一层的土重度取22KN/mm²，地表应力为零，而坐标为零处为地表以下-17m处，所以地层坐标为零处的Z方向的渐变应力为：

σ_z＝σ₀+γh＝-17×22KN/m³＝-374KPa (3)

其中负号表示为压应力。

对于x和y方向的应力，这里取静止时土压力的系K₀为0.5。地层坐标为零处的x、y方向的渐变应力为：

σ_x＝K₀σ_z＝0.5×374＝-187KPa (4)

σ_y＝K₀σ_z＝0.5×374＝-187KPa (5)

土压力的梯度用grad表示，计算如下：

$grad=\frac{{\mathrm{\σ}}_0-{\mathrm{\σ}}_1}{h}---\left(6\right)$

其中:

σ₁—地底层应力

h—地层高度

由式(3)得到地层底部Z方向的应力为：

σ₁＝σ₀+γh＝-1100KPa (7)

由式(6)得到Z方向的应力σ_z的应力梯度为：

$grad=\frac{{\mathrm{\σ}}_0-{\mathrm{\σ}}_1}{h}=2.2KPa/m---\left(8\right)$

土体一般都接近于塑性形态，在本方法中，采用摩尔库伦(Mohr-Coulomb)模型作为本构模型。

3.托换桩基模型的建立

将托换桩基简化为托换梁以及托换桩基两部分，且无缝相连。两者的本构关系采用FLAC 3D中的各向同性的弹性模型。托换桩基模型建立完毕后，直接将托换桩基安放于土体模型中央。由于桩基深埋已经嵌入质地较为坚硬的微风化土层，桩基底部的基础围岩强度较高，此时，可以视桩基为端承桩，忽略桩基周围土体对桩基的侧摩阻力。

4.初始模型的平衡

在分析模型的具体工程实例之前，FLAC 3D模型必须达到初始应力的平衡状态。根据上述给定的初始应力以及边界条件，通过使用程序中的SOLVE命令来使地层的初始状态达到平衡，即使每个网格节点的应力位移接近于零。当不平衡力和加载力的比值相对较小时，则认为系统达到了平衡，一般平衡的比率为1％。

5.重叠隧道盾构开挖施工

采用双洞重叠式盾构开挖，上线隧道线的中心距离地表17米，下线隧道线中心距离地表29米。两隧道重叠平行，盾构外径为6米，衬砌内径为5.4m，隧道间的距离为一倍隧道直径。采用先后开挖的过程，先进行上线隧道的开挖，待开挖完毕后再进行下线隧道的开挖。支护材料参数如下表所示：

具体的开挖方案如下：

5.1.在开挖之前需要对盾构开挖的前一步进行超前支护，利用shell单元进行模拟支护单元。

5.2.盾构机开挖是逐步往前开挖，开挖面从y＝0处开始，每步开挖2个衬砌单元，即2m。一共25步，利用null单元进行隧道开挖。

5.3.开挖完第一步后，对第二步进行开挖，同样在前方一步模拟超前支护。此时，拆除后方的超前支护，同时铺上混凝土衬砌以及注浆层。

5.4.反复以上过程，直到开挖完毕，然后进行另一隧道的开挖过程。

6.经验修正公式对地表沉降的验证

利用Peck修正公式法，验证本次模拟深圳重叠隧道开挖对地表沉降影响的合理性。由叠加原理可知：两个不同深度隧道开挖所造成的地表影响为它们各自影响之和：

${\mathrm{\Ω}}_{z1}^{z2}({\mathrm{nW}}_1+W_2)\≈{\mathrm{n\Ω}}_{z1}^{z2}{W}_1+{\mathrm{\Ω}}_{z1}^{z2}{W}_2---\left(9\right)$

重叠隧道造成的地表沉降W(x,y)为：

W(x,y)≈W₁(x,y)+W₂(x,y) (10)

—地表沉降算子

W₁(x,y)—上线隧道开挖造成的地表沉降

W₂(x,y)—下线隧道开挖造成的地表沉降

上下重叠隧道的Peck修正公式为：

$S_{(1,2)}=S_{1max}\·\exp (-\frac{x^2}{2i_1^2})+S_{2max}\·\exp (-\frac{x^2}{2i_2^2})---\left(11\right)$

$S_{1max}=\frac{V_{i1}}{i_1\sqrt{2\mathrm{\π}}}\≈\frac{V_{i1}}{2.5i_1}---\left(12\right)$

$S_{2max}=\frac{V_{i2}}{i_2\sqrt{2\mathrm{\π}}}\≈\frac{V_{i2}}{2.5i_2}---\left(13\right)$

V_i＝V_LπR² (15)

其中：

S_(1,2)—上下线隧道开挖对地表引起的沉降值

V_i1—上线隧道开挖单位长度的地层损失

V_i2—下线隧道开挖单位长度的地层损失

S_1max—上线隧道轴线地表处的最大沉降值

S_2max—下线隧道轴线地表处的最大沉降值

i₁—上线隧道开挖的地表沉降的宽度系数

i₂—下线隧道开挖的地表沉降的宽度系数

Z—隧道深埋

φ—土体的内摩擦角

R—隧道半径

V_L—地层体积损失率

桩基受到承台梁的荷载传递，发生了轻微的弯曲变形，然后进行了重叠隧道先后顺序的开挖。在隧道开挖完成后，桩土发生了位移变形。托换桩基的荷载以及结构呈对称性，故以右侧桩基的受力变形进行数值分析。数值模拟分别记录当托换桩基完成后、上线隧道开挖后、重叠隧道开挖完毕对不同深埋处桩基沉降的影响。

7.不同参数对桩基的影响规律

盾构隧道的开挖对托换桩基的作用效果受很多因素的影响，根据前面建立的桩土模型，研究不同因素对桩基位移和应力的影响。主要从开挖顺序，隧道间距，桩基间距，桩基长细比等因素入手，对重叠隧道开挖引起的桩基位移和应力的影响进行了分析。

下面我们结合深圳地铁某一段托换桩基重叠隧道施工，采用有限差分软件FLAC3D，对承受荷载的托换桩基模型进行模拟。在模型建立中，为了能够简化加载，将其视为被动托换，直接将原有桩基承受的荷载加载到托换梁中央上，具体情况如下：

托换梁中央受到荷载作用，产生轻微的弯曲变形，中间较两边的沉降较大，托换梁中央最大的沉降为5.72mm。土体沉降随着地层的深度而逐渐放缓消失。得到托换桩基的沉降数值，托换桩基的沉降随着深埋逐渐减小。桩基两侧竖向位移如图1a所示，桩基邻荷载处的竖向位移最大值发生在桩基顶部，远荷载处的竖向位移最大值发生在桩基深埋3m处。同一高度的桩基位移最大差值发生在桩基顶部。托换桩基的水平位移数值如图1b所示，最大水平位移发生在深埋4m处的近桩基顶部。随着深埋增大，桩基的水平位移逐渐减小。在托换桩基期间桩基最大沉降为3mm，托换桩基的模型符合施工沉降标准要求。

沉降在拱顶向地层上方蔓延，隆起状态在拱底向地层下方扩散。开挖掌子面通过时沉降或隆起较大，上线隧道和上下线隧道开挖后的横向地表沉降如图2a、2b所示。沉降曲线呈正态分布曲线，以隧道中心为轴线左右对称。以Peek修正公式为基础，考虑重叠隧道开挖后的最终沉降，根据叠加原理，由公式计算得到重叠隧道开挖后的横向地表沉降如图2c、2d所示。上线隧道开挖造成的最大沉降计算值为4.7mm,下线隧道造成的沉降计算值为2.7mm。通过三维数值模拟得到的地表沉降凹槽与该公式计算得出的地表沉降凹槽比较，得到地表沉降趋势较为相近。说明三维数值模拟的土体模型较为合理。

得到隧道开挖前后对桩基的沉降，水平位移和轴向应力的影响，分别如图3a、3b、3c所示。桩基的沉降，水平位移和轴向应力的最大值随着隧道施工过程逐渐增大。其中最大沉降值为5.8mm，最大水平位移为1.3mm,最大轴向应力为2753KPa。由于隧道开挖导致在拱底和拱顶附近的土体位移较大，桩基的位移和应力变化主要发生在隧道拱底和拱顶附近。

采用不同的隧道开挖顺序(“先上后下”、“先下后上”)进行三维数值模拟，结果如图4a、4b、4c所示。整体而言，“先上后下”的施工顺序造成的位移沉降比“先下后上”大，应力变化主要发生在隧道拱顶与拱底土体附近。上线隧道位置保持不变，分别采用1D，1.5D隧道间距进行三维数值模拟，结果如图4d、4e、4f所示。隧道间距为1.5D造成的位移比间距为1D造成的位移大，由于桩基底部的位置位于下线隧道拱顶附近的土体，进一步加大桩基的沉降位移。

考虑不同桩基间距、桩长、桩径对沉降、水平位移及轴向应力的影响，如图5a～5i所示。桩基间距增大，桩长增大，桩径越大，桩基的沉降和水平位移以及轴向应力越小，应力变化主要发生在隧道拱顶和拱底附近。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法，其特征在于：首先，利用FLAC 3D有限差分软件，对承受荷载的托换桩基模型进行模拟，分析其沉降以及变形规律，然后针对桩基托换后重叠隧道开挖的过程，模拟盾构法重叠隧道开挖，分析其对地表沉降以及桩基位移应力的影响，接着对开挖顺序、隧道间距以及托换桩基的深埋、桩径、间距各个物理参数做单因素分析对比，分析不同因素对托换桩基的影响，最后得出相应的模拟数值以及桩基沉降和变形趋势；其具体包括以下步骤：

1)三维数值模型的建立

1.1)土层几何模型的建立

根据土层的分层可知，整个土层的地层模型分为5层，隧道开挖对周围土体的影响的范围为到隧道中心距离的3～5倍的隧道直径，在3倍的隧道直径内的土体受开挖影响的应力变化范围为10％以内，当扩大到5倍距离时影响效果为3％以下；建模时，预设开挖土层的纵横尺寸，Y方向为隧道的开挖方向，Z轴方向表示为土层的深度，通过FLAC 3D建立土层几何模型，把整个模型的区域分有所需的网格节点和网格；

1.2)初始边界条件的确定

对于模型的边界条件，将模型底部以及四周的边界设为简支边界，通过FLAC 3D有限差分软件中的fix命令进行边界固定；

2)初始应力的模拟

利用SET grav命令对地层设置重力，对于地层的初始应力，包括竖向的应力σ_z，以及水平的应力σ_x和σ_y：

σ_z＝σ₀+∑γ_ih_i

σ_x＝σ_y＝K₀σ_z

其中：

σ₀—地表面的超载应力

γ_i—第i层土的重度

h_i—第i层土的厚度

K₀—土层静止时的土压力系数

土压力的梯度用grad表示，计算如下：

$grad=\frac{{\mathrm{\σ}}_0-{\mathrm{\σ}}_1}{h}$

其中:

σ₁—地底层应力

h—地层高度；

3)托换桩基模型的建立

将托换桩基简化为托换梁以及托换桩基两部分，且无缝相连，两者的本构关系采用FLAC 3D中的各向同性的弹性模型；托换桩基模型建立完毕后，直接将托换桩基安放于土体模型中央；由于桩基深埋已经嵌入质地较为坚硬的微风化土层，桩基底部的基础围岩强度较高，此时，视桩基为端承桩，忽略桩基周围土体对桩基的侧摩阻力；

4)初始模型的平衡

根据上述给定的初始应力以及边界条件，通过使用程序中的SOLVE命令来使地层的初始状态达到平衡，即使每个网格节点的应力位移接近于零；

5)重叠隧道盾构开挖施工，包括以下步骤：

5.1)在开挖之前需要对盾构开挖的前一步进行超前支护，利用shell单元进行模拟支护单元；

5.2)盾构机开挖是逐步往前开挖，开挖面从y＝0处开始，每步开挖设定的衬砌单元，利用null单元进行隧道开挖；

5.3)开挖完第一步后，对第二步进行开挖，同样在前方一步模拟超前支护，此时，拆除后方的超前支护，同时铺上混凝土衬砌以及注浆层；

5.4)反复以上过程，直到开挖完毕，然后进行另一隧道的开挖过程；

6)经验修正公式对地表沉降的验证

利用Peck修正公式法，验证模拟重叠隧道开挖对地表沉降影响的合理性，由叠加原理可知：两个不同深度隧道开挖所造成的地表影响为它们各自影响之和：

${\mathrm{\Ω}}_{z1}^{z2}({\mathrm{nW}}_1+W_2)\≈{\mathrm{n\Ω}}_{z1}^{z2}{W}_1+{\mathrm{\Ω}}_{z1}^{z2}{W}_2$

重叠隧道造成的地表沉降W(x,y)为：

W(x,y)≈W₁(x,y)+W₂(x,y)

—地表沉降算子

W₁(x,y)—上线隧道开挖造成的地表沉降

W₂(x,y)—下线隧道开挖造成的地表沉降

上下重叠隧道的Peck修正公式为：

$S_{(1,2)}=S_{1max}\·\exp (-\frac{x^2}{2i_1^2})+S_{2max}\·\exp (-\frac{x^2}{2i_2^2})$

$S_{1max}=\frac{V_1}{i_1\sqrt{2\mathrm{\π}}}\≈\frac{V_1}{2.5i_1}$

$S_{2max}=\frac{V_{i2}}{i_2\sqrt{2\mathrm{\π}}}\≈\frac{V_{i2}}{2.5i_2}$

V_i＝V_LπR²

其中：

S_(1,2)—上下线隧道开挖对地表引起的沉降值

V_i1—上线隧道开挖单位长度的地层损失

V_i2—下线隧道开挖单位长度的地层损失

S_1max—上线隧道轴线地表处的最大沉降值

S_2max—下线隧道轴线地表处的最大沉降值

i₁—上线隧道开挖的地表沉降的宽度系数

i₂—下线隧道开挖的地表沉降的宽度系数

Z—隧道深埋

φ—土体的内摩擦角

R—隧道半径

V_L—地层体积损失率

桩基受到承台梁的荷载传递，发生了弯曲变形，然后进行了重叠隧道先后顺序的开挖，在隧道开挖完成后，桩土发生了位移变形，托换桩基的荷载以及结构呈对称性，故以右侧桩基的受力变形进行数值分析，数值模拟分别记录当托换桩基完成后、上线隧道开挖后、重叠隧道开挖完毕对不同深埋处桩基沉降的影响；

7)不同参数对桩基的影响规律

根据前面建立的桩土模型，研究不同因素对桩基位移和应力的影响，主要从开挖顺序、隧道间距、桩基间距、桩基长细比这些因素入手，对重叠隧道开挖引起的桩基位移和应力的影响进行分析，以得出不同参数对桩基的影响规律。