地鐵明挖法隧道結構下部增設工程樁的受力分析研究

高 鯤

(中鐵二院工程集團有限公司， 四川成都 610031)

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地鐵明挖法隧道結構下部增設工程樁的受力分析研究

高 鯤

(中鐵二院工程集團有限公司， 四川成都 610031)

文章采用MIDAS_GEN結構計算軟件，研究分析了城際鐵路礦山法隧道下穿地鐵明挖法隧道施工，為了保證地鐵明挖法隧道的安全，在明挖隧道底板下方增設工程樁，由此導致明挖隧道結構的內力重分布。在分析中，根據不同的邊界條件建立了不同的模型。對比分析得知：在建模計算時，可采用將樁基模擬為豎向約束來進行受力計算和配筋，相比于不設置樁基的邊界條件，邊支座要加強配筋，跨中適當減弱配筋； 應將樁基模擬為固定支座的計算結果與不設樁基的計算結果互相驗算，包絡設計；同時應驗算樁頭配筋是否能夠承受樁頭彎矩。

地鐵； 明挖法隧道； 礦山法隧道； 工程樁

隨著我國城市地鐵建設的飛速發展，地鐵隧道施工的外部邊界條件也變得越來越復雜。其中，地鐵隧道下穿既有建構筑物或其它隧道下穿地鐵隧道等，均為研究的熱點和難點。

本文以實際工程為例，運用MIDAS_GEN結構計算軟件建立模型，分析計算因某城際鐵路礦山法隧道下穿地鐵明挖法隧道，而引起的內力重分布特性。

1 工程概況

在東莞地鐵R2線某站區間，設置有一段明挖法隧道。在此明挖法隧道段下方為擬建某城際鐵路項目的礦山法隧道，平面關系如圖1所示。城際鐵路礦山法隧道與地鐵明挖法隧道圍護結構樁底最小豎向距離約0.7 m，與地鐵明挖隧道底板最小豎向距離約6.5 m，夾層土主要為<6-3>硬塑狀粉質粘土，縱斷面關系如圖2所示。由于礦山法隧道施工進度滯后等原因，造成很難滿足礦山法隧道施工在前、地鐵明挖法隧道施工在后的工序要求；經研究與協調，擬變更為明挖隧道先做，礦山法隧道后做，明挖隧道增設工程樁為礦山法隧道下穿通過提供條件。工程樁沿明挖結構的側墻及中隔墻等間距布置，并在樁頂設置了縱向連梁，標準斷面如圖3所示。

圖1 上部明挖法隧道與下部礦山法隧道平面關系

圖2 上部明挖法隧道與下部礦山法隧道縱剖面關系

圖3 明挖隧道結構增設工程樁典型斷面(單位:mm)

2 建模思路及分析

上部為明挖法隧道結構，下部為礦山法隧道，而且先上后下施工，為了防止下部礦山法施工的影響，在明挖主體結構下部增設工程樁是有必要的，但是，增設工程樁之后，對主體結構的內力分布影響較大，且由于邊界條件為假設，存在不可確定性；計算中，只能選取最不利工況，即：礦山法隧道溜塌導致明挖隧道底板下部土體塌空，因為設置樁基之后，即使是礦山法隧道施工中沉降控制在規范允許的范圍內，也會導致明挖隧道主體結構與地基土體脫離。

為了進行對比分析研究，首先根據邊界條件的不同，建立不同的計算模型，模型的具體分類如下：

(1)模型1：原始條件，無樁，下部土體穩定，如圖4所示。

(2)模型2：變更后，設樁，并將樁模擬為豎向約束，下部土體塌空，如圖5所示。

(3)模型3：變更后，設樁，并將樁模擬為固定支座，下部土體塌空，如圖6所示。

(4)模型4：變更后，設樁，模擬無剛度折減的樁，下部土體塌空，如圖7所示。

(5)模型5：變更后，設樁，模擬剛度折減后的樁，下部土體塌空，如圖8所示。

圖4 模型1

圖5 模型2

圖6 模型3

圖7 模型4

圖8 模型5

設置樁以后較未設樁前，頂板的邊支座、側墻的上邊支座彎矩有一定程度增加，增加幅度約20 %；底板邊支座彎矩是增大還是減小，與樁的剛度有直接關系，剛度極大則增加，剛度有限則適當減小。頂板跨中彎矩均減小約9 %，底板跨中彎矩減小約30 %。

3 存在的問題

由于樁基是按照嵌巖樁設計，因此在模型計算中，樁基模擬過程中長度的選取存在一定問題。明挖隧道下部塌空不可能一直塌空到樁底。計算模型中，樁長模擬多少存在不可確定性(模型4、模型5均按照夾層土塌空模擬樁長)。

設置工程樁后，樁基除了按照建筑、橋梁等樁基設計規范設計之外，由于樁基與主體結構是剛性連接的關系，因此還應充分考慮樁頭的配筋是否能夠滿足彎矩計算要求。

樁基設置在側墻及中隔墻下方，間距約6 m均勻布置。這可能導致明挖隧道結構墻體變為跨度為6 m的深受彎構件，此問題有待進一步分析研究。

4 結束語

明挖隧道結構下部設置工程樁，在模型計算時，可采用將樁基模擬為豎向約束來進行受力計算和配筋。相比于不設置樁基的邊界條件，邊支座要加強配筋，跨中適當減弱配筋。同時，應將樁基模擬為固定支座的計算結果與不設樁基的計算結果互相驗算，包絡設計。最后，還應驗算樁頭配筋是否能夠承受樁頭彎矩。

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[定稿日期]2017-02-19