論地鐵盾構(gòu)隧道施工對近接樁基影響

鐘柏榮

中交隧道工程局有限公司南京分公司

論地鐵盾構(gòu)隧道施工對近接樁基影響

鐘柏榮

中交隧道工程局有限公司南京分公司

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化運(yùn)動迅速興起，很多城市為了緩解交通壓力而修建地鐵。由于地鐵線路的密集分布，容易對近接樁基等建筑物產(chǎn)生影響。因此，在地鐵修建過程中采用盾構(gòu)隧道施工方法，不僅可以提高施工效率，而且對于周圍環(huán)境影響小，逐漸得到廣泛的應(yīng)用。故而，本文主要通過對于隧道盾構(gòu)施工方法在地鐵修建中對近樁基的影響情況進(jìn)行研究，結(jié)合具體的工程案例，提出一些有益的意見和建議，從而促進(jìn)隧道盾構(gòu)施工方法的更好應(yīng)用，有效降低地鐵施工對于周圍建筑和環(huán)境的影響。

地鐵；隧道盾構(gòu)；樁基；數(shù)值模擬

1 前言

為了有效緩解我國城市化建設(shè)過程中帶來的城市交通擁堵問題，很多城市開始修建地鐵，但是縱橫交錯(cuò)的地鐵網(wǎng)絡(luò)，使得線路之間的交叉概率不斷增多，從而使得地鐵隧道施工對于附近的建筑物產(chǎn)生較大的影響。為了有效降低地鐵施工對于周圍建筑和環(huán)境的影響，目前比較常見的就是就是采用隧道盾構(gòu)施工方法。本文主要通過對于地鐵隧道盾構(gòu)施工方法對于近接樁基的影響進(jìn)行研究，結(jié)合某市的地鐵工程案例，提出一些有益的意見和建議，從而進(jìn)一步促進(jìn)這種施工方法得到更加合理的應(yīng)用。

2 工程案例

某市地鐵二號線在修建過程中，盾構(gòu)隧道下穿樁基建筑，其對象為商用建筑和部分公共建筑。其中該建筑為磚混結(jié)構(gòu)，南北長度為120m，東西向?qū)挾葹?0m，樁基的樁徑為430mm，設(shè)計(jì)樁長33.0m，樁間距為2m，沿南北分布。在該市二號線地鐵隧道穿越的區(qū)間內(nèi)，隧道為平行雙線軌道，盾構(gòu)隧道外徑為6.5m，內(nèi)徑6.0m，隧道左右線的軸線間距16.0m。由于盾構(gòu)隧道右線從建筑的南面下方穿過。在下穿的區(qū)間內(nèi)，其土質(zhì)依次為雜填土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土，沙礫和中風(fēng)化砂巖等，而樁基位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土中，盾構(gòu)隧道在砂礫層中開挖推進(jìn)。

在本工程中，為了有效研究隧道施工對于上覆土層以及軟弱土層中樁基的影響，選擇FLAC3D有限差分軟件，利用數(shù)值模擬對于地鐵盾構(gòu)隧道施工過程中，近接樁基的影響情況進(jìn)行有效的分析和研究。

3 數(shù)值模型的構(gòu)建

一般而言，盾構(gòu)隧道的施工過程中，盾構(gòu)通過和后期的地形變化對于土體和樁基的影響最大。因此，在數(shù)值模型的構(gòu)建過程中，可以用D來表示盾構(gòu)直徑，L表示隧道軸線到樁基礎(chǔ)中心線的橫向距離，通過研究L/D的變化來研究隧道施工對于樁基的影響。

在利用軟件對于數(shù)值模型構(gòu)建的過程中，根據(jù)隧道穿越建筑物下方縱深，可以將問題進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)化成平面應(yīng)變分析，設(shè)定其橫向長度為100m，高度為50m，厚度為1m的區(qū)間。然后模擬盾構(gòu)隧道施工中土體變形的關(guān)系。同時(shí)，分別利用Shell結(jié)構(gòu)單元、Beam結(jié)構(gòu)單元和Pile結(jié)構(gòu)單元對于隧道襯砌、基礎(chǔ)承臺和樁基進(jìn)行模擬。對于Pile單元的耦合鏈接彈簧剛度參數(shù)，利用相關(guān)的公式進(jìn)行計(jì)算。最后進(jìn)行隧道和樁基相互作用的模擬數(shù)值計(jì)算。

4 對于數(shù)值結(jié)果進(jìn)行分析

在盾構(gòu)隧道施工的過程中，隧道右線正好位于樁基正下方，可以預(yù)測到出現(xiàn)三種沉降情況。一般而言，在Peck的沉降曲線寬度在100m左右，預(yù)測在正上方出現(xiàn)的最大沉降距離是18mm，這與無樁基的情況基本相一致。而在有樁基的情況下，沉降曲線的寬度就會大于100m，預(yù)測的最大沉降距離為38mm。同時(shí)，在有樁基的情況下，盾構(gòu)隧道施工過程中對于樁基周邊土體的影響，所產(chǎn)生的數(shù)值變化主要就是土體拱頂向地表發(fā)展，樁基的位移不超過30mm的等值線。由此可見，盾構(gòu)隧道施工對于樁基和周邊土體產(chǎn)生較大影響。

經(jīng)過相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，在無樁基的情況下，隧道拱頂上部的土體沉降從20mm漸漸增加至60mm，并且不具有連續(xù)性和非線性。當(dāng)土體位于地表以下大約30mm的時(shí)候，土體沉降并沒有發(fā)生較大變化。一旦深度達(dá)到超過30mm，土體沉降與深度成正比，迅速發(fā)生沉降，數(shù)值可能達(dá)到將近100mm。由于樁基不受土體深度的影響，因此沉降穩(wěn)定在30mm左右，但是樁端附近的土體會隨著深度增加出現(xiàn)快速的沉降。由此可見，在盾構(gòu)隧道施工的過程中，上部的樁基和土體共同發(fā)生沉降，但是由于樁土之間具有一定的摩擦力，樁體周邊土體沉降數(shù)值較大。

當(dāng)盾構(gòu)隧道和樁基的距離L/D=1的時(shí)候，在有樁基的情況下，地表沉降曲線變化減小，曲線寬度變化不大。同時(shí)，位于側(cè)邊界和樁基之間的地表，即使與隧道橫向間距減小，也并不會出現(xiàn)數(shù)值的較大下降。而這時(shí)的土體沉降不會出現(xiàn)與隧道軸線呈現(xiàn)對稱分布，更多的是向無樁基側(cè)發(fā)展。

當(dāng)L/D=3的時(shí)候，地表沉降曲線隨著距離變化，地表沉降變小，尤其樁基礎(chǔ)處的沉降不超過3mm，但是，樁基與隧道區(qū)間的地表沉降幅度較大。而土體沉降沿著盾構(gòu)隧道拱頂縱向發(fā)展，沉降等值線主要向有樁基區(qū)域相反的方向發(fā)展。

當(dāng)L/D=6的時(shí)候，地表沉降的數(shù)值變化情況基本上和L/D=3的情況相近，地表沉降曲線出現(xiàn)微小變化，稍微有效減小。樁基附近的地表沉降值在2mm左右。同時(shí)，隨著樁基和隧道軸線的距離減小，地表出現(xiàn)的沉降曲線下降程度比較大。由此可見，當(dāng)隧道軸線到樁基礎(chǔ)中心線的橫向距離在20m以內(nèi)的時(shí)候，模擬曲線的變化情況與實(shí)際的施工情況較為接近。同時(shí)，當(dāng)L/D=3的情況與L/D=6的情況基本比較接近，對于附近的樁基以及土體影響不大。

根據(jù)以上的數(shù)值結(jié)果分析可以看出，在這個(gè)地鐵隧道工程的施工過程中，當(dāng)在L/D等于0時(shí)，盾構(gòu)隧道施工的位置正處于附近樁基的正下方，所產(chǎn)生的縱向位移和影響也最大。當(dāng)L/D等于2時(shí)，位于側(cè)邊界和樁基之間的位移數(shù)值最大。當(dāng)L/D大于2時(shí)，影響逐漸降低，L/D的值超過6時(shí)，地鐵工程的隧道施工基本上對于樁基的影響就比較微小。

5 結(jié)論

綜上所述，通過構(gòu)建數(shù)值模型，研究盾構(gòu)隧道施工對于近接基樁的影響，可以有效促進(jìn)施工效率的提升，而且還可以降低對于樁基以及周圍建筑的影響。在該市的地鐵隧道工程施工中，可以有效根據(jù)L/D數(shù)值的大小，來判斷對于近接基樁的以及附近土體的影響，其中模擬數(shù)值與實(shí)際的效果比較接近，有效的指導(dǎo)了工程的建設(shè)。

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[2]趙俊,劉維,甘鵬路.盾構(gòu)隧道施工對鄰近樁基的影響研究[J].路基工程,2013(4):96～102.

[3]朱玉龍,趙青,朱得海,張亞芬,李力.盾構(gòu)隧道施工對鄰近橋梁樁基的影響分析[J].路基工程,2016(3):167～170.

本文由鐘柏榮2015年10月寫于佛山市佛山城市軌道交通2號線（一期）TJ2標(biāo)工程項(xiàng)目部，在項(xiàng)目部任職總工程師