論隧道施工對周圍樁基的影響與控制

摘 要：首先討論了隧道施工對周圍樁基的不利影響分析；然后利用有限差分軟件，分析了既有群樁（2×2）受隧道施工的影響，考慮了樁長、樁距隧道間的水平距離等因素變化時樁及樁間土的響應；最后總結了幾種常見的樁基控制保護措施。

關鍵詞：隧道；群樁基；施工；影響

中圖分類號：TU文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）11-0392-02

0 前言

當隧道施工近接已有群樁施工時，會打破承臺、樁及樁間土三者之間原有的平衡，使樁處于被動受荷狀態，在樁基中引起附加應力，這將對樁基的承載機制與變形特性產生不利影響，進而影響到上部結構的安全和正常使用。隧道掘進過程會引起地層損失，產生地層移動，導致隧道周圍土體的應力應變狀態發生很大變化。

1 隧道施工對周圍樁基的不利影響分析

當樁端位于隧道水平軸線以上時，樁周土體發生向下的位移，會使樁周產生負摩擦力，樁身軸力增加，沉降增大，樁端土的端承作用降低，樁的承載能力下降，此時樁體以沉降變形為主，側向彎曲變形和水平變形為輔。當樁端位于隧道水平軸線以下時，軸線以上樁周土體向下位移，使樁體發生沉降，軸線以下樁周土體發生隆起，使樁體向上位移，如圖1所示，此時樁的兩端受壓，樁體以側向彎曲變形和水平變形為主，豎向沉降變形為輔。在垂直于樁體縱軸方向，由于樁體具有一定剛度，隧道周圍土層的移動會因為樁的遮攔作用而發生變化，靠近隧道一側的樁周土體移動較大，可能會與樁體發生脫離，樁側土壓力大幅度減小，而遠離隧道一側的樁周土體移動較小，土體與樁體沒有發生脫離或者脫離程度較小，樁側土壓力變化不大，這樣樁體兩側存在較大的土壓力差，也會引起樁體發生水平位移和彎曲變形。

當隧道由遠逐漸向樁基位置掘進時，樁身的內力和變形會逐漸增大；當隧道掘進至樁基位置時對樁基的影響最不利，即樁的內力和變形最為明顯；當隧道由近逐漸遠離樁基位置而向前掘進時，樁身的內力和變形逐漸趨于穩定。

2 樁與隧道水平距離變化時群樁及樁間土的反應

設定前排樁與隧道間的水平距離d分別為4.5m、6m、7.5m、9m，樁長25m。

2.1 前排樁

隨著樁與隧道水平距離的增大，樁身軸力、彎矩、水平位移和豎向沉降等均有不同程度減小。因為離隧道越近，土體受隧道施工的擾動程度越大，土體的水平位移和豎向沉降越大。土體水平位移增大，引起樁身彎矩和水平位移增大。土體豎向位移增大引起樁土之間的差異沉降增大，樁周土提供的側向摩阻力越大，所引起的樁身軸力比遠離隧道的樁身軸力要大，軸力的增大必然導致豎向沉降增加。如圖4所示，當樁與隧道距離分別為4.5m，6m，7.5m，9m時，樁身最大軸力分別為670KN，530KN，480KN，380KN，樁身彎矩最大值分別為229KN#8226;m，114KN#8226;m，65N#8226;m，31KN#8226;m，水平位移最大值分別為12.7mm，9.4mm，7.5mm，6.4mm，豎向沉降最大值分別為6.6mm，6.0mm，5.8mm，5.3mm。

2.2 后排樁

對于后排樁的彎矩、水平位移和豎向沉降，在分布形式上與前排樁相似，由于受前排樁“遮攔作用”的影響，在數值上要明顯小于前排樁。對于后排樁的軸力，在分布形式與前排樁不同，后排樁的軸力最大值在樁頂，而前排樁的軸力最大值在隧道軸線處；在數值上，后排樁的軸力大于前排樁的軸力。后排樁的軸力、彎矩、水平位移和豎向沉降的分布曲線如圖5：

3 減小隧道施工對周圍樁基影響的控制措施

3.1 積極的保護控制措施

積極的保護措施是指通過優化施工參數來減小對周圍既有樁基的不利影響。首先根據當地的地質條件和水位條件，以及隧道的設計要求來選擇合理的隧道開挖方式。然后根據經驗確定施工參數，同時對隧道施工可能引起的不利影響進行預測，優化選取和本工程相適應的施工參數。做好信息化施工，加強隧道內部圍巖的變形以及地面的變形量測，利用反饋信息及時優化施工參數，嚴格控制地層移動，以保證周圍樁基的安全和正常使用。對于盾構隧道，如果能夠控制好盾構附加推力和注漿參數、減小超挖、及時襯砌，就可以減小隧道開挖對周圍樁基的影響。

3.2 工程控制措施

工程措施主要是指通過設置隔斷、加固樁周土體、進行樁基托換等工程方法來保護周圍樁基。對于地層變形比較敏感和上部結構變形控制標準較高的隧道，僅通過優化施工參數來減低對樁基的影響是不現實的，有必要采取一定的工程保護措施。

（1）隔斷：隔斷就是在地層中引入結構單元來加強地層結構。這種結構單元不是在建隧道的一部分，與被保護的結構也沒有聯系。隔斷可由鋼板樁、地下連續墻、樹根樁、深層攪拌樁和挖孔樁等構成，主要用于承受由地下工程施工引起的側向土壓力和由地基差異沉降產生的負摩阻力，它能阻斷由于隧道開挖引起的圍巖應力的傳播，使應力通過樁體傳遞到下面的持力層中，即隔斷了巖層中變形的傳遞，從而達到降低開挖對建筑物基礎累積沉降及差異沉降量的影響。還需注意，隔斷墻本身的施工也是近鄰施工，故施工中要注意控制對周圍上體的影響。

（2）土體加固：土體加固包括隧道周圍土體的加固和建筑物地基的加固。前者通過增大隧道周圍土體的強度和剛度，以減少或防止周圍土體產生擾動和松弛，從而減少對近鄰建筑物的影響，保證建筑物的正常使用和安全。后者通過加固建筑物地基，提高其承載強度和剛度而抑制建筑物的沉降變形。這兩種加固措施一般采用化學注漿、噴射攪拌等地基加固的方法來進行施工。當地面具有施工條件時，可采用從地面進行注漿或噴射攪拌的方式來進行施工。注漿技術，是指利用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密的方式，將土顆粒或巖石裂隙中的水分和空氣排除占據其位置，經一定時間后，漿液將原來松散的土粒或裂隙膠結成一個整體，形成一個結構新、強度大、防水性能高和化學穩定性良好的“結石體”。注漿的實質在于膠結、增強與加固，它使松散、被擾動的低品質的土體材質變成高品質的材質。對樁側進行壓力注漿，即要解決因地鐵隧道施工及降水施工引起的樁周地層的擾動、松散問題，改善樁周土體的工作性能，使土體固結、穩定，提高其抗壓、抗剪的能力，進而保證樁基承載力正常發揮，達到加固樁基的目的。當地面不具備施工條件或不便從地面施工時，可以采用洞內處理的方式，主要是洞內注漿。

（3）建筑物本身加固：該方法實際上是對建筑物本身進行加固，使其結構剛度加強，以適應地基土變形而引起建筑物變形的一種工程保護方法。對建筑物本體進行加固的措施有多種，如可以通過加筋、加固墻、設置支撐等來直接對建筑物上部結構進行加固，也可通過加固樁，錨桿等對建筑基礎進行加固。