臨近隧道盾構施工對樁基影響的影響分析

劉勇敢

中鐵六局集團交通工程分公司 北京 100023

1 工程概況

1.1 設計概況

（1）高橋南站-高橋北站區間。本區間線路沿萬家麗路東側敷設，出高橋南站后，沿萬家麗路向北前行，穿過長沙大道高架橋，途經華雅財富、高福星小區、下穿高橋水暖建材城及美聯天驕城后，到達高橋北站[1]。

區間隧道均為標準斷面，采用盾構法進行施工。區間右線設計起迄里程為YDK28+425．300-YDK29+115．300，全長690．000m，左線設計起迄里程為 ZDK28+425．300-ZDK29+115．300，短鏈0．335m，全長689．665m。區間線路平面線型為曲線，曲線段最小半徑為2000m，最大半徑為3000m；線路縱斷面為雙下坡，最小坡度為2‰，最大坡度為25‰，左右線線間距11．7-15．0m。本區間隧道主要穿越強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖，巖性為軟巖，強度不高。

在位于里程 ZDK28+783．174、YDK28+783．657 處設置一處聯絡通道，采用復合式襯砌，淺埋暗挖法施工。

（2）高橋北站-芙蓉區政府站區間。本區間線路沿萬家麗路東側敷設，出高橋北站后，沿萬家麗路向北前行，旁經上河國際商業廣場、下穿蓓蕾小學、途經長沙市交通局長沙交通指揮中心、騰達家園、名府大酒店、長遠．華樟名府、欽天大酒店、旺旺醫院及地鐵6號線后，到達芙蓉區政府站[2]。

區間隧道均為標準斷面，采用盾構法進行施工。區間右 線 設 計 起 迄 里 程 為 YDK29+334．500-YDK30+162．000，全 長 827．500m， 左 線 設 計 起 迄 里 程 為 ZDK29+334．500-ZDK30+162．000，長鏈 0．163m，全長 827．663m。區間線路平面為曲線，區間左、右線隧道平面曲線半徑最小半徑為1200m，最大半徑為6000m,左右線線間距11．56-15．0m；本區間左、右線隧道縱斷面均為雙向坡，其中線路最小坡度為4．074‰，最大坡度為26．003‰，左右線線間距11．56-15．0m。本區間隧道主要穿越強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖，巖性為軟巖，強度不高。

在位于里程 ZDK29+834．804、YDK29+835．194 處設置一處聯絡通道，采用復合式襯砌，淺埋暗挖法施工。

1.2 數值計算模型

結合工程地質條件及工程特點，采用有限元方法分析隧道開挖對臨近樁基的變形受力影響。計算模型考慮隧道-土體-樁基三部分的相互作用。隧道直徑設定為6．88m，埋深16m。建筑物基礎為1．2m×1．2m摩擦型樁，樁長16m，樁間距4m。采用空間8節點實體單元（C3D8）進行模擬，樁底與土體綁定，防止樁與土體斷開。建筑物采用等效荷載替代方法計算，即地應力平衡后，在復合樁基頂部施加大小為300kPa的均布荷載，模擬既有建筑物的存在[3]。

1.3 樁基近鄰度劃分

對于樁基鄰近度劃分不僅要滿足樁基承載力的要求，還要求樁基的沉降、傾斜等滿足有關規范的要求。我國橋梁和地基基礎設計規范等根據上部結構受力要求，規定了橋墩和房屋樁基允許的沉降值。

2 結果分析

2.1 盾構施工過程中樁體位移規律

①0-14d為第一個過程，在這個過程中，樁頂的沉降發展快速，這與前面提到的由于5號線右線的開挖，對周邊的土體擾動非常明顯，樁周土體應力極速釋放，強度也隨之減小，而開挖引起的地層損失也間接影響著樁體，導致了樁頂的沉降快速增加。②14-22d為第二個過程，在這個過程中，開挖面離樁體的接近10倍洞徑，樁頂的沉降基本不受開挖面的推進持續發育，樁周土體的應力釋放和強度下降已經趨于穩定，地層也不再損失，由盾構管片進行地層補充。③22-32d為第三個過程，這個階段中施工線路開挖再次經過樁周，但是由于前面開挖的影響，樁周土體和應力釋放已經渡過強烈釋放期，本次再次釋放沒有上次開挖所影響的強烈，所以樁頂沉降的發生速度較前期開挖較緩慢。

2.2 盾構施工對承臺沉降影響分析

本文橋梁基礎采用大型群樁基礎，單樁的變形影響最終通過承臺的變位反應到對橋梁的影響。結果表明，在盾構施工過程中，承臺橫向變位最大值為2．60mm，沿盾構掘進方向變位均不足1．0mm。承臺各腳點沉降值隨著隧道掘進而逐漸增大，各控制點最大沉降為5．7mm。通過對橋梁結構的驗算，結構各項指標均在安全范圍內。因此，盾構施工期間未對橋梁結構造成實質性影響。

3 結語

①樁體的沉降主要與三個因素有關，樁的入土深度、樁離開挖線路的距離以及盾構施工過程中與樁的相對位置。其中樁離開挖線路的距離時影響樁體沉降的主要因素，距離開挖線路越近，樁體的沉降就越大，距離在3倍洞徑范圍內時，沉降隨距離的改變尤為敏感，當距離超過3倍距離時，沉降對距離的改變不再敏感。②對樁的沉降影響較大的是樁的入土深度，但在本次模擬中，由于土層的變化不大，基本都是軟弱地層，所以樁的入土深度對樁體的沉降影響也不明顯，樁體的沉降隨著入土深度的增加而減小，但不明顯。③對于盾構施工過程中與樁的相對位置來說，5號線右線開挖，這一開挖階段會導致土體強度大范圍下降，從而引起樁周土體的承載能力下降導致樁體的沉降，而5號線左線開挖前半部對樁體的沉降影響較小，主要是強度范圍的逐漸擴大，土體強度的小幅度降低，而5號線左線的后半部開挖，直接影響到樁側土體的應力分布，從而減小了樁體與土體的摩擦力，導致樁體的二次沉降發育。