天橋樁基擾動對其安全性影響分析

湯麗立

(無錫市政設施管理處，江蘇無錫 214002)

0 引言

國內地鐵修建已日益走向高潮，在地鐵大規模修建的同時，突出了一個重要課題，即如何保證地鐵施工時盡可能小地擾動地上建筑物，使施工方案既經濟合理又安全可靠。長期以來的工程實踐證明，由于地層的各向異性和不均勻性，以及地層在施工擾動時發生的難以預測的不明確因素等，無論施工方案多么完善，都會或多或少地帶來一定程度上的地層位移和地表變形。在西北黃土地區修建地鐵在國內尚屬首次，濕陷性黃土結構對地下硐室的開挖將會帶來巨大的影響。如何減小這一施工影響，最大程度地保護地上建筑物，成為一個急需進行研究的問題。本文即通過對盾構機旁穿人行過街天橋樁基進行數值計算，完善了施工方案，以期能為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

某市地鐵一號線某區間隧道采用盾構法施工。在區間中某醫院門口有一過街天橋(見圖1)，該橋基礎為鋼筋混凝土樁基，橋體為簡支結構。樁基樁徑約0．8 m。

該區間隧道位于道路正下方，區間地勢較平坦。地貌單元屬黃土梁洼。地質剖面圖見圖2。

2 風險分析

毫無疑問，盾構機旁穿該天橋樁基時，無論速度多么平穩，都無法保證不對其造成一定程度上的擾動，從而可能會影響天橋使用的安全性，影響人民生命財產安全。為了確保萬無一失，決定采用先進的計算機技術對盾構通過期間帶來的地表變形進行分析預測。

2．1 數值模擬

本文選擇有限差分軟件FLAC進行數值分析。FLAC(Fast Lagrange Analysis of Continua，連續介質快速拉格朗日分析)是由美國ITASCA公司開發出的有限差分數值計算程序，主要適用于地質和巖土工程的力學分析。數值模型見圖3。

一般來說，隧道問題在沿向上均是平面應變的問題。基于計算機技術的進步，不必拘泥于圣唯南原理的局限性，可以盡可能大地選取模型范圍。所以，選取58 m×34 m×10 m(寬×高×長)的區域建立FLAC3D計算模型，模型共劃分13 360個單元，27 540個節點。

開挖模擬時，首先計算巖土體在自重荷載作用下的沉降，在沉降達到平衡后進行開挖計算，并計算一定的時步，使盾構隧道開挖對建筑物影響的研究盡量真實。計算時將天橋荷載(80 t計)平均分布作用在樁基上。樁體采用實體單元，對于地鐵隧道的混凝土管片，采用實體單元，混凝土襯砌的彈性模量為40 GPa，泊松比0．3，厚度為300 mm。

2．2 計算結果

限于篇幅，我們忽略中間過程，僅僅考慮雙洞貫通后的地層變形趨勢和位移。其中雙洞貫通后地層變形趨勢見圖4，圍巖位移云圖見圖5。

從數值模擬計算結果來看，如果不采取加固措施，則勢必引起地層有向右移動的趨勢，這樣一來，將有可能引起樁體的向右傾斜，從而造成天橋橋體的整體右偏。這樣兩個橋墩受到不平衡力的作用，產生一個彎矩，最終會產生事故。

隧道雙洞貫通后，從圍巖位移云圖來看，地面最大沉降值為15 mm，較之施工期間允許地面最大沉降值12 mm來說有點大了。

3 采取措施及其效果評價

3．1 采取措施

為了減小盾構機掘進時對樁體的側向擠壓和對周圍土體的擾動。特采取以下措施:

1)盾構機通過天橋時，其掘進速度控制在5 cm/min，土倉壓力控制在0．1 MPa～0．2 MPa，盡量保持土倉壓力穩定，以免壓力突變對周圍土體的擠壓而導致對樁體的破壞。

2)盾構機通過天橋時，同步注漿量控制在4 m3～5 m3、同步注漿壓力為1 bar～1．5 bar，控制好同步注漿壓力及注漿量，以減少盾構掘進對周圍土體的擾動。

3)及時對通過風險點前后10環管片進行二次補漿，注漿壓力1．5 bar～2 bar，并在該區段管片周圍進行支撐加固，防止管片滑動、上浮等對周圍土體擾動。

4)對天橋周邊地層進行袖閥管注漿加固，依據經驗布置袖閥管，在此不贅述。

5)對盾構機通過建筑物及人行天橋段，應加強人工復測，確保盾構施工精度，以減少施工誤差對周邊建筑物的影響。

3．2 效果評價

為了保證盾構通過期間天橋的安全性而采取的施工措施是否有效，還需要和現場監測結果進行對比分析方可知道。現場監測結果表明，橋體無傾斜現象，故傾斜度不列入比較表內。地表沉降的計算和實測結果對比分析見表1。

表1 地表沉降計算結果與現場實測值比較表 mm

從表1中數據可以看出，經過采取一定的施工措施后，該過街天橋周邊地表沉降最大值為－10 mm，處于地表允許沉降值－12 mm范圍內，表明施工措施切實有效。

4 結語

通過建立數值模型，進行計算盾構通過期間，樁基擾動對天橋的安全性影響分析，可以得到如下結論:1)本工程中，在采取施工措施后，地表最大豎向位移值為

－10 mm，處于安全可控范圍之內。同時也避免了天橋的傾斜。2)任何先進的施工技術，都存在一定程度上的欠缺。因此，

一定要制定合理的施工方案，并對施工方案進行驗證。借助計算機技術對工程風險進行分析，方便快捷，值得推廣。3)在施工中，盡可能采取信息化施工。

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