涉鐵樁基施工對(duì)地鐵隧道影響分析

洪 雷

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 210017)

0 引言

隨著城市交通網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，不可避免地會(huì)對(duì)既有地鐵隧道周圍進(jìn)行工程建設(shè)，引起隧道結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)地層應(yīng)力重分布，導(dǎo)致隧道位移變化[1]，進(jìn)而影響地鐵的正常運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)期隧道變形明確要求結(jié)構(gòu)最大絕對(duì)變形量不能超過20mm，變形曲率半徑不小于1/15000，相對(duì)彎曲不大于1/2500[2]。

鄰近隧道的樁基開挖施工引起土體應(yīng)力釋放，會(huì)對(duì)既有隧道產(chǎn)生擠壓、拉伸等不利影響[3]，且不同位置處的樁基施工對(duì)隧道周圍土體的應(yīng)力重分布及地表沉降影響程度不同[4]，丁競(jìng)煒[5]認(rèn)為橋梁樁基施工與既有盾構(gòu)隧道最小凈距為3.42m時(shí)，可以利用深護(hù)筒鉆孔灌注樁技術(shù)有效控制隧道變形，而張超等[6]認(rèn)為全套筒的施工方式會(huì)在套管旋進(jìn)隧道水平軸線以下后，套管會(huì)對(duì)隧道產(chǎn)生擠壓作用，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橢圓變形，且樁體的施工順序也會(huì)顯著影響隧道變形與安全[7]，為保證隧道結(jié)構(gòu)安全，需要對(duì)樁基施工一定范圍內(nèi)的隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

因此，根據(jù)實(shí)際工程鄰鐵樁基的開挖施工過程中隧道結(jié)構(gòu)水平、沉降及收斂變形檢測(cè)數(shù)據(jù)，研究不同位置樁基施工過程中對(duì)隧道結(jié)構(gòu)變形及穩(wěn)定性影響，同時(shí)對(duì)樁基施工過程中隧道病害進(jìn)行分析，給出盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)期不同病害治理措施。

1 樁基施工對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)影響分析

依托寧馬(南京至馬鞍山)高速公路油坊橋互通HR匝道段建設(shè)工程，基于現(xiàn)場(chǎng)樁基施工過程中隧道結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析樁基施工各階段隧道結(jié)構(gòu)位移變化，不同位置樁基施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響程度及施工全過程對(duì)隧道穩(wěn)定性影響。

1.1 工程概況

油坊橋匝道是國(guó)家高速公路G42(南京繞城公路)與南京跨江快速路環(huán)線(繞城公路、長(zhǎng)江五橋)和快速內(nèi)環(huán)射線(鳳臺(tái)南路)以及龍翔大道、126省道交叉的樞紐互通。分離式高架(HR)采用61.5m鋼箱梁+2×30m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支組合箱梁跨越地鐵2號(hào)線、聯(lián)絡(luò)線、規(guī)劃8號(hào)線，下部采用柱式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁體平面位置如圖1，施工現(xiàn)場(chǎng)見圖2，鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)10m范圍內(nèi)采用鉆孔灌注樁全套管施工，即5號(hào)樁基與7號(hào)樁基采用一般鉆孔灌注樁施工，6號(hào)樁基采用全套管施工方案，能夠有效避免孔壁坍塌及縮孔事故，減小對(duì)現(xiàn)役地鐵隧道等構(gòu)筑物及地下管線影響，樁基長(zhǎng)度為45m，打穿軟土層，隧道結(jié)構(gòu)埋深為8m。HR匝道5～7號(hào)樁從2020年4月20日開始至2020年5月14日結(jié)束，具體施工順序?yàn)椋簶痘鵋R5-1～5-5施工時(shí)間為4月20日-5月1日；樁基HR6-1～6-4及樁基HR7-1～7-4施工時(shí)間為5月2日-5月14日。

圖1 涉鐵樁基位置及監(jiān)控平面布置圖

圖2 涉鐵樁基現(xiàn)場(chǎng)施工

工程所處長(zhǎng)江漫灘軟土地區(qū)，樁基處軟土深度達(dá)35～40m，屬中壓縮性地基土，下層為細(xì)砂或圓礫層持力層，顆粒級(jí)配性較好。

1.2 樁基施工對(duì)現(xiàn)役地鐵隧道變形影響

以既有地鐵隧道上行線為研究對(duì)象，地層中既有樁基荷載會(huì)顯著改變鄰近地鐵隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，且影響程度各有不同。

如圖3所示，隧道沉降變形從6號(hào)、7號(hào)樁施工過程中開始增大，而5號(hào)樁施工過程中沉降沒有明顯增大，說(shuō)明距離隧道橫向距離大于14m的樁基施工對(duì)隧道沉降影響較小，7號(hào)樁的施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響更小，故隧道沉降變形可認(rèn)為是全套管施工的6號(hào)樁基所引起的，最大沉降變形小于6mm，且施工完成后沉降變形并不會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)根據(jù)整個(gè)施工過程分析，一般的鉆孔灌注樁對(duì)于土層豎向受力的影響有限，主要因素在于全套管施工過程中的沉管過程，從監(jiān)測(cè)結(jié)果可知全套管施工對(duì)隧道豎向變形的影響較小，且影響范圍在S02～S07監(jiān)測(cè)點(diǎn)外的隧道結(jié)構(gòu)基本無(wú)變形產(chǎn)生。

圖3 不同施工階段地鐵隧道沉降變形分布圖

如圖4所示，5號(hào)樁施工對(duì)于隧道水平位移影響同樣很小，影響范圍與沉降變形基本一致。但6號(hào)、7號(hào)樁基施工過程中隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大的水平位移，最大變形近14mm，原因在于全套管施工過程中鋼管旋進(jìn)時(shí)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的擠壓作用，同時(shí)最先施工5號(hào)樁基在隧道結(jié)構(gòu)右側(cè)產(chǎn)生一定范圍的應(yīng)力釋放區(qū)，使得全套管施工的6號(hào)樁基產(chǎn)生的擠土效應(yīng)更為顯著，導(dǎo)致S03～S06監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的水平位移。

圖4 不同施工階段地鐵隧道水平位移分布圖

1.3 樁基施工期地鐵隧道收斂穩(wěn)定性分析

地鐵隧道收斂變形是指運(yùn)營(yíng)過程中，隧道結(jié)構(gòu)因?yàn)槭艿降孛妗⒅苓吔ㄖ镓?fù)載及土體擾動(dòng)、隧道周邊工程施工及隧道工程結(jié)構(gòu)施工、地鐵列車運(yùn)行振動(dòng)等綜合影響導(dǎo)致土層應(yīng)力重分布后而造成的隧道結(jié)構(gòu)徑向變形。本工程主要體現(xiàn)在樁基施工過程中地鐵隧道穩(wěn)定性影響。

圖5為樁基施工全過程中隧道結(jié)構(gòu)收斂變形變化，樁基施工準(zhǔn)備期和5號(hào)樁基施工過程中，隧道收斂變形很小且基本無(wú)變化，說(shuō)明外部擾動(dòng)以及距隧道大于14m的樁基施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性基本無(wú)影響，但6號(hào)樁基與7號(hào)樁基施工過程中，隧道收斂變形明顯增大，S04、S05與S06三測(cè)點(diǎn)位置處變形最大，樁基施工對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響也只在一定范圍內(nèi)，收斂變形最大處近15mm，接近結(jié)構(gòu)變形限值，原因在于全套管樁基施工過程中產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)力過大，擠土效應(yīng)的影響范圍大于8m，最終導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)收斂變形較大。全套管施工過程中需要在隧道和樁基之間設(shè)置應(yīng)力釋放孔，用于減小套管旋進(jìn)施工過程中對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的擠壓作用[6]。

圖5 樁基施工過程隧道收斂變形時(shí)程圖

2 樁基施工導(dǎo)致地鐵隧道新增病害分析

地鐵隧道由于外部地層應(yīng)力重分布，隧道結(jié)構(gòu)不僅會(huì)產(chǎn)生變形，同時(shí)也會(huì)伴隨著病害產(chǎn)生。

如圖6所示，本項(xiàng)目樁基施工過程對(duì)隧道結(jié)構(gòu)檢測(cè)過程中，HR6-3施工期間，管片出現(xiàn)大幅擴(kuò)張，且5月14日有突變，后經(jīng)人工校核，地鐵結(jié)構(gòu)確實(shí)存在較大變形；6-3樁基施工完成后，變形速率平穩(wěn)。同時(shí)樁基施工過程中隧道管片出現(xiàn)明顯濕跡，說(shuō)明樁基施工導(dǎo)致的隧道結(jié)構(gòu)防水層的密閉性產(chǎn)生影響。由于結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的盾構(gòu)隧道病害的主要原因在于管片的位移和注漿層的穩(wěn)定性不足，地下水鄰近隧道結(jié)構(gòu)的樁基施工過程中應(yīng)重點(diǎn)觀察管片錯(cuò)位變形和隧道防水層的密閉性，防止病害進(jìn)一步發(fā)展，威脅隧道結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營(yíng)。

圖6 樁基施工期地鐵隧道新增病害

具體處理措施為：對(duì)于管片錯(cuò)臺(tái)較大位置進(jìn)行加固處理，在相鄰管片中插入鋼筋條，防止產(chǎn)生較大裂隙，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)；對(duì)于管片間出現(xiàn)滲水病害，應(yīng)根據(jù)滲水量分別進(jìn)行處理，滲水量較小的部位，是由于防水層產(chǎn)生了細(xì)微裂縫，對(duì)整體隧道結(jié)構(gòu)影響小，采用水泥嵌補(bǔ)即可，對(duì)于滲水量加大部位，可能產(chǎn)生了一定規(guī)模的貫穿裂縫，采用化學(xué)壓力注漿進(jìn)行封堵，增設(shè)內(nèi)部防水層。

3 結(jié)論

通過分析涉鐵樁基施工過程中隧道結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

(1)樁基施工距隧道結(jié)構(gòu)越近，影響越大，間距超過14m，擾動(dòng)影響可以忽略。

(2)鄰鐵樁基采用灌注樁全套管施工對(duì)隧道沉降變形影響很小，但會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擠壓作用，擠土效應(yīng)影響范圍超過8m，產(chǎn)生較大的水平及收斂變形，在施工過程中需要在隧道和樁基之間設(shè)置應(yīng)力釋放孔。

(3)施工過程應(yīng)對(duì)隧道管片結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)滲水進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)，對(duì)于出現(xiàn)的管片錯(cuò)臺(tái)和管片滲水需要進(jìn)行病害治理，管片變形較大位置及時(shí)進(jìn)行加固處理，防水層裂縫應(yīng)及時(shí)進(jìn)行嵌補(bǔ)或壓力注漿封堵。