地鐵盾構(gòu)近距離下穿既有建筑結(jié)構(gòu)影響分析

潘清

無錫地鐵集團有限公司 江蘇無錫 214000

1 設(shè)計方案數(shù)值模擬分析

1.1 三維模型建立

根據(jù)區(qū)間隧道與某特大橋的相對位置關(guān)系，采用巖土有限元軟件Plaxis3D建立三維模型進行數(shù)值計算分析。模型總長度為124m，總寬度為108m，深度約為75m。模型包含了隧道穿越段某縣特大橋橋墩、承臺、樁基及左右線兩條隧道。

(1)模型參數(shù)的選取。模型中的土體本構(gòu)模型選用小應(yīng)變土體硬化模型，可有效模擬軟粘土的剪切硬化和體積硬化過程，也可考慮砂土的剪脹性，同時可以反映出不同應(yīng)變水平下的剛度衰減規(guī)律，服從Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則。

(2)模型荷載的確定。根據(jù)盾構(gòu)下穿的實際施工方案，下穿橋梁均為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨度為32m的箱梁重約900t，橋梁墩頂長寬分別為6.0m×2.8m，利用高鐵橋梁橋面橫載和活載計算得到高鐵橋梁墩頂面荷載約為800kN/m2，結(jié)合模型中的隧道選取板單元進行模擬，隧道直徑為6.2m，壁厚為0.35m，材料為C50混凝土[1]。

1.2 盾構(gòu)下穿施工過程模擬

針對本工程的特點，結(jié)合工程設(shè)計方案，在Plaxis3D有限元軟件中通過凍結(jié)隧道范圍內(nèi)土體單元，激活管片單元，并進行斷面收縮來模擬盾構(gòu)掘進過程。整個隧道施工過程模擬按照實際施工順序進行分步開挖，先施工左線隧道，再施工右線隧道。

1.3 盾構(gòu)下穿施工結(jié)果分析

分析隧道下穿某縣特大橋橋墩頂面的位移影響，最大垂向位移為-0.413mm，施工過程中相鄰橋墩最大差異位移為0.191mm。隧道下穿引起橋墩頂面橫橋向最大位移為-0.558mm，橫橋向位移的最大差異量為0.248mm。隧道下穿引起的橋墩頂面順橋向最大位移為-0.936mm，順橋向位移的最大差異量為-0.369mm。綜上所述，隧道施工對特大橋橋墩頂面位移影響較小，各方向位移量及相鄰承臺的變位差異量均滿足控制要求。

2 地鐵盾構(gòu)施工對鄰近橋梁樁基影響的防護措施

地鐵施工本身屬于一項利國利民的工程，只有在地鐵施工階段，強化鄰近橋梁樁基、建筑的防護，將地鐵施工影響降到最低，才可保障施工的有序性，地鐵盾構(gòu)施工對鄰近橋梁樁基影響的防護措施主要如下：

2.1 橋梁樁基表型防護措施

橋梁樁基表型防護，必須要合理掌控橋梁樁基變形策略，合理應(yīng)用各種手段，強化指數(shù)的改善。在施工初期，工作人員需要依據(jù)自身閱歷與工作經(jīng)驗，合理挑選施工指數(shù)，正確改善工程開展情況。在施工過程中，要依據(jù)實際的變形情況，改善盾構(gòu)機械設(shè)備指數(shù)，降低其對附近橋梁樁基的干擾。橋梁樁基表型防護措施主要包括：掌控挖掘面，這也是地鐵隧道施工中的核心步驟，此階段需要采取有效措施，將土壓值與工作壓力維持在一定的范圍內(nèi)。不管土壓值過大還是過小，均會影響隧道施工。一旦壓力值超出規(guī)定范圍，將會導(dǎo)致地面凸起，不僅影響美觀還會增加交通事故發(fā)生的記錄。若壓力值較小，會導(dǎo)致地表沉降，影響地面交通結(jié)構(gòu)。

2.2 地鐵盾構(gòu)工程施工策略

想要實現(xiàn)安全防護的最終策略，不僅要依據(jù)實際情況，合理改善地鐵盾構(gòu)施工設(shè)備指數(shù)，還需要合理優(yōu)化地鐵工程施工，針對不同的施工工序，采取針對性的解決對策。地鐵盾構(gòu)施工策略主要包括：①合理應(yīng)用阻隔墻，在工程施工中阻隔墻防范技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，在施工過程要求具備一定的工作空間。在地鐵施工過程中，是在挖掘過程中添加阻隔墻，其目的是為防止挖掘設(shè)備對地鐵鄰近橋梁的威脅與影響，在樁基與隧道之間增加一道阻隔墻。在實際應(yīng)用中，阻隔墻能夠在地表、地下開展施工，借助密排打孔灌注樁，袖閥灌注漿等開展作用。②科學(xué)應(yīng)用樁基托換技術(shù)，針對陳舊的樁基需要及時將其替換，將新樁基作為地鐵隧道上層構(gòu)造物的負荷樁，促使樁基與工程地基基底構(gòu)成全新的樁基系統(tǒng)，兩者相互協(xié)作，共同承受上層荷載力，不斷完善與優(yōu)化原本的地鐵工程地基應(yīng)力，確保將橋梁下沉掌控在合理范圍內(nèi)。在地鐵盾構(gòu)施工中常用的樁基托換技術(shù)主要包括：樁基轉(zhuǎn)變層技術(shù)、張繼負壓板技術(shù)。③提升土地牢固度，土體牢固在工程安全防范策略中屬于關(guān)鍵性步驟，提升土地牢固度技術(shù)主要包括：噴射攪拌與化學(xué)注漿。噴射攪拌是借助樁基附近土壤的硬度，提升附近土壤的健全性，全面降低地鐵施工過程中對周圍橋梁樁基的干擾。化學(xué)注漿，是針對土壤開展相應(yīng)的化學(xué)灌漿，提升土壤的硬度與剛性，以此降低地鐵施工對周圍橋梁樁基的影響。

3 施工監(jiān)管

3.1 監(jiān)測點的設(shè)置

為了更好的監(jiān)測土層的變化情況，應(yīng)當(dāng)在管線的正上方布置監(jiān)測點以確保第一時間發(fā)現(xiàn)管線的變化，具體施工方法為：①人工開挖探坑，管線探明后采集坐標(biāo)并在現(xiàn)場做上標(biāo)識。②人工開挖監(jiān)測點時，管頂豎向位移監(jiān)測點采用測桿形式埋設(shè)于管線頂部結(jié)構(gòu)上，測桿地段采用混凝土與管線結(jié)構(gòu)或周邊土體固定，測桿外加保護管，保護管外側(cè)應(yīng)回填密實。

3.2 雜散電流防護

眾所周知，地鐵的供電為直流電，而與管道所并行的直流干擾會對日后地鐵運行以及油管安全造成不良影響，因此根據(jù)相關(guān)部門的規(guī)定，應(yīng)該由地鐵的建設(shè)公司提供資金，對于管道的散雜電流進行排流保護以確保施工的安全以及日后的安全保障。

4 結(jié)語

既有地鐵線路內(nèi)雙側(cè)同時對稱注漿的方法降低加固措施對既有線路的影響，通過自動化監(jiān)測指導(dǎo)施工，全程進行信息化施工管理，保證了施工的質(zhì)量和安全，對于繁華都市中心城區(qū)穿越既有線路區(qū)域，加固措施無法達到預(yù)期目標(biāo)時，此方法可作為輔助工藝保證既有線路的安全，但同時應(yīng)充分考慮到巖土工程施工的不確定性，做好應(yīng)急響應(yīng)措施，確定突發(fā)情況的處理機制，保證人身和財產(chǎn)安全。