隔離樁防護(hù)措施在地鐵工程中應(yīng)用的思考

郭垚偉

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000)

0 前 言

近年來(lái)，為了解決日益嚴(yán)峻的道路擁堵問(wèn)題、緩解交通壓力，越來(lái)越多的城市選擇地鐵作為解決方案。然而，由于城市用地逐漸減少，建(構(gòu))筑物日益密集，地鐵線路選擇時(shí)不可避免要穿過(guò)許多建(構(gòu))筑物。對(duì)于地鐵隧道近距離側(cè)穿房屋建筑的情況，為了減少隧道開(kāi)挖對(duì)已有建筑造成影響，防止建筑物產(chǎn)生較大沉降和變形，在隧道和受保護(hù)建筑物之間設(shè)置隔離樁已經(jīng)成為一種常見(jiàn)的加固方法。但為了獲得較好的沉降控制效果，需要加長(zhǎng)隔離樁長(zhǎng)度，相應(yīng)的工程造價(jià)會(huì)大幅增加[1-2]。為解決這一矛盾，本文研究在隔離樁頂設(shè)置錨索，增強(qiáng)隔離樁抵抗由于隧道開(kāi)挖產(chǎn)生變形的能力，同時(shí)控制工程造價(jià)。

1 工程背景

南寧某地鐵盾構(gòu)隧道于里程ZDK14+4～ZDK14+130范圍側(cè)穿3棟18層居民樓，其中側(cè)穿建筑物最近水平凈距約4.25 m，側(cè)穿長(zhǎng)度約20 m，該建筑物主體為筏板基礎(chǔ)，四周裙樓為獨(dú)立基礎(chǔ)。盾構(gòu)隧道直徑6 m，該處線路坡度約28‰，隧道埋深約16.33 m，隧道上方地層主要為素填土、粉質(zhì)黏土、含黏性土圓礫和泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。隧道側(cè)穿建筑物剖面圖如圖1所示。為防止隧道開(kāi)挖土體擾動(dòng)對(duì)已有建筑物造成損壞，在盾構(gòu)隧道與建筑物之間設(shè)置一排隔離樁，隔離樁采用鉆孔灌注樁，直徑0.8 m，樁中心距0.95 m，樁頂設(shè)冠梁。

圖1 南寧某盾構(gòu)隧道側(cè)穿建筑物剖面圖(單位：mm)

2 隔離樁保護(hù)效果分析

借助有限元分析軟件，以南寧某地鐵盾構(gòu)隧道側(cè)穿高層住宅樓為工程原型，建立隧道側(cè)穿建筑物的有限元模型。分別比較不設(shè)置隔離樁、隔離樁深入隧道底部4 m、隔離樁樁底與隧道平齊三種條件下的建筑物沉降變形情況來(lái)分析隔離樁對(duì)建筑物的沉降控制效果。

2.1 建立模型

充分考慮隧道開(kāi)挖對(duì)周圍土體的影響，避免由于模型尺寸效應(yīng)影響模擬結(jié)果，本次模型尺寸均超過(guò)隧道5倍直徑影響范圍，模型尺寸為125 m×94 m×50 m，模型四周采用水平約束，底部采用豎直約束，上表面為自由邊界。側(cè)穿建筑物形式根據(jù)其荷載等效簡(jiǎn)化。土體本構(gòu)模型選取摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則。盾構(gòu)隧道襯砌、建筑物以及隔離樁采用彈性模型。選取建筑物地面四個(gè)角點(diǎn)作為沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。有限元分析模型如圖2所示，地層基本物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 地層基本物理力學(xué)參數(shù)

圖2 有限元分析模型

2.2 分析比較

工況1：未設(shè)置隔離樁。

工況2：設(shè)置隔離樁，隔離樁直徑0.8 m，中心距1.0 m，樁長(zhǎng)22 m，樁底與隧道底平齊。排樁長(zhǎng)度24 m，共設(shè)置25根隔離樁。

工況3：設(shè)置隔離樁，隔離樁直徑0.8 m，中心距1.0 m，樁長(zhǎng)26 m，深入到隧道底板以下4 m。排樁長(zhǎng)度24 m，共設(shè)置25根隔離樁。

建筑物沉降對(duì)比如表2所示。

表2 建筑物沉降對(duì)比

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)將數(shù)值模擬結(jié)果同施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明本次分析結(jié)果基本上可以模擬地面和建筑物的變形趨勢(shì)，建筑物沉降數(shù)據(jù)誤差可以滿足分析對(duì)比需求。建筑物沉降對(duì)比如表3所示。

表3 建筑物沉降對(duì)比

4 隔離樁保護(hù)新思考

綜合上述分析可以發(fā)現(xiàn)，隔離樁越長(zhǎng)，嵌固深度越大，對(duì)建筑物沉降的控制效果越明顯。然而隔離樁在增加長(zhǎng)度的同時(shí)工程造價(jià)也在增加，對(duì)于沉降的控制效果增加并不明顯。綜合國(guó)內(nèi)大量隧道側(cè)穿建筑物隔離樁設(shè)置形式及控制效果，同時(shí)考慮工程成本，本文考慮在隔離樁頂端增加設(shè)置錨索對(duì)沉降控制效果進(jìn)行分析。分別對(duì)上文中兩種隔離樁布置形式增加設(shè)置錨索進(jìn)行對(duì)比分析，錨索直徑42 mm,錨索長(zhǎng)度20 m。分析結(jié)果如表4所示。

表4 建筑物沉降對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以南寧地鐵某盾構(gòu)隧道側(cè)穿高層建筑物所設(shè)置隔離樁為例，通過(guò)建立有限元分析模型，分析不同樁長(zhǎng)條件下其沉降控制效果，并綜合分析國(guó)內(nèi)大量隧道側(cè)穿建(構(gòu))筑物工程案例，結(jié)論如下。

1)在一定程度內(nèi)增加樁長(zhǎng)可提高隧道開(kāi)挖對(duì)其附近建(構(gòu))筑物的沉降控制效果，同時(shí)其工程造價(jià)顯著增加。超過(guò)一定范圍后通過(guò)增加樁長(zhǎng)以增加對(duì)沉降的控制效果并不明顯，相應(yīng)的工程造價(jià)顯著增加。

2)在隔離樁頂設(shè)置錨索可有效減少建筑物不均勻沉降，同樣樁長(zhǎng)條件下，設(shè)置錨索可減少建筑物沉降約2～3 mm。相比增加樁長(zhǎng)，該措施工程造價(jià)相對(duì)較少，工程實(shí)用性更強(qiáng)。

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