樁基施工對鄰近地鐵盾構區間隧道的影響分析

李慧明

摘? ? 要：城市橋梁深大直徑樁基施工必然會對鄰近地鐵造成影響。以鄰近地鐵隧道區間擬建橋梁為背景，模擬不同水平凈距條件下的樁基施工過程，分析樁基施工過程中對鄰近隧道的影響規律，提出利于地鐵保護的樁基施工方法。

關鍵詞：城市軌道交通;安全保護;數值模擬;樁基施工

1? 引言

隨著地鐵的大規模建設和開通運營，地鐵沿線的土地資源利用價值不斷提升，城市交通體系也由傳統的地面交通模式向地下、地面、地上立體式交通模式轉變[1]，因此軌道交通保護區范圍內的橋梁樁基施工越來越頻繁，并朝著更近、更深方向發展。根據地基應力擴散理論，假定樁土間不出現滑移，樁側剪應力按照一定的角度由樁表面擴散到周圍土體中，當樁基與地鐵隧道水平間距過近時，樁基上部部分摩阻力必然通過地層傳遞給地鐵隧道，增加結構的附加應力。文獻[2]給出了區間隧道周邊樁基施工安全管理等級，提出5m的限制施工范圍;文獻[3]給出了樁基施工距區間隧道最小凈距3m的限值和設計、施工要求;文獻[4]分析研究了高層建筑樁基施工及樁基沉降對鄰近隧道可能產生的附加沉降進行了分析，發現樁基礎在隧道軸線方向引起的最大相對變形曲率發生在基礎邊緣附近，樁基沉降只是引起隧道變形的一部分。因此分析樁基施工對鄰近地鐵區間的影響，掌握相關經驗數據具有重要意義。

2? 工程概況

該項目地鐵盾構隧道直徑6m，上、下行線凈距9m，管片厚度300mm，位于2-2黏土層中，隧道頂覆土約9.8m。橋梁標準跨度分別為30m、40m、30m，樁基直徑均為1.8m，樁長約50m，承臺約8.5×7.5×4.5m，承臺Z1-Z4與區間隧道水平凈距分別為9.67m、8.1m、5.9m、4.36m，豎向凈距分別為5.47m、5.1m、5m、5.56m。場地內地下水主要賦存于人工填土中，以上層滯水為主，水量微弱。黏性土層分布廣泛，埋深淺，透水性和富水性均較弱，具有弱膨脹性。巖土及結構參數取值詳見表1。

3? 有限元模型

承臺基坑采用鋼板樁+內支撐支護;樁基施工采用泥漿護壁;橋面系統施工時采用腳手架支撐，將荷載直接加在地面上;橋梁使用階段將上部荷載直接加載到承臺上。本次模型中盾構管片采用板單元，使用線彈性模型;地層采用實體單元，使用修正摩爾庫倫模型;橋樁采用實體單元模擬，在樁周建立二維接觸單元模擬樁周摩阻力;鋼板樁采用板單元。模型采用位移邊界作為邊界條件，除上表面為自由邊界外，其余各外表面均約束法線方向的位移。模型尺寸為180m×120m×80m（縱向×橫向×豎向），如圖1。

4? 數值模擬結果

為分析樁基施工及不同水平凈距對臨近隧道的影響規律，按距離由近到遠模擬橋墩Z4、Z3、Z2、Z1施工及使用四個工況，每個工況施工步序如下：a.樁開挖;b.樁成樁;c.承臺開挖;d.承臺施工;e.承臺回填;f.橋墩上部結構施工及使用。盾構施工完成后，先進行初始地應力計算，將位移和剪力清零。根據不同工況中的施工步序進行分析，取各工況結束時位移值，其中樁基施工產生的土體擾動使隧道朝樁基側發生水平位移值較小，最大僅0.38mm，豎向位移計算結果如圖2所示。

5? 結論與建議

鄰近隧道橋梁樁基施工，荷載通過摩阻力傳遞到周圍土層中，在樁周產生附加應力，引起地層沉降，從而導致鄰近隧道產生豎向沉降，同時引起隧道襯砌變形和內力變化，對隧道產生不利影響。通過對比分析：（1）承臺施工前隧道均未發生隆起，可見采用泥漿護壁能有效減少成孔過程中對鄰近隧道的影響。當地質條件較差，泥漿護壁不能滿足要求時，建議采用鋼套筒跟進成孔施工工藝。（2）承臺土方開挖施工階段，隧道緩慢上浮，隧道隆起量約1.5mm，橋梁上部結構施工完成后最終沉降約2mm，整個施工過程豎向位移均能滿足運營隧道5mm控制值的要求。（3）超過一定直徑和深度的樁基施工對鄰近地鐵影響較大，還應對運營隧道采取自動化監測措施，確保軌道交通運營及結構安全。

參考文獻：

[1] 羅鳳霞，史海鷗，陳玉清，劉庭金等.地鐵結構安全保護典型事故案例分析[M].廣州，華南理工大學出版社，2015.

[2] 劉學增，王占生，袁聚亮，劉建國.地鐵隧道安全保護與對策[M].上海：同濟大學出版社，2018.

[3] 中華人民共和國住房與城鄉建設部.城市軌道交通結構安全保護技術規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[4] 婁曉明，劉建航.高層建筑樁基礎對鄰近隧道影響的監測與分析[J].同濟大學學報，2003（9）：1014～1018.