盾構隧道在圓礫地層側穿樁基變形分析

□文/歐 敏

受城市用地限制，盾構隧道側穿既有建筑物情況時有發生[1～2]且穿越地層地質情況復雜，增加了盾構開挖風險及高層建筑物變形控制的難度。為此提出在盾構穿越前，在隧道與建筑物樁基間打設一排旋噴樁進行隔離加固的方法，以減少盾構開挖對既有樁基的影響。

1 工程概況

某地鐵盾構隧道側穿既有高層建筑物區域，見圖1和圖2。盾構管片采用6m直徑，厚度300mm，環寬1.5m，線間距15m，隧道埋深約14m。盾構自南向北掘進，先掘進右線，再掘進左線隧道。既有建筑物為19層框架結構，樁基為500mm長螺旋鉆孔樁，樁基持力層為圓礫層。工程地質報告顯示盾構穿越地層為富水圓礫層。

圖1 區間隧道與高層建筑平面關系

圖2 區間隧道與高層建筑 剖面關系

2 加固方案

1）在盾構隧道距離建筑較近段（最小凈距約1.24 m），采用袖閥管注漿加固。袖閥管埋設在隧道外側0.5 m處，橫向間距0.6m，縱向間隔1m，進入隧道底3m，長23.31m，施工階段根據圓礫層含泥量、含水量、圓礫尺寸等確定注漿參數。

2）其余地段，考慮到圓礫層注漿效果難以控制，隧道外0.6m處采用雙排φ800mm@600mm旋噴樁隔離，旋噴樁樁長約23.31m。

3 有限元分析

建模計算采用PLAXIS巖土有限元分析軟件。結合工程實際情況并考慮邊界影響，建立二維平面模型。

3.1 計算模型假定

1）土體為各向同性、均質的理想彈塑性體。

2）初始地應力在模型計算只考慮土體自重應力，不考慮地下水的影響；忽略巖土體構造應力，使巖土體在自重作用下，土體達到平衡，而后再進行盾構施工的開挖。

3）模型中所選用的地層參數，參照本區間工程地勘報告中所給出的土體參數進行選取，見表1。

表1 地層物理力學參數

4）房屋樓面荷載按每層15kPa考慮。

計算分析時，土體采用實體單元模擬，隧道管片、樓板、墻體及筏板基礎采用殼單元模擬，柱子及條形基礎采用線性梁單元模擬，見表2。邊界采用位移邊界條件，水平向四周采用水平約束，豎向在模型底部采用豎向約束。

表2 管片及房屋結構材料參數

3.2 施工工況模擬

3.2.1 工況

工況一：盾構側穿時不采取任何加固措施。

工況二：盾構側穿時對房屋進行注漿、旋噴樁隔離。

3.2.2 數值分析步驟

1）初始地應力：激活地層網格，激活自重，計算平衡后清零。

2）施工樁基、地下室及施加建筑物荷載。

3）盾構隧道開挖按較為嚴格控制，地層損失率取5‰。

3.3 計算模型及計算結果

建模計算采用PLAXIS巖土有限元分析軟件，平面模型進行計算。結合工程實際情況并考慮邊界影響，模型尺寸取 53m×34m（X×Y），見圖3。

圖3 整體計算模型

1）工況一計算結果見圖4和圖5。

圖4 地層豎向位移

圖5 樁基位移

由圖4和圖5可知，不加固地層條件下，盾構施工過程中，地層最大豎向位移16.13mm，樁基最大豎向位移8.56mm，最大水平位移1.60mm。

2）工況二計算結果見圖6和圖7。

圖6 地層豎向位移

圖7 樁基位移

由圖6和圖7可知，注漿、旋噴樁隔離加固條件下，地層最大豎向位移7.81mm，盾構施工過程中樁基最大豎向位移3.88mm，最大水平位移0.987mm。

4 結論

根據計算結果可知，加固隔離保護的技術措施對抵抗地表沉降、樁基變形有顯著效果，加固措施對盾構安全通過該高層結構起到重要作用。□■

[1]鄭知斌，劉 軍，李東海，等.雙線盾構隧道穿越對既有結構變形的影響研究[J].市政技術,2009，27（3）：287-289.

[2]馬忠政，馬險峰，徐前衛，等.盾構穿越橋梁樁基的托換及除樁施工技術研究[J].地下空間與工程學報,2010，6（1）:105-111.