論隧道施工對(duì)周圍樁基的影響與控制

摘 要：首先討論了隧道施工對(duì)周圍樁基的不利影響分析；然后利用有限差分軟件，分析了既有群樁（2×2）受隧道施工的影響，考慮了樁長(zhǎng)、樁距隧道間的水平距離等因素變化時(shí)樁及樁間土的響應(yīng)；最后總結(jié)了幾種常見(jiàn)的樁基控制保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：隧道；群樁基；施工；影響?yīng)?/p>

中圖分類號(hào)：TU文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）11-0392-02

0 前言

當(dāng)隧道施工近接已有群樁施工時(shí)，會(huì)打破承臺(tái)、樁及樁間土三者之間原有的平衡，使樁處于被動(dòng)受荷狀態(tài)，在樁基中引起附加應(yīng)力，這將對(duì)樁基的承載機(jī)制與變形特性產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而影響到上部結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。隧道掘進(jìn)過(guò)程會(huì)引起地層損失，產(chǎn)生地層移動(dòng)，導(dǎo)致隧道周圍土體的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)發(fā)生很大變化。

1 隧道施工對(duì)周圍樁基的不利影響分析

當(dāng)樁端位于隧道水平軸線以上時(shí)，樁周土體發(fā)生向下的位移，會(huì)使樁周產(chǎn)生負(fù)摩擦力，樁身軸力增加，沉降增大，樁端土的端承作用降低，樁的承載能力下降，此時(shí)樁體以沉降變形為主，側(cè)向彎曲變形和水平變形為輔。當(dāng)樁端位于隧道水平軸線以下時(shí)，軸線以上樁周土體向下位移，使樁體發(fā)生沉降，軸線以下樁周土體發(fā)生隆起，使樁體向上位移，如圖1所示，此時(shí)樁的兩端受壓，樁體以側(cè)向彎曲變形和水平變形為主，豎向沉降變形為輔。在垂直于樁體縱軸方向，由于樁體具有一定剛度，隧道周圍土層的移動(dòng)會(huì)因?yàn)闃兜恼跀r作用而發(fā)生變化，靠近隧道一側(cè)的樁周土體移動(dòng)較大，可能會(huì)與樁體發(fā)生脫離，樁側(cè)土壓力大幅度減小，而遠(yuǎn)離隧道一側(cè)的樁周土體移動(dòng)較小，土體與樁體沒(méi)有發(fā)生脫離或者脫離程度較小，樁側(cè)土壓力變化不大，這樣樁體兩側(cè)存在較大的土壓力差，也會(huì)引起樁體發(fā)生水平位移和彎曲變形。

當(dāng)隧道由遠(yuǎn)逐漸向樁基位置掘進(jìn)時(shí)，樁身的內(nèi)力和變形會(huì)逐漸增大；當(dāng)隧道掘進(jìn)至樁基位置時(shí)對(duì)樁基的影響最不利，即樁的內(nèi)力和變形最為明顯；當(dāng)隧道由近逐漸遠(yuǎn)離樁基位置而向前掘進(jìn)時(shí)，樁身的內(nèi)力和變形逐漸趨于穩(wěn)定。

2 樁與隧道水平距離變化時(shí)群樁及樁間土的反應(yīng)

設(shè)定前排樁與隧道間的水平距離d分別為4.5m、6m、7.5m、9m，樁長(zhǎng)25m。

2.1 前排樁

隨著樁與隧道水平距離的增大，樁身軸力、彎矩、水平位移和豎向沉降等均有不同程度減小。因?yàn)殡x隧道越近，土體受隧道施工的擾動(dòng)程度越大，土體的水平位移和豎向沉降越大。土體水平位移增大，引起樁身彎矩和水平位移增大。土體豎向位移增大引起樁土之間的差異沉降增大，樁周土提供的側(cè)向摩阻力越大，所引起的樁身軸力比遠(yuǎn)離隧道的樁身軸力要大，軸力的增大必然導(dǎo)致豎向沉降增加。如圖4所示，當(dāng)樁與隧道距離分別為4.5m，6m，7.5m，9m時(shí)，樁身最大軸力分別為670KN，530KN，480KN，380KN，樁身彎矩最大值分別為229KN#8226;m，114KN#8226;m，65N#8226;m，31KN#8226;m，水平位移最大值分別為12.7mm，9.4mm，7.5mm，6.4mm，豎向沉降最大值分別為6.6mm，6.0mm，5.8mm，5.3mm。

2.2 后排樁

對(duì)于后排樁的彎矩、水平位移和豎向沉降，在分布形式上與前排樁相似，由于受前排樁“遮攔作用”的影響，在數(shù)值上要明顯小于前排樁。對(duì)于后排樁的軸力，在分布形式與前排樁不同，后排樁的軸力最大值在樁頂，而前排樁的軸力最大值在隧道軸線處；在數(shù)值上，后排樁的軸力大于前排樁的軸力。后排樁的軸力、彎矩、水平位移和豎向沉降的分布曲線如圖5：

3 減小隧道施工對(duì)周圍樁基影響的控制措施

3.1 積極的保護(hù)控制措施

積極的保護(hù)措施是指通過(guò)優(yōu)化施工參數(shù)來(lái)減小對(duì)周圍既有樁基的不利影響。首先根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和水位條件，以及隧道的設(shè)計(jì)要求來(lái)選擇合理的隧道開(kāi)挖方式。然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定施工參數(shù)，同時(shí)對(duì)隧道施工可能引起的不利影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，優(yōu)化選取和本工程相適應(yīng)的施工參數(shù)。做好信息化施工，加強(qiáng)隧道內(nèi)部圍巖的變形以及地面的變形量測(cè)，利用反饋信息及時(shí)優(yōu)化施工參數(shù)，嚴(yán)格控制地層移動(dòng)，以保證周圍樁基的安全和正常使用。對(duì)于盾構(gòu)隧道，如果能夠控制好盾構(gòu)附加推力和注漿參數(shù)、減小超挖、及時(shí)襯砌，就可以減小隧道開(kāi)挖對(duì)周圍樁基的影響。

3.2 工程控制措施

工程措施主要是指通過(guò)設(shè)置隔斷、加固樁周土體、進(jìn)行樁基托換等工程方法來(lái)保護(hù)周圍樁基。對(duì)于地層變形比較敏感和上部結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)較高的隧道，僅通過(guò)優(yōu)化施工參數(shù)來(lái)減低對(duì)樁基的影響是不現(xiàn)實(shí)的，有必要采取一定的工程保護(hù)措施。

（1）隔斷：隔斷就是在地層中引入結(jié)構(gòu)單元來(lái)加強(qiáng)地層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)單元不是在建隧道的一部分，與被保護(hù)的結(jié)構(gòu)也沒(méi)有聯(lián)系。隔斷可由鋼板樁、地下連續(xù)墻、樹(shù)根樁、深層攪拌樁和挖孔樁等構(gòu)成，主要用于承受由地下工程施工引起的側(cè)向土壓力和由地基差異沉降產(chǎn)生的負(fù)摩阻力，它能阻斷由于隧道開(kāi)挖引起的圍巖應(yīng)力的傳播，使應(yīng)力通過(guò)樁體傳遞到下面的持力層中，即隔斷了巖層中變形的傳遞，從而達(dá)到降低開(kāi)挖對(duì)建筑物基礎(chǔ)累積沉降及差異沉降量的影響。還需注意，隔斷墻本身的施工也是近鄰施工，故施工中要注意控制對(duì)周圍上體的影響。

（2）土體加固：土體加固包括隧道周圍土體的加固和建筑物地基的加固。前者通過(guò)增大隧道周圍土體的強(qiáng)度和剛度，以減少或防止周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)和松弛，從而減少對(duì)近鄰建筑物的影響，保證建筑物的正常使用和安全。后者通過(guò)加固建筑物地基，提高其承載強(qiáng)度和剛度而抑制建筑物的沉降變形。這兩種加固措施一般采用化學(xué)注漿、噴射攪拌等地基加固的方法來(lái)進(jìn)行施工。當(dāng)?shù)孛婢哂惺┕l件時(shí)，可采用從地面進(jìn)行注漿或噴射攪拌的方式來(lái)進(jìn)行施工。注漿技術(shù)，是指利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過(guò)注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密的方式，將土顆粒或巖石裂隙中的水分和空氣排除占據(jù)其位置，經(jīng)一定時(shí)間后，漿液將原來(lái)松散的土粒或裂隙膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”。注漿的實(shí)質(zhì)在于膠結(jié)、增強(qiáng)與加固，它使松散、被擾動(dòng)的低品質(zhì)的土體材質(zhì)變成高品質(zhì)的材質(zhì)。對(duì)樁側(cè)進(jìn)行壓力注漿，即要解決因地鐵隧道施工及降水施工引起的樁周地層的擾動(dòng)、松散問(wèn)題，改善樁周土體的工作性能，使土體固結(jié)、穩(wěn)定，提高其抗壓、抗剪的能力，進(jìn)而保證樁基承載力正常發(fā)揮，達(dá)到加固樁基的目的。當(dāng)?shù)孛娌痪邆涫┕l件或不便從地面施工時(shí)，可以采用洞內(nèi)處理的方式，主要是洞內(nèi)注漿。

（3）建筑物本身加固：該方法實(shí)際上是對(duì)建筑物本身進(jìn)行加固，使其結(jié)構(gòu)剛度加強(qiáng)，以適應(yīng)地基土變形而引起建筑物變形的一種工程保護(hù)方法。對(duì)建筑物本體進(jìn)行加固的措施有多種，如可以通過(guò)加筋、加固墻、設(shè)置支撐等來(lái)直接對(duì)建筑物上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，也可通過(guò)加固樁，錨桿等對(duì)建筑基礎(chǔ)進(jìn)行加固。