兩階段法地鐵盾構開挖對鄰近樁基的影響

胡俊

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074）

兩階段法地鐵盾構開挖對鄰近樁基的影響

胡俊

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北武漢 430074）

隨著社會經濟的快速發展，城市交通發展的腳步也是愈來愈快，為了解決交通擁堵的問題，發達城市開始建立起地下鐵路交通。因為地下鐵路主要建立在城市繁華的中心地區，而且絕大部分建筑物是以樁為基礎建造的，這便會遇到隧道經過建筑物樁基的現象，當列車經過時就會對附近樁基造成一定影響，對上面的建筑物也就造成了一定的威脅，而這對建筑結構的穩定性將帶來一定影響。所以，通過探索盾構施工和鄰近樁基礎之間的關系，可以對樁基礎上面的建筑進行保護，保證鐵隧道順利施工而又不對附近建筑物造成影響。

地鐵；盾構；樁基；影響

1 引言

盾構法最早是歐洲人在20世紀創立的，靈感來自于蛀蟲挖洞，英國想要在倫敦地下修運河隧道的想法提出之后，又對具體挖掘方案和工具等問題展開辯論，從那時候開始對盾構施工技術開始了深入研究。之后盾構技術機緣巧合被引入歐美，蘇聯等很多發達國家，雖然都在一定程度得到了發展，但是不同國家發展情況也是不一樣的。20世紀中后期盾構技術傳到了我國。隨著盾構機制造業的發展，盾構施工辦法和設備也處于世界前列。

很早以前的盾構，由于比較脆弱只是將盾殼作為支護，主要工作還是需要人去完成。隨著科技的逐漸發展，盾構技術也進步了不少，通過對傳統的盾構進行改進，軟土隧道盾構機逐漸浮現在大家眼前，之后又研究出了巖石隧道盾構機和其它相應的技術，正是這個技術讓盾構在巖石上進行作業成為了可能。

2 盾構法施工的特點

盾構機不僅可以支持地層壓力還可以在地層中進行相應的作業，這種設備形狀各種各樣，圓形、三角形等許多形狀都有。為了安裝襯砌能順利點，在設計盾構機的時候，一般它的口徑要比隧道襯砌的直徑稍大一些，支持盾構的還有開挖土體裝置，一般在前面，二鋼筒就放在了后面，盾構進行挖掘需要動力，而提供動力的就是由鋼筒附近的千斤頂，盾構機尾部是一個殼體結構，中間是空的，然而隧道襯砌環的安裝就是在這里進行的。伴隨盾構逐漸推進，襯砌也開始安裝，但是為避免土體開挖導致地面下沉，所以要求安裝襯砌的時候通過在土體里注漿管致使土體穩定（如圖1）。

3 樁基礎理論

3.1 建筑物的基本要求

圖1 盾構法施工示意圖

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

3.2 樁基受力分析

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，樁在遭受作用力時會產生豎向承載力，這時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。依據樁的受力的特征，將樁基礎分為四類：

3.2.1 摩擦樁

當豎向荷載作用時，樁側阻力起到很關鍵的作用，樁端承擔的荷載很小幾乎為零。樁端沒有持力層同時不擴底這就會產生摩擦樁，如果樁端位于持力層而樁徑很大也會產生摩擦樁。

3.2.2 端承樁

在豎向作用力影響下，樁基基本靠樁端頂部來承擔各種負載，而樁側幾乎不起作用。樁基遭受到壓力之后就會產生豎向位移，也就出現了樁側與樁端的阻力。要是樁底沒有深入地下而停留在較淺的土層中，同時土層質地又不是很堅硬，這時樁端豎向荷載就會傳到樁端持力層上。

3.2.3 端承摩擦樁

豎向荷載影響后，樁體就會發生豎向位移，樁側摩擦阻力和樁端阻力就會同時產生效果，這時的樁頂荷載大部分是靠樁側阻力。如果土質比較疏松，那么嵌入其中的樁就屬于端承摩擦樁。

3.2.4 摩擦端承樁

樁頂荷載靠的是樁端阻力，樁側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 盾構動態施工對鄰近樁基的影響分析

4.1 樁體軸力的響應規律

隧道開挖以后，樁體會產生一定的附加軸力，其總軸力也隨之變大。當樁頂荷載固定時，樁洞距越大軸力越小，樁長越長軸力越大，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為樁和土層相對位移的變化導致的，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，當達到一定范圍就會出現樁身最大軸力值比樁體上部荷載大，此刻就要對樁體進行驗證。

4.2 樁體豎向位移響應規律

樁體埋深方向，樁頂沉降比樁端沉降相對較高。在樁體參數變化之后，樁體豎向位移有不同的變化：①荷載不同樁頂荷載越大，樁體豎向沉降也會相應變大；②樁長不同樁體承載機理樁的長度與樁體的豎向沉降成反比，短樁的側摩阻力發揮更加充分，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；③樁洞距不同來分析樁底和隧道水平軸線對齊的情況，樁洞距變大樁體的豎向位移就越小。這是由于工程施工導致土體比較疏松，樁體也就會產生相應的變化，而這時樁身豎向變形小于軸線以上的豎向變形樁洞距越大，土體損失對樁體的影響就小，樁身豎向變形在埋深方向上基本不變。

4.3 對土體應力狀態的影響

當隧道進行盾構掘進開挖時，處于穩定狀態地層的周圍土體將會發生原始應力狀態改變，出現擠壓與松動、加載與卸載；當其應力狀態發生改變時就會對土體產生擾動，引起地層的隆沉。采用土壓平衡盾構開挖隧道時，將改變土體的應力狀態和應力路徑，且處在不同位置的點應力路徑也不相同。

4.4 對不良土層的影響

不良地層將會加大盾構施工難度，同理盾構也會對不良土層產生影響。例如，有些飽和的砂土或者砂質粉土會在刀盤的切削與旋轉作用下發生土體的液化。由于襯砌都是環與環相連接，之間會存在縫隙，含有砂石顆粒的泥水滲透進入縫隙，將會導致土體的局部坍塌。

5 施工建議

雖然我國建筑行業經過多年經驗的積累有能力建造出結構穩定、安全系數高建筑物，但地鐵隧道真正開始施工的時候，對周邊建筑物的保護還是有必要的，針對盾構施工的特點，提出幾條建議：

（1）由于以往住宅樓的勘察資料不全面，僅僅根據樁基施工記錄與地鐵隧道鄰近區域的勘察資料分析，土層差別較大，強風化巖與中風化巖交替變化，所以盾構施工過程要注意巖性變化對盾構掘進的影響。

（2）隧道穿越住宅樓時直接受影響的樁體盡可能的多一些，間接受影響的同時要均勻分布在這隧道的范圍內，最好集中在隧道的中上部和側邊，也就等于在掘進中遇到較多的孤石，所以要求隧道盾構施工過程中，注意盾構姿態控制，避免發生線路偏移，一旦出現差錯很難糾正，進而對樁體的安全性構成威脅。

（3）盾構機在穿越施工時要緩慢進行，要根據土層的變化與樁體分布進行，建議采用相對較快的推進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，使漿液在短時間內凝固，來避免地面沉降。

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

（5）在盾構穿越施工過程中，加強對附近建筑物和周圍環境進行監測（包括噪音污染等），及時反饋監測信息并指導盾構穿越施工。

6 結束語

隧道盾構法進行作業對附近造成影響是必定的，這種施工導致原有的土地結構被破壞，在實際施工的時候，隧道的掘進勢必會對建筑物樁基有一定影響，進而對地面建筑物造成不同程度的影響，嚴重的甚至對建筑物的穩定性非常不利，最終對人們的人身安全構成較嚴重威脅，所以希望上述的意見會對之后的工程有一定的幫助。

[1]白杉，周潔.我國隧道盾構掘進機的發展與和應用[J].2012.

[2]姚愛軍，向瑞德，衡朝陽.地鐵開挖過程與鄰近建筑地基變形的動態響應[J].2010.

[3]賀先德.臨近地鐵的深基坑圍護結構換撐技術研究[J].2014（03）.

U455.43

A

1004-7344（2016）04-0172-02

2016-1-20

胡俊（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事地鐵工程施工方面的工作。