地鐵盾構(gòu)開挖對(duì)臨近建筑物樁基影響度分析

馮景偉

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市交通發(fā)展的腳步也是愈來愈快，為了解決交通擁堵的問題，發(fā)達(dá)城市開始建立起地下鐵路交通。因?yàn)榈叵妈F路主要建立在城市繁華的中心地區(qū)，而且絕大部分建筑物是以樁為基礎(chǔ)建造的，這便會(huì)遇到隧道經(jīng)過建筑物樁基的現(xiàn)象，當(dāng)列車經(jīng)過時(shí)就會(huì)對(duì)附近樁基造成一定影響，對(duì)上面的建筑物也就造成了一定的威脅，而這對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將帶來一定影響。所以，通過探索盾構(gòu)施工和鄰近樁基礎(chǔ)之間的關(guān)系，可以對(duì)樁基礎(chǔ)上面的建筑進(jìn)行保護(hù)，保證鐵隧道順利施工而又不對(duì)附近建筑物造成影響。

關(guān)鍵字：地鐵 盾構(gòu) 樁基 影響

1、盾構(gòu)法的起源及發(fā)展

盾構(gòu)法最早是歐洲人在上世紀(jì)創(chuàng)立的，靈感來自于蛀蟲挖洞，英國(guó)想要在倫敦地下修運(yùn)河隧道的想法提出之后，又對(duì)具體挖掘方案和工具等問題展開辯論，從那時(shí)候開始對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)開始了深入研究。之后盾構(gòu)技術(shù)機(jī)緣巧合被引入歐美，蘇聯(lián)等很多發(fā)達(dá)國(guó)家，雖然都在一定程度得到了發(fā)展，但是不同國(guó)家發(fā)展情況也是不一樣的。20世紀(jì)中后期盾構(gòu)技術(shù)傳到了我國(guó)。隨著盾構(gòu)機(jī)制造業(yè)的發(fā)展，盾構(gòu)施工工法和設(shè)備也處于世界前列。

很早以前的盾構(gòu)，由于比較脆弱只是將盾殼作為支護(hù)，主要工作還是需要人去完成。隨著科技的逐漸發(fā)展，盾構(gòu)技術(shù)也進(jìn)步了不少，通過對(duì)傳統(tǒng)的盾構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，軟土隧道盾構(gòu)機(jī)逐漸浮現(xiàn)在大家眼前，之后又研究出了巖石隧道盾構(gòu)機(jī)和其它相應(yīng)的技術(shù)，正是這個(gè)技術(shù)讓盾構(gòu)在巖石上進(jìn)行作業(yè)成為了可能。

2、盾構(gòu)法施工的特點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)不僅可以支持地層壓力還可以地層中進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)，這種設(shè)備形狀各種各樣，圓形、三角形等許多形狀都有。為了安裝襯砌能順利點(diǎn)，在設(shè)計(jì)盾構(gòu)機(jī)的時(shí)候，一般它的口徑要比隧道襯砌的直徑稍大一些，支持盾構(gòu)的還有開挖土體裝置，一般在前面，二鋼筒就放在了后面，盾構(gòu)進(jìn)行挖掘需要?jiǎng)恿Γ峁﹦?dòng)力的就是由鋼筒附近的千斤頂，盾構(gòu)機(jī)尾部是一個(gè)殼體結(jié)構(gòu)，中間是空的，然而隧道襯砌環(huán)的安裝就是在這里進(jìn)行的。伴隨盾構(gòu)逐漸推進(jìn)，襯砌也開始安裝，但是為避免土體開挖導(dǎo)致地面下沉，所以要求安裝襯砌的時(shí)候通過在土體里注漿管致使土體穩(wěn)定。

圖一：盾構(gòu)法施工示意圖

3、樁基礎(chǔ)理論

樁基礎(chǔ)能夠把上面部門的荷載傳到里面強(qiáng)度更高的土里面，這是建筑物的基本要求。由于樁基礎(chǔ)抗壓性強(qiáng)、不易變形、對(duì)各種不利的環(huán)境都有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，這就讓它成為最基本、最廣泛的形式，也被經(jīng)常用在高層房屋建設(shè)、抗震建筑物等建設(shè)這些地方。

從樁基受力狀況角度來分析，樁基受的力有豎向荷載和橫向荷載，樁在遭受作用力時(shí)會(huì)產(chǎn)生豎向承載力，這時(shí)的豎向承載力有摩擦力和端承力。故樁基有豎向受荷樁、橫向受荷樁及抗拔樁之分。依據(jù)樁的受力的特征，將樁基礎(chǔ)分為4類：

（1）摩擦樁：當(dāng)豎向荷載作用時(shí)，樁側(cè)阻力起到很關(guān)鍵的作用，樁端承擔(dān)的荷載很小幾乎為零。樁端沒有持力層同時(shí)不擴(kuò)底這就會(huì)產(chǎn)生摩擦樁，如果樁端位于持力層而樁徑很大也會(huì)產(chǎn)生摩擦樁。

（2）端承樁：在豎向作用力影響下，樁基基本靠樁端頂部來承擔(dān)各種負(fù)載，而樁側(cè)幾乎不起作用。樁基遭受到壓力之后就會(huì)產(chǎn)生豎向位移，也就出現(xiàn)了樁側(cè)與樁端的阻力。要是樁底沒有深入地下而停留在較淺的土層中，同時(shí)土層質(zhì)地又不是很堅(jiān)硬，這時(shí)樁端豎向荷載就會(huì)傳到樁端持力層上。

（3）端承摩擦樁：豎向荷載影響后，樁體就會(huì)發(fā)生豎向位移，樁側(cè)摩擦阻力和樁端阻力就會(huì)同時(shí)產(chǎn)生效果，這時(shí)的樁頂荷載大部分是靠樁側(cè)阻力。如果土質(zhì)比較疏松，那么嵌入其中的樁就屬于端承摩擦樁。

（4）摩擦端承樁：樁頂荷載靠的是樁端阻力，樁側(cè)阻力也有一定的作用，但是相比樁端阻力而言就顯得比較少了。

4、盾構(gòu)動(dòng)態(tài)施工對(duì)鄰近樁基的影響分析

（1）樁體軸力的響應(yīng)規(guī)律

隧道開挖以后，樁體會(huì)產(chǎn)生一定的附加軸力，其總軸力也隨之變大。當(dāng)樁頂荷載固定時(shí)，樁洞距越大軸力越小，樁長(zhǎng)越長(zhǎng)軸力越大，樁徑越大軸力越大。樁身軸力的最大值在隧道水平軸線的地方。這種軸力的變化是因?yàn)闃逗屯翆酉鄬?duì)位移的變化導(dǎo)致的，也就是附加軸力形成的原因，附加軸力增大不是沒有限制的，當(dāng)達(dá)到一定范圍就會(huì)出現(xiàn)樁身最大軸力值比樁體上部荷載大，此刻就要對(duì)樁體進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）樁體豎向位移響應(yīng)規(guī)律

樁體埋深方向，樁頂沉降比樁端沉降相對(duì)較高。在樁體參數(shù)變化之后，樁體豎向位移也有變化：

荷載不同：樁頂荷載越大，樁體豎向沉降也會(huì)相應(yīng)變大。

樁長(zhǎng)不同：因?yàn)闃扼w承載機(jī)理樁的長(zhǎng)度與樁體的豎向沉降成反比，短樁的側(cè)摩阻力發(fā)揮更加充分，樁和土之間位置前后相差較大，所以樁體的豎向沉降也就隨之而變大。

樁洞距不同：樁底和隧道水平軸線對(duì)齊的情況，樁洞距變大樁體的豎向位移就越小。這是由于工程施工導(dǎo)致土體比較疏松，樁體也就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，而這時(shí)樁身豎向變形小于軸線以上的豎向變形。樁洞距越大，土體損失對(duì)樁體的影響就小，樁身豎向變形在埋深方向上基本不變。

樁徑不同：樁徑越大，樁體剛度就越高，沉降就越小。

5、施工建議

雖然我國(guó)建筑行業(yè)經(jīng)過多年經(jīng)驗(yàn)的積累有能力建造出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全系數(shù)高建筑物，但地鐵隧道真正開始施工的時(shí)候，對(duì)周邊建筑物的保護(hù)還是有必要的，針對(duì)盾構(gòu)施工的特點(diǎn)，提出幾條建議：

（1）由于以往住宅樓的勘察資料不全面，僅僅根據(jù)樁基施工記錄與地鐵隧道鄰近區(qū)域的勘察資料分析，土層差別較大，強(qiáng)風(fēng)化巖與中風(fēng)化巖交替變化，所以盾構(gòu)施工過程要注意巖性變化對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)的影響。

（2）隧道穿越住宅樓時(shí)直接受影響的樁體盡可能的多一些，間接受影響的同時(shí)要均勻分布在這隧道的范圍內(nèi)，最好集中在隧道的中上部和側(cè)邊，也就等于在掘進(jìn)中遇到較多的孤石，所以要求隧道盾構(gòu)施工過程中，注意盾構(gòu)姿態(tài)控制，避免發(fā)生線路偏移，一旦出現(xiàn)差錯(cuò)很難糾正，進(jìn)而對(duì)樁體的安全性構(gòu)成威脅。

（3）盾構(gòu)機(jī)在穿越施工時(shí)要緩慢進(jìn)行，要根據(jù)土層的變化與樁體分布進(jìn)行，建議采用相對(duì)較快的推進(jìn)速度施工并采用盾尾同步注漿，注漿的過程需要注意用量和注漿速度，也要留意盾尾注漿的漿體中加入少許速凝劑等加速凝固的材料，使?jié){液在短時(shí)間內(nèi)凝固，來避免地面沉降。

（4）要注意防止管片環(huán)變形量過大對(duì)上部巖土體和建筑結(jié)構(gòu)的不利影響，必須確保管片組裝精度，同時(shí)充分緊固接頭螺栓，必要時(shí)要作二次注漿。

（5）在盾構(gòu)穿越施工過程中，加強(qiáng)對(duì)附近建筑物和周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)（包括噪音污染等），及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息并指導(dǎo)盾構(gòu)穿越施工。

總結(jié)：隧道盾構(gòu)法進(jìn)行作業(yè)對(duì)附近造成影響是必定的，這種施工導(dǎo)致原有的土地結(jié)構(gòu)被破壞，在實(shí)際施工的時(shí)候，隧道的掘進(jìn)勢(shì)必會(huì)對(duì)建筑物樁基有一定影響，進(jìn)而對(duì)地面建筑物造成不同程度的影響，嚴(yán)重的甚至對(duì)建筑物的穩(wěn)定性非常不利，最終對(duì)人們的人身安全構(gòu)成較嚴(yán)重威脅，所以希望上述的意見會(huì)對(duì)之后的工程有一定的幫助。

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