浙江大学学报(工学版)

浙江大学学报(工学版), 2026, 60(9): 2007-2014 doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2026.09.018

土木工程、交通工程

新建桥梁桩基施工对既有地下设施的影响

郭琦,, 万华平,, 吝江海, 吕志峰

1. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058

2. 中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450003

Impact of newly built bridge pile foundation construction on existing underground utility

GUO Qi,, WAN Huaping,, LIN Jianghai, LV Zhifeng

1. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China

2. China Construction Seventh Engineering Division Limited Company, Zhengzhou 450003, China

通讯作者: 万华平，男，研究员，博士. orcid.org/0000-0001-6111-9441. E-mail：hpwan@zju.edu.cn

收稿日期: 2025-10-29  

基金资助: 国家自然科学基金资助项目（52561145240）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（226-2025-00159）.

Received: 2025-10-29  

Fund supported: 国家自然科学基金资助项目（52561145240）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（226-2025-00159）.

作者简介 About authors

郭琦（2003—），男，硕士生，从事桥梁结构施工安全控制的研究.orcid.org/0009-0003-5159-5729.E-mail：qi_guo@zju.edu.cn , E-mail：qi_guo@zju.edu.cn

摘要

为了分析新建桥梁桩基施工对邻近既有地下设施影响的多因素耦合作用机制，提出结合三维有限元模型与全局敏感性分析的系统评估方法. 以温州某邻近地下设施的桥梁工程为背景，建立桩-土-隧三维有限元模型，引入Morris方法，系统量化了桩-隧净距、桩基几何参数及施工过程中降水高度等关键因素的影响程度、非线性特性及其主次关系随距离的动态演变规律. 结果表明，在所有工况下，沉降均是地下设施的主要位移响应形式. 当桩-隧净距小于3倍隧道直径时，桩-隧净距是控制位移的主导因素. 随着桩-隧净距的增大，桩基几何尺寸的影响显著上升并成为主导因素. 各参数中，桩长对地下设施位移的影响呈现最强的非线性效应，且在桩尖位置与地下设施埋深相当时达到最大.

关键词： 桥梁工程 ; 桩基施工 ; 地下设施 ; 敏感性分析 ; Morris法

Abstract

A systematic assessment method combining three-dimensional finite element model with global sensitivity analysis was proposed to analyze the multi-factor coupling mechanism involved in the impact of new bridge pile construction on adjacent existing underground utility. A 3D finite element model of the pile-soil-tunnel system was established based on a bridge project adjacent to underground utility in Wenzhou. The Morris method was employed to systematically quantify the influence degree, nonlinear characteristics, and the dynamic evolution of the dominance hierarchy of key factors, including the pile-tunnel clear distance, pile geometry parameters, and dewatering depth during construction. Results indicate that settlement is the predominant displacement response of the underground facility under all conditions. The pile-tunnel clear distance is the dominant factor controlling displacement when the clear distance is less than 3 times the tunnel diameter. The influence of the pile geometric parameter rises significantly and becomes the dominant factor as the clear distance increases. The pile length exhibits the strongest nonlinear effect among all parameters, and the influence of the pile length on displacement reaches a maximum when the pile tip is at a depth comparable to that of the underground facility.

Keywords： bridge project ; pile construction ; underground facility ; sensitivity analysis ; Morris method

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本文引用格式

郭琦, 万华平, 吝江海, 吕志峰. 新建桥梁桩基施工对既有地下设施的影响. 浙江大学学报(工学版)[J], 2026, 60(9): 2007-2014 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2026.09.018

GUO Qi, WAN Huaping, LIN Jianghai, LV Zhifeng. Impact of newly built bridge pile foundation construction on existing underground utility. Journal of Zhejiang University(Engineering Science)[J], 2026, 60(9): 2007-2014 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2026.09.018

随着城市化进程的不断加快，城市桥梁工程的建设规模持续扩大. 新建桥梁桩基施工往往位于地下空间开发密集区域，不可避免地靠近既有地铁隧道、综合管廊及其他城市生命线工程. 这些地下基础设施在城市运行中承担着交通运输、能源输送和信息传输等核心功能，地下基础设施的结构安全直接关系到城市系统的整体稳定性. 桩基施工引起的土体扰动和附加应力可能导致邻近地下基础设施产生附加荷载与位移，进而影响结构安全状态[1-2]. 研究桩基施工与邻近地下设施的相互作用规律具有重要意义.

目前，国内外在桩基与既有地下设施相互影响的研究中，王磊等[3]通过对比分析有限元软件与理论计算结果，研究新增管桩的植入对在役桩承载性状的影响，发现了管型桩贯入导致的桩间土挤土效应的变化规律. 王超等[4]建立盾构隧道近接斜交侧穿既有桥梁桩基的变形计算方法，分析不同距离和角度侧穿桩基引起桩身水平挠曲的主要影响因素和规律. 杨文东等[5]采用模型试验和理论分析方法，研究武汉黏土地层隧道开挖对邻近桩基力学特性影响，根据桩-隧间距对影响分区进行划分. 丁智等[6]采用数值分析方法，建立桩-隧相互作用的三维有限元模型，通过改变桩-隧相对位置、隧道埋深、水平净距、桩基半径和考虑群桩因素，研究静压桩基施工对软土地区既有地铁隧道的影响. 钱叶琳等[7]考虑运营地铁周围黏土体时效变形的影响，建立考虑地层蠕变特性的三维有限元模型，研究桩基开挖数量、桩-隧净距和布桩位置的影响. 由研究现状可知，在桩基施工影响地下设施的安全的问题探讨中，相较于隧道开挖、管廊铺设和基坑工程施工等地下设施建设对邻近既有桩基影响的研究较多，桩基施工对既有地下设施影响的研究较为有限[8]. 现有研究多采用“桩-土-结构”数值模拟手段[9-11]，主要集中在分析非挤土桩基础施工对既有隧道的影响和挤土桩施工产生的冲击荷载作用下对隧道结构振动的影响规律. 多数研究仅关注单一因素独立变化对隧道的影响规律，未能充分揭示各因素影响的主次关系与量化规律，即缺乏系统的敏感性分析. 研究新建桥梁桩基对邻近既有地下设施影响的敏感性分析具有重要意义.

本文以温州市某工程新建桥梁为例，结合实际的工程地质条件，构建桩-土-隧道三维有限元模型. 引入基于Morris法的全局敏感性分析方法，定量分析不同桩基施工影响因素对邻近既有地下设施附加位移的影响，以期有效预测与控制施工风险，为工程与环境安全评估提供科学依据.

1. 基于Morris法的参数敏感性分析

参数敏感性分析方法通常可以归为2类：局部敏感性分析法和全局敏感性分析法[12-13]. 局部敏感性分析是针对单一参数对模型的作用，采用直接求导或有限差分评估参数的敏感性，应用简便高效. 全局敏感性分析覆盖整个参数空间，且涵盖了参数间的相互作用，综合评估了所有的参数响应，具有较高的可靠性. Morris方法[14]是基于基本效应（elementary effect, EE）进行灵敏度分析的方法. 本文引入该方法，评估新建桥梁桩基多个参数对既有地下设施影响.

在桩-土-隧道模型中，对于一组给定的桩基参数输入$ X $，第$ i $个输入的基本效应定义为

$ {\mathrm{E{E}}}_{i}(X)=\frac{f({x}_{1},\cdots ,{x}_{i-1},{x}_{i}+\varDelta ,{x}_{i+1},\cdots ,{x}_{k})-f(X)}{\varDelta }. $

式中：k为桩基参数个数；$ X=({x}_{1},{x}_{2},\cdots ,{x}_{k}) $；$ {\mathrm{E{E}}}_{i}(X) $为参数$ {x}_{i} $的基本效应；$ f(\cdot ) $为模型的输出响应，在本模型中为隧道的位移；$ \varDelta $为参数$ {x}_{i} $的步长.

根据式（1）计算基本效应采用一次一因子（one-factor-at-a-time, OFAT）的策略，是局部敏感性分析方法. 为了开展全局敏感性分析，需要设置$ R $条不同的路径，用于生成$ R \left(k+1\right) $个样本. 计算每个样本的基本效应，得到各参数的基本效应的绝对均值和标准差，作为反映各桩基参数对隧道位移响应影响的指标，即

$\left. \begin{array}{l}{E^*}\left( {\left| {{{\rm{EE}}_i}} \right|} \right)={\displaystyle \sum \limits_{j=1}^{R}\left| {\mathrm{E{E}}}_{i,j}\right| }\big/{R},\\{\sigma }_{i}={\displaystyle \sum \limits_{j=1}^{R}{({{{\mathrm{EE}}}_{i,j}}-{{E}\left( { {{{\rm{EE}}_i}} } \right)})}^{2}}\big/({R-1}).\end{array} \right\}$

式中：${\mathrm{ E{E}}}_{i,j} $为第$ i $个参数输出的第$ j $个基本效应；${E^*}\left( {\left| {{{\rm{EE}}_i}} \right|} \right) $为第$ i $个参数基本效应的绝对均值，反映了各参数的相对重要性；${{E}\left( { {{{\rm{EE}}_i}} } \right)} $为第i个参数基本效应的均值；$ {\sigma }_{i} $为第$ i $个参数基本效应的标准差，反映了参数变化范围内各参数对输出影响的非线性效应.

2. 工程概况

温州市某公路快速线工程跨越多条市区主要道路，线路全长为4.803 km，全线设置互通立交2座和平行匝道4对，采用“主线高架+地面辅道”的建设形式. 该工程与城市主干道互通的某段包含4座地面桥梁，其中3号桥为新建桥梁，其下部跨越地下管廊及地铁隧道. 3号桥与地下设施的三维位置关系如图1（a）所示.

图 1

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图 1   桥梁与地下设施的位置图

Fig.1   Location of bridge and underground utility


该桥跨径布置简支小箱梁，梁高为1.2 m. 桥梁与道路斜交，右偏角为98°. 为了满足跨越管廊及地铁线路的工程需求，桥梁分为左幅、中幅、右幅. 每幅桥梁间设2 cm断缝，桥梁总宽为78.12~80.85 m，共计27片梁，下部结构采用桩接盖梁式桥台. 隧道影响区的剖面如图1（b）所示.

3. 桩-土-隧道有限元模拟

3.1. 模型尺寸及参数

采用Plaxis 3D软件，建立三维桩-土-隧有限元模型[15-17]. 场地平面尺寸取$ 116\times 91\; \text{m} $，场地土参数按照工程现场的勘测报告简化后取值. 场地模型上表面设置为自由面，下表面和侧面设置固定约束.

土体本构模型采用HS土体硬化模型. 土体参数取文献[18]和Plaxis 3D软件模型手册中的建议值，各土层的参数如表1所示. 其中，${\gamma_{{\mathrm{sat}}}} $为土的饱和重度，${E_{50}^{{\mathrm{ref}}}} $为三轴固结排水剪切试验的参考割线模量，${E_{{\mathrm{oed}}}^{{\mathrm{ref}}}} $为固结试验的参考切线模量，${E_{{\mathrm{ur}}}^{{\mathrm{ref}}}} $为三轴固结排水卸载-再加载试验的参考卸载再加载模量，${\nu _{{\mathrm{ar}}}} $为卸载再加载泊松比，${c^{{\mathrm{ref}}}} $为有效黏聚力，${\varphi} $为有效内摩擦角，${\psi} $为剪胀角，${R_{{\mathrm{inter}}}} $为界面强度折减系数.

表 1   土体硬化模型的参数

Tab.1  Parameter of hardening soil model

土层名称排水类型$ {\gamma }_{{\mathrm{sat}}} $/(kN·m−2)$ E_{50}^{\text{ref}} $/(kN·m−2)$ E_{\mathrm{oed}}^{\text{ref}} $/(kN·m−2)$ E_{\mathrm{ur}}^{\text{ref}} $/(kN·m−2)$ \nu _{{\mathrm{ur}}} $$ {c}^{\text{ref}} $/(kN·m−2)$ \varphi /({^{\circ}}) $$ \psi /({^{\circ}}) $$ {R}_{\text{inter}} $
杂填土排水20.0$ 2.2\times {10}^{4} $$ 2.2\times {10}^{4} $$ 6.60\times {10}^{4} $0.2013000.65
淤泥夹粉砂不排水18.0$ 0.9\times {10}^{4} $$ 0.9\times {10}^{4} $$ 2.70\times {10}^{4} $0.20102400.55
淤泥不排水17.0$ 1.0\times {10}^{4} $$ 1.0\times {10}^{4} $$ 3.00\times {10}^{4} $0.2061800.50
淤泥质黏土不排水17.5$ 0.5\times {10}^{4} $$ 0.5\times {10}^{4} $$ 1.50\times {10}^{4} $0.20131500.60
黏土不排水19.0$ 1.25\times {10}^{4} $$ 1.25\times {10}^{4} $$ 3.75\times {10}^{4} $0.20221900.65
卵石排水19.5$ 4.0\times {10}^{5} $$ 4.0\times {10}^{5} $$ 1.20\times {10}^{6} $0.1513880.70
粉砂排水20.0$ 0.9\times {10}^{4} $$ 0.9\times {10}^{4} $$ 2.55\times {10}^{4} $0.1823000.70

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地下设施、桥梁和支护的材料属性参数根据实际施工情况及相关规范选取. 其中，地下管廊选用C30混凝土衬砌；地铁隧道选用YZ6-6100×1500×400-B（外径为6100 mm，环宽为1500 mm，厚度为400 mm）圆形标准块管片；桩基钢护筒选用Q235C钢材，壁厚为60 mm，内部放置HPB300钢筋笼并浇筑C30混凝土；桥梁小箱梁选用HRB400钢筋与C50混凝土.

3.2. 模型建立与施工步设定

利用Plaxis 3D软件中的隧道模拟器，建立既有地下设施和桩基模型. 既有地下设施添加负界面和面收缩，模拟开挖过程中对周围土体的影响. 桩基模型在侧面添加负界面，模拟桩-土相互作用. 采用全套筒全回旋工艺，该施工工艺在旋压过程中端阻力和筒外阻力很小，可以忽略不计，故仅在钢护筒旋入的过程中施加筒内土体产生的筒内阻力[19]. 按最不利工况布置浇筑混凝土产生的侧压力$ {p}_{\max }=\text{0.035 MPa} $；车道荷载采用实际工程设计值，由集中荷载$ {P}_{\text{k}}=300\;\text{kN} $和均布荷载$ {q}_{\text{k}}=10.5\;\text{kN}/\text{m} $组成；人群荷载标准值取$ {q}_{\text{r}}=3.6\;\text{kN}/\text{m} $. 桩-土-隧道的有限元模型如图2所示. 利用有限元软件模拟新建桥梁桩基施工步引起的隧道响应. 采用有限元模型模拟桩基施工的计算操作步序如下.

图 2

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图 2   桩-土-隧道的有限元模型

Fig.2   Finite element model of pile-soil-tunnel


1）计算初始应力场. 对土体单元施加应力场，模拟土体的初始应力和土体的初始平衡状态.

2）建立地下设施. 激活地下设施的负界面、面收缩，杀死管廊和隧道内的土体单元，激活衬砌，形成已建成的地下设施.

3）开挖河道. 激活管廊段抗浮桩、U型槽，杀死U型槽内的土体单元，形成河道和护岸.

4）打入桥梁桩基. 重置位移为0 mm，激活钢护筒、浇筑混凝土侧压力，将钢护筒内的土体单元属性改为混凝土，建立桥梁上部结构，激活桥台、小箱梁、车道荷载和人群荷载.

3.3. 模型有效性的验证

基于Mindlin-Geddes应力解[20]与两阶段分析法的理论框架，采用均化应力分层总和法[21]计算桩基沉降位移$ {\mu }_{z} $的理论解，通过对比分析验证有限元模型的有效性. 以桥梁隧道影响区桩2-1为例进行分析. 桩身上部及中部为软土至较软土层，下部则突变为硬土或坚硬土，桩侧阻力$ {q}_{\mathrm{s}} $随埋深$ z $的变化关系如图3所示，可将其侧阻分布概化为“蒜头型”. 该概化模式的具体分解方式如图4所示.

图 3

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图 3   桩侧阻力随埋深的变化曲线

Fig.3   Variation of pile shaft friction resistance with depth


图 4

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图 4   蒜头型侧阻分布分解的示意图

Fig.4   Schematic of garlic-shaped shaft resistance distribution decomposition


桩基沉降的理论结果为3.72 mm，由于实测蒜头型概化分布的计算值偏大约10%[22]，修正后的桩基沉降量理论值为3.35 mm. 通过有限元数值模拟得到的桩基沉降$\mu_z $计算结果如图5所示，桩基整体的最大位移为3.28 mm. 数值模型和理论计算结果的平均误差为3.5%，误差相对较小，说明模型的设置和参数选取方法较合理.

图 5

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图 5   桩基沉降的计算结果

Fig.5   Result of pile foundation settlement


4. 参数敏感性分析结果

4.1. 参数选取

依托温州某实际工程，主要针对该工程中新建桥梁桩基的模型参数进行敏感性分析. 参数选取主要基于工程设计主控因素与敏感性分析方法的可行性进行考量. 依托工程采用全套筒全回旋施工工艺，该工艺对周围土体的扰动相对可控. 相较于施工工艺参数，桩基几何尺寸与空间位置是设计阶段控制对既有设施影响的首要变量. 为了利用Morris法精准量化各参数的非线性效应与主次关系，须排除群桩相互作用产生的复杂应力场干扰，分析“单桩-土-隧道”这一基本单元的相互作用机理. 选取最具代表性的4个设计参数： 桩基长度$ L $、桥梁桩基直径$ D $、桥梁桩基与地下设施的净距$ S $和施工过程中降水高度$ W $.

在建模分析过程中，河道护岸和场地土的模型参数取设计值. 根据工程设计施工条件及《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG 3363—2019）确定初步的桩基参数取值范围，并取归一化后的步长$ \varDelta =1/3 $（即水平数为4），路径数$ R=20 $. 由于各因素在一定桩-隧净距内外存在显著差异，取临界范围为$ 3d $（$ d $为隧道直径） [8,23]，分别在$ S \lt 3d $和$S\geqslant 3d $范围内进行敏感性分析. 桩基施工参数的取值如表2、3所示.

表 2   各参数四水平取值$ {\bf{(}}{\boldsymbol{S}} \;{\boldsymbol{< }}\;{\boldsymbol{3d}}{\bf{)}} $

Tab.2  Parameter value at four levels$ (S \lt 3d) $ m

参数$ L $$ D $$ S $$ W $
水平19.6250.9306.29.625
水平226.951.3959.326.95
水平342.351.86012.442.35
水平457.752.32515.557.75

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表 3   各参数四水平取值$ {\boldsymbol{(}}{\boldsymbol{S}}\;{\boldsymbol{\geqslant}}\; {\boldsymbol{3d)}} $

Tab.3  Parameter value at four levels$ (S\geqslant 3d) $ m

参数$ L $$ D $$ S $$ W $
水平19.6250.93018.69.625
水平226.951.39521.726.95
水平342.351.86024.842.35
水平457.752.32527.957.75

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4.2. 参数敏感性

基于Morris方法对参数进行敏感性分析，选取随机初始点和随机步得到各路径点. 根据各初始点和路径点的不同参数值进行参数化建模，将计算得到的隧道全长的横向位移和沉降位移作为输出量，得到各路径的基本效应值$ {\mathrm{E{E}}}_{i} $及各参数对应的敏感性指标，如图6、7所示.

图 6

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图 6   各参数对隧道位移的影响$ {\boldsymbol{(S}}\; {\boldsymbol{<}}\; {\boldsymbol{3d)}} $

Fig.6   Influence of parameters on tunnel displacement $ (S \lt 3d) $


图 7

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图 7   各参数对隧道位移的影响$ {\boldsymbol{(S}}\;{\boldsymbol{\geqslant }}\;{\boldsymbol{3d)}} $

Fig.7   Influence of parameters on tunnel displacement$ (S\geqslant 3d) $


从图6（a）可知，当$ S \lt 3d $时，根据基本效应的绝对均值$ \mu $结果，各参数对隧道横向位移的重要性排序为：桩隧净距>桩径>桩长>降水高度. 结果表明，当桩-隧距离较近时，桩隧净距是影响隧道横向位移的主导因素. 桩径和桩长对隧道横向位移有一定的影响，但相较于桩隧净距作用次之. 在施工过程中，降水高度对隧道横向位移的影响最小. 这是由于近距离时，桩侧摩阻力与桩端阻力对隧道周围土体的应力叠加效应显著，净距直接决定了应力扩散范围与叠加程度. 根据基本效应的方差$ \sigma $结果可知，各参数对隧道横向位移影响的非线性效应排序为：桩长>桩隧净距>桩径>降水高度. 桩长的方差最大，表明桩长对隧道位移的影响有较高的非线性效应，在设计过程中需要采用更精细的计算模型. 桩径的方差次之，桩径的改变可能通过复杂的桩-土相互作用影响位移. 降水高度和桩隧净距的方差较小，两者对隧道位移影响的非线性效应不显著，预测和控制相对容易.

从图6（b）可知，当$ S \lt 3d $时，根据基本效应的绝对均值结果可知，各参数对隧道沉降位移的重要性排序为：桩隧净距>桩径>降水高度>桩长. 总体上，各参数对沉降位移的影响比对横向位移的影响更大. 具体来说，桩隧净距是最主导因素，桩径和降水对隧道沉降的影响比对横向位移的影响更显著，桩长的影响相对较小. 各参数对隧道沉降位移影响的非线性效应排序为：桩长>桩径>降水高度>桩隧净距. 各参数对沉降的影响比对横向位移的影响非线性效应强，耦合作用复杂.

随着桥梁桩基-隧道距离的增大，各参数的重要性发生了显著性变化. 从图7（a）可知，当$ S\geqslant 3d $时各参数对隧道横向位移的重要性排序为：桩长>桩径>降水高度>桩隧净距. 此时，桩长为最主导因素. 因为当距离增大时，桩基荷载通过土体传递至隧道的应力衰减，此时桩长、桩径决定了荷载影响区的深度与范围，成为影响隧道位移的主要因素. 桩径的重要性相对提升，桩隧净距的重要性显著下降，施工过程中的降水高度的重要性相对稳定. 各参数对隧道横向位移影响的非线性效应排序为：桩长>桩径>降水高度>桩隧净距. 桩长具有强非线性效应，桩径和降水高度的方差增大，表明两者对隧道位移的影响方式变得更加复杂，桩隧净距的非线性效应最低.

从图7（b）可知，当$ S\geqslant 3d $时各参数对隧道沉降位移的重要性排序为：桩径≈桩长>降水>桩隧净距. 这表明无论是对隧道横向位移还是沉降位移的影响，随着距离的增大，桩基的几何尺寸成为远距离影响隧道沉降的最主导因素，桩隧净距对隧道响应的影响变得相对次要. 各参数对隧道沉降位移影响的非线性效应排序与隧道横向位移的影响保持一致.

4.3. 非线性效应

在采用Morris法开展多参数全局敏感性分析的基础上，进一步分析各参数对隧道位移响应的非线性效应，如图8~11所示. 其中，$\mu_x $为横向位移.

图 8

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图 8   不同桩基长度下的隧道最大位移曲线

Fig.8   Curve of maximum tunnel displacement under different pile length


图 9

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图 9   不同桩基直径下的隧道最大位移曲线

Fig.9   Curve of maximum tunnel displacement under different pile diameter


图 10

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图 10   不同桩-隧水平净距下的隧道最大位移曲线

Fig.10   Curve of maximum tunnel displacement under different horizontal pile-tunnel clear distance


图 11

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图 11   不同降水条件下的隧道最大位移曲线

Fig.11   Curve of maximum tunnel displacement under different dewatering condition


从图8可知，隧道横向位移随桩长的变化呈现出明显的非线性效应. 当桩长小于隧道埋深时，隧道的横向位移随着桩长的增大而增大. 当桩尖接近隧道拱腰埋深时（本工程为−15 m，对应的桩长为19.25 m），附加位移最大，桩基荷载对隧道周围土体的扰动与应力叠加最显著. 在桩长超过隧道埋深后，横向位移逐渐减小并转为朝向桩身的位移，桩侧摩阻力的主导作用由推离转变为拉近，导致隧道位移响应趋于平缓. 当桩端嵌入坚硬卵石层时，桩端阻力显著增强，成为主要的荷载传递路径，削弱了桩侧摩阻力对隧道的影响，因此隧道的横向位移与沉降均显著减小. 对于沉降位移，在桩端抵达卵石层前，隧道的沉降随着桩长增加及竖向应力的累积而持续增大. 在桩端嵌入卵石层后，由于桩端阻力成为主导，传递至隧道的附加应力锐减，沉降显著减小.

从图9可知，桩基直径的增大会直接扩大荷载影响区，从而加剧了隧道的横向位移与沉降. 从图10可知，随着桩隧净距的增大，隧道的横向与沉降位移逐渐减小，桩基与隧道的相互影响减弱.

从图11可知，施工过程中降水高度对隧道位移的影响以隧道拱腰埋深（本工程为−15 m，对应桩长为19.25 m）为临界值. 当降水高度未超过隧道埋深时，降水高度对隧道附加位移的影响显著. 当降水高度超过隧道埋深时，降水高度对隧道附加位移的影响趋于恒定. 这主要是由于隧道埋深以上的降水会直接卸载上部土体应力并产生固结沉降，而在埋深以下的隧道已处于降水漏斗的主要影响区内，水位下降对隧道附加位移的影响较小.

5. 结　论

（1）新建桥梁桩基对地下设施产生的附加位移以沉降位移为主，横向位移次之. 桥梁桩基各参数对沉降位移影响更加显著，非线性效应更强，交互作用更复杂.

（2）随着桥梁桩基与地下设施的距离增大，参数敏感性发生显著变化. 当桩基与地下设施距离较小时，桩-隧净距是影响隧道位移响应的主导因素，其次为桩基几何尺寸，降水高度影响最小. 当桩基与地下设施距离较大时，净距影响减弱，桩基几何尺寸成为主要影响因素，降水高度次之. 当桩-隧净距较小$ (S \lt 3d) $时，应将“净距控制”作为首要设计原则. 当桩-隧净距较大$ (S\geqslant 3d) $时，设计焦点应转向“桩基几何尺寸”（尤其是桩长与桩径）的优化.

（3）在各桩基参数中，桩长对地下设施产生的影响表现出最强的非线性效应. 随着桩长的增大，对地下设施的附加位移先增大后减小. 当桩端接近隧道拱腰埋深时，附加位移最大. 在嵌入坚硬持力层后，附加位移显著减小. 桩尖接近隧道拱腰埋深为最不利工况，应在隧道相应位置加密布设沉降与水平位移监测点，实现风险精准布控.

本文的研究基于单桩模型与全套筒全回旋施工工艺展开. 在实际工程中，若采用挤土效应显著的预制桩或振动剧烈的冲击钻孔桩，则施工工艺引起的附加应力可能上升为主要影响因素. 此外，群桩施工产生的应力叠加效应与遮帘效应可能会改变土体的位移场分布，在应用提出的参数敏感性排序进行工程优化时，应结合具体的群桩布置形式进行进一步的专项复核.

参考文献

丁智, 张霄, 周联英, 等

近距离桥桩与地铁隧道相互影响研究及展望

[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2018, 52 (10): 1943- 1953

[本文引用: 1]

DING Zhi, ZHANG Xiao, ZHOU Lianying, et al

Research and prospect of interaction between close bridge pile and metro tunnel

[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2018, 52 (10): 1943- 1953

[本文引用: 1]

徐云福, 王立峰

近邻桩基施工对城市地铁隧道的影响分析

[J]. 岩土力学, 2015, 36 (Suppl.2): 577- 582

[本文引用: 1]

XU Yunfu, WANG Lifeng

Analysis of effects on city metro tunnel due to adjacent pile foundation construction

[J]. Rock and Soil Mechanics, 2015, 36 (Suppl.2): 577- 582

[本文引用: 1]

王磊, 俞峰, 潘静杰

敞口管型桩压入对既有受荷桩基承载性状影响

[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2021, 55 (12): 2243- 2251

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2021.12.003      [本文引用: 1]

WANG Lei, YU Feng, PAN Jingjie

Influence of jacking open-ended tubular piles on bearing behavior of existing in-service piles

[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2021, 55 (12): 2243- 2251

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2021.12.003      [本文引用: 1]

王超, 朱春洲, 邹金锋, 等

盾构隧道近接斜交侧穿桥梁桩基变形计算方法

[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2024, 58 (3): 557- 569

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2024.03.013      [本文引用: 1]

WANG Chao, ZHU Chunzhou, ZOU Jinfeng, et al

Calculation approach for deformation of adjacent pile foundation caused by diagonal intersection with side penetration construction of shield tunnel

[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2024, 58 (3): 557- 569

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2024.03.013      [本文引用: 1]

杨文东, 吴洋, 王智德, 等

隧道开挖对既有桩基影响分区的试验研究

[J]. 现代隧道技术, 2024, 61 (6): 200- 208

DOI:10.13807/j.cnki.mtt.2024.06.022      [本文引用: 1]

YANG Wendong, WU Yang, WANG Zhide, et al

Experimental study on the influence zoning on existing pile foundations induced by tunnelling

[J]. Modern Tunnelling Technology, 2024, 61 (6): 200- 208

DOI:10.13807/j.cnki.mtt.2024.06.022      [本文引用: 1]

丁智, 张霄

桩基施工对邻近既有地铁隧道影响的数值分析

[J]. 中南大学学报: 自然科学版, 2019, 50 (2): 390- 399

[本文引用: 1]

DING Zhi, ZHANG Xiao

Numerical analysis of influence of pile foundation construction on adjacent metro tunnel

[J]. Journal of Central South University: Science and Technology, 2019, 50 (2): 390- 399

[本文引用: 1]

钱叶琳, 张振华, 崔文天, 等

考虑地层蠕变效应的桥梁桩基施工对邻近运营地铁隧道的影响

[J]. 科学技术与工程, 2024, 24 (9): 3781- 3788

DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2301925      [本文引用: 1]

QIAN Yelin, ZHANG Zhenhua, CUI Wentian, et al

Influence of the construction of the bridge pile foundation on the adjacent operating subway tunnel considering creep characteristics of stratum

[J]. Science Technology and Engineering, 2024, 24 (9): 3781- 3788

DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2301925      [本文引用: 1]

杨敏, 靳军伟

桩基础与既有地铁隧道相互影响的研究进展

[J]. 建筑结构学报, 2016, 37 (8): 90- 100

[本文引用: 2]

YANG Min, JIN Junwei

Research progress on interaction of pile foundation with nearby existing subway tunnel

[J]. Journal of Building Structures, 2016, 37 (8): 90- 100

[本文引用: 2]

陈大平, 明升亮, 汪泽楷, 等

桩基施工对邻近地铁扰动效应的数值模拟研究

[J]. 建筑结构, 2023, 53 (Suppl. 2): 2456- 2461

[本文引用: 1]

CHEN Daping, MING Shengliang, WANG Zekai, et al

Study on numerical simulation of disturbance effect of pile foundation construction on adjacent subway

[J]. Building Structure, 2023, 53 (Suppl. 2): 2456- 2461

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陈福江, 段蓉蒨, 张鑫, 等

近距离桩基施工对既有盾构隧道的振动影响分析

[J]. 现代隧道技术, 2023, 60 (1): 140- 148

CHEN Fujiang, DUAN Rongqian, ZHANG Xin, et al

Analysis on vibration influence of the construction of short-distance pile foundation on existing shield tunnels

[J]. Modern Tunnelling Technology, 2023, 60 (1): 140- 148

刘爱荣, 张俊平, 禹奇才, 等

桩-土-结构相互作用对大跨度连续刚架钢桁拱桥地震响应影响研究

[J]. 桥梁建设, 2007, 37 (1): 25- 27

DOI:10.3969/j.issn.1003-4722.2007.01.006      [本文引用: 1]

LIU Airong, ZHANG Junping, YU Qicai, et al

Study of influences of pile-soil-structure interaction on seismic response of long span continuous rigid-frame and steel truss arch bridge

[J]. Bridge Construction, 2007, 37 (1): 25- 27

DOI:10.3969/j.issn.1003-4722.2007.01.006      [本文引用: 1]

罗跃, 叶淑君, 吴吉春, 等

地面沉降模型的参数全局敏感性

[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2018, 52 (10): 2007- 2013

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2018.10.021      [本文引用: 1]

LUO Yue, YE Shujun, WU Jichun, et al

Global sensitivity analysis of parameters in land subsidence model

[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2018, 52 (10): 2007- 2013

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2018.10.021      [本文引用: 1]

楼恺俊, 俞峰, 夏唐代, 等

黏土中地下连续墙支护结构的稳定性分析

[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2020, 54 (9): 1697- 1705

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2020.09.005      [本文引用: 1]

LOU Kaijun, YU Feng, XIA Tangdai, et al

Stability analysis of diaphragm wall retained structure in clay

[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2020, 54 (9): 1697- 1705

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2020.09.005      [本文引用: 1]

MORRIS M D

Factorial sampling plans for preliminary computational experiments

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周鼎文, 韩磊, 应宏伟, 等

分隔型基坑施工对邻近地层及隧道位移的影响

[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2025, 59 (5): 1072- 1082

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ZHOU Dingwen, HAN Lei, YING Hongwei, et al

Effect of segregated pit construction on displacement of adjacent strata and tunnel

[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2025, 59 (5): 1072- 1082

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万华平, 卫志成, 苏雷, 等

考虑桩径效应的桥梁结构地震风险分析

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WAN Huaping, WEI Zhicheng, SU Lei, et al

Seismic risk analysis of bridge structure considering pile diameter effect

[J]. Journal of Vibration and Shock, 2021, 40 (15): 224- 231

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2021.15.028     

张中杰, 周赫宸, 顾晓强, 等

天津某超深地铁基坑变形分析与小应变硬化参数取值

[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2025, 59 (12): 2593- 2603

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ZHANG Zhongjie, ZHOU Hechen, GU Xiaoqiang, et al

Deformation analysis and parameter determination of hardening soil model with small strain of an ultra-deep subway excavation in Tianjin

[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2025, 59 (12): 2593- 2603

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王卫东, 王浩然, 徐中华

基坑开挖数值分析中土体硬化模型参数的试验研究

[J]. 岩土力学, 2012, 33 (8): 2283- 2290

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WANG Weidong, WANG Haoran, XU Zhonghua

Experimental study of parameters of hardening soil model for numerical analysis of excavations of foundation pits

[J]. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33 (8): 2283- 2290

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张超, 杨龙才, 黄大维, 等

钢套管施工对地铁隧道影响分析及变形控制研究

[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, (Suppl.2): 3584- 3591

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ZHANG Chao, YANG Longcai, HUANG Dawei, et al

Effect of steel casing construction on metro tunnel and deformation control

[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, (Suppl.2): 3584- 3591

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Force at a point in the interior of a semi-infinite solid

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刘金砺, 秋仁东, 高文生, 等

关于长桩超长桩桩基沉降计算问题

[J]. 岩土工程学报, 2011, 33 (Suppl.2): 38- 42

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LIU Jinli, QIU Rendong, GAO Wensheng, et al

Settlement calculation of foundation with long and super-long piles

[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2011, 33 (Suppl.2): 38- 42

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刘金砺, 秋仁东, 邱明兵, 等

不同条件下桩侧阻力端阻力性状及侧阻力分布概化与应用

[J]. 岩土工程学报, 2014, 36 (11): 1953- 1970

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LIU Jinli, QIU Rendong, QIU Mingbing, et al

Behaviors of shaft resistance and tip resistance of piles under different conditions and conceptualization and application of distribution of shaft resistance

[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2014, 36 (11): 1953- 1970

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高大峰, 赵俊逸, 龚大能, 等

桩基础荷载对近接隧道影响的数值分析

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GAO Dafeng, ZHAO Junyi, GONG Daneng, et al

Numerical analysis of influence of pile foundation loading on approaching tunnel

[J]. Journal of Natural Disasters, 2019, 28 (5): 39- 47

DOI:10.13577/j.jnd.2019.0505      [本文引用: 1]

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