兩階段法地鐵盾構開挖對鄰近樁基的影響

胡俊

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074）

兩階段法地鐵盾構開挖對鄰近樁基的影響

胡俊

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市交通發(fā)展的腳步也是愈來愈快，為了解決交通擁堵的問題，發(fā)達城市開始建立起地下鐵路交通。因為地下鐵路主要建立在城市繁華的中心地區(qū)，而且絕大部分建筑物是以樁為基礎建造的，這便會遇到隧道經(jīng)過建筑物樁基的現(xiàn)象，當列車經(jīng)過時就會對附近樁基造成一定影響，對上面的建筑物也就造成了一定的威脅，而這對建筑結(jié)構的穩(wěn)定性將帶來一定影響。所以，通過探索盾構施工和鄰近樁基礎之間的關系，可以對樁基礎上面的建筑進行保護，保證鐵隧道順利施工而又不對附近建筑物造成影響。

地鐵；盾構；樁基；影響

1 引言

盾構法最早是歐洲人在20世紀創(chuàng)立的，靈感來自于蛀蟲挖洞，英國想要在倫敦地下修運河隧道的想法提出之后，又對具體挖掘方案和工具等問題展開辯論，從那時候開始對盾構施工技術開始了深入研究。之后盾構技術機緣巧合被引入歐美，蘇聯(lián)等很多發(fā)達國家，雖然都在一定程度得到了發(fā)展，但是不同國家發(fā)展情況也是不一樣的。20世紀中后期盾構技術傳到了我國。隨著盾構機制造業(yè)的發(fā)展，盾構施工辦法和設備也處于世界前列。

很早以前的盾構，由于比較脆弱只是將盾殼作為支護，主要工作還是需要人去完成。隨著科技的逐漸發(fā)展，盾構技術也進步了不少，通過對傳統(tǒng)的盾構進行改進，軟土隧道盾構機逐漸浮現(xiàn)在大家眼前，之后又研究出了巖石隧道盾構機和其它相應的技術，正是這個技術讓盾構在巖石上進行作業(yè)成為了可能。

2 盾構法施工的特點

盾構機不僅可以支持地層壓力還可以在地層中進行相應的作業(yè)，這種設備形狀各種各樣，圓形、三角形等許多形狀都有。為了安裝襯砌能順利點，在設計盾構機的時候，一般它的口徑要比隧道襯砌的直徑稍大一些，支持盾構的還有開挖土體裝置，一般在前面，二鋼筒就放在了后面，盾構進行挖掘需要動力，而提供動力的就是由鋼筒附近的千斤頂，盾構機尾部是一個殼體結(jié)構，中間是空的，然而隧道襯砌環(huán)的安裝就是在這里進行的。伴隨盾構逐漸推進，襯砌也開始安裝，但是為避免土體開挖導致地面下沉，所以要求安裝襯砌的時候通過在土體里注漿管致使土體穩(wěn)定（如圖1）。

3 樁基礎理論

3.1 建筑物的基本要求

圖1 盾構法施工示意圖

樁基礎能夠把上面部門的荷載傳到里面強度更高的土里面，這是建筑物的基本要求。由于樁基礎抗壓性強、不易變形、對各種不利的環(huán)境都有較強的適應能力，這就讓它成為最基本、最廣泛的形式，也被經(jīng)常用在高層房屋建設、抗震建筑物等建設這些地方。

3.2 樁基受力分析

從樁基受力狀況角度來分析，樁基受的力有豎向荷載和橫向荷載，樁在遭受作用力時會產(chǎn)生豎向承載力，這時的豎向承載力有摩擦力和端承力。故樁基有豎向受荷樁、橫向受荷樁及抗拔樁之分。依據(jù)樁的受力的特征，將樁基礎分為四類：

3.2.1 摩擦樁

當豎向荷載作用時，樁側(cè)阻力起到很關鍵的作用，樁端承擔的荷載很小幾乎為零。樁端沒有持力層同時不擴底這就會產(chǎn)生摩擦樁，如果樁端位于持力層而樁徑很大也會產(chǎn)生摩擦樁。

3.2.2 端承樁

在豎向作用力影響下，樁基基本靠樁端頂部來承擔各種負載，而樁側(cè)幾乎不起作用。樁基遭受到壓力之后就會產(chǎn)生豎向位移，也就出現(xiàn)了樁側(cè)與樁端的阻力。要是樁底沒有深入地下而停留在較淺的土層中，同時土層質(zhì)地又不是很堅硬，這時樁端豎向荷載就會傳到樁端持力層上。

3.2.3 端承摩擦樁

豎向荷載影響后，樁體就會發(fā)生豎向位移，樁側(cè)摩擦阻力和樁端阻力就會同時產(chǎn)生效果，這時的樁頂荷載大部分是靠樁側(cè)阻力。如果土質(zhì)比較疏松，那么嵌入其中的樁就屬于端承摩擦樁。

3.2.4 摩擦端承樁

樁頂荷載靠的是樁端阻力，樁側(cè)阻力也有一定的作用，但是相比樁端阻力而言就顯得比較少了。

4 盾構動態(tài)施工對鄰近樁基的影響分析

4.1 樁體軸力的響應規(guī)律

隧道開挖以后，樁體會產(chǎn)生一定的附加軸力，其總軸力也隨之變大。當樁頂荷載固定時，樁洞距越大軸力越小，樁長越長軸力越大，樁徑越大軸力越大。樁身軸力的最大值在隧道水平軸線的地方。這種軸力的變化是因為樁和土層相對位移的變化導致的，也就是附加軸力形成的原因，附加軸力增大不是沒有限制的，當達到一定范圍就會出現(xiàn)樁身最大軸力值比樁體上部荷載大，此刻就要對樁體進行驗證。

4.2 樁體豎向位移響應規(guī)律

樁體埋深方向，樁頂沉降比樁端沉降相對較高。在樁體參數(shù)變化之后，樁體豎向位移有不同的變化：①荷載不同樁頂荷載越大，樁體豎向沉降也會相應變大；②樁長不同樁體承載機理樁的長度與樁體的豎向沉降成反比，短樁的側(cè)摩阻力發(fā)揮更加充分，樁和土之間位置前后相差較大，所以樁體的豎向沉降也就隨之而變大；③樁洞距不同來分析樁底和隧道水平軸線對齊的情況，樁洞距變大樁體的豎向位移就越小。這是由于工程施工導致土體比較疏松，樁體也就會產(chǎn)生相應的變化，而這時樁身豎向變形小于軸線以上的豎向變形樁洞距越大，土體損失對樁體的影響就小，樁身豎向變形在埋深方向上基本不變。

4.3 對土體應力狀態(tài)的影響

當隧道進行盾構掘進開挖時，處于穩(wěn)定狀態(tài)地層的周圍土體將會發(fā)生原始應力狀態(tài)改變，出現(xiàn)擠壓與松動、加載與卸載；當其應力狀態(tài)發(fā)生改變時就會對土體產(chǎn)生擾動，引起地層的隆沉。采用土壓平衡盾構開挖隧道時，將改變土體的應力狀態(tài)和應力路徑，且處在不同位置的點應力路徑也不相同。

4.4 對不良土層的影響

不良地層將會加大盾構施工難度，同理盾構也會對不良土層產(chǎn)生影響。例如，有些飽和的砂土或者砂質(zhì)粉土會在刀盤的切削與旋轉(zhuǎn)作用下發(fā)生土體的液化。由于襯砌都是環(huán)與環(huán)相連接，之間會存在縫隙，含有砂石顆粒的泥水滲透進入縫隙，將會導致土體的局部坍塌。

5 施工建議

雖然我國建筑行業(yè)經(jīng)過多年經(jīng)驗的積累有能力建造出結(jié)構穩(wěn)定、安全系數(shù)高建筑物，但地鐵隧道真正開始施工的時候，對周邊建筑物的保護還是有必要的，針對盾構施工的特點，提出幾條建議：

（1）由于以往住宅樓的勘察資料不全面，僅僅根據(jù)樁基施工記錄與地鐵隧道鄰近區(qū)域的勘察資料分析，土層差別較大，強風化巖與中風化巖交替變化，所以盾構施工過程要注意巖性變化對盾構掘進的影響。

（2）隧道穿越住宅樓時直接受影響的樁體盡可能的多一些，間接受影響的同時要均勻分布在這隧道的范圍內(nèi)，最好集中在隧道的中上部和側(cè)邊，也就等于在掘進中遇到較多的孤石，所以要求隧道盾構施工過程中，注意盾構姿態(tài)控制，避免發(fā)生線路偏移，一旦出現(xiàn)差錯很難糾正，進而對樁體的安全性構成威脅。

（3）盾構機在穿越施工時要緩慢進行，要根據(jù)土層的變化與樁體分布進行，建議采用相對較快的推進速度施工并采用盾尾同步注漿，注漿的過程需要注意用量和注漿速度，也要留意盾尾注漿的漿體中加入少許速凝劑等加速凝固的材料，使?jié){液在短時間內(nèi)凝固，來避免地面沉降。

（4）要注意防止管片環(huán)變形量過大對上部巖土體和建筑結(jié)構的不利影響，必須確保管片組裝精度，同時充分緊固接頭螺栓，必要時要作二次注漿。

（5）在盾構穿越施工過程中，加強對附近建筑物和周圍環(huán)境進行監(jiān)測（包括噪音污染等），及時反饋監(jiān)測信息并指導盾構穿越施工。

6 結(jié)束語

隧道盾構法進行作業(yè)對附近造成影響是必定的，這種施工導致原有的土地結(jié)構被破壞，在實際施工的時候，隧道的掘進勢必會對建筑物樁基有一定影響，進而對地面建筑物造成不同程度的影響，嚴重的甚至對建筑物的穩(wěn)定性非常不利，最終對人們的人身安全構成較嚴重威脅，所以希望上述的意見會對之后的工程有一定的幫助。

[1]白杉，周潔.我國隧道盾構掘進機的發(fā)展與和應用[J].2012.

[2]姚愛軍，向瑞德，衡朝陽.地鐵開挖過程與鄰近建筑地基變形的動態(tài)響應[J].2010.

[3]賀先德.臨近地鐵的深基坑圍護結(jié)構換撐技術研究[J].2014（03）.

U455.43

A

1004-7344（2016）04-0172-02

2016-1-20

胡俊（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事地鐵工程施工方面的工作。