臨近隧道盾構(gòu)施工對(duì)樁基影響的影響分析

劉勇敢

中鐵六局集團(tuán)交通工程分公司 北京 100023

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

（1）高橋南站-高橋北站區(qū)間。本區(qū)間線路沿萬(wàn)家麗路東側(cè)敷設(shè)，出高橋南站后，沿萬(wàn)家麗路向北前行，穿過(guò)長(zhǎng)沙大道高架橋，途經(jīng)華雅財(cái)富、高福星小區(qū)、下穿高橋水暖建材城及美聯(lián)天驕城后，到達(dá)高橋北站[1]。

區(qū)間隧道均為標(biāo)準(zhǔn)斷面，采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工。區(qū)間右線設(shè)計(jì)起迄里程為YDK28+425．300-YDK29+115．300，全長(zhǎng)690．000m，左線設(shè)計(jì)起迄里程為 ZDK28+425．300-ZDK29+115．300，短鏈0．335m，全長(zhǎng)689．665m。區(qū)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(qū)間隧道主要穿越強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖性為軟巖，強(qiáng)度不高。

在位于里程 ZDK28+783．174、YDK28+783．657 處設(shè)置一處聯(lián)絡(luò)通道，采用復(fù)合式襯砌，淺埋暗挖法施工。

（2）高橋北站-芙蓉區(qū)政府站區(qū)間。本區(qū)間線路沿萬(wàn)家麗路東側(cè)敷設(shè)，出高橋北站后，沿萬(wàn)家麗路向北前行，旁經(jīng)上河國(guó)際商業(yè)廣場(chǎng)、下穿蓓蕾小學(xué)、途經(jīng)長(zhǎng)沙市交通局長(zhǎng)沙交通指揮中心、騰達(dá)家園、名府大酒店、長(zhǎng)遠(yuǎn)．華樟名府、欽天大酒店、旺旺醫(yī)院及地鐵6號(hào)線后，到達(dá)芙蓉區(qū)政府站[2]。

區(qū)間隧道均為標(biāo)準(zhǔn)斷面，采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工。區(qū)間右 線 設(shè) 計(jì) 起 迄 里 程 為 YDK29+334．500-YDK30+162．000，全 長(zhǎng) 827．500m， 左 線 設(shè) 計(jì) 起 迄 里 程 為 ZDK29+334．500-ZDK30+162．000，長(zhǎng)鏈 0．163m，全長(zhǎng) 827．663m。區(qū)間線路平面為曲線，區(qū)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(qū)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(qū)間隧道主要穿越強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖性為軟巖，強(qiáng)度不高。

在位于里程 ZDK29+834．804、YDK29+835．194 處設(shè)置一處聯(lián)絡(luò)通道，采用復(fù)合式襯砌，淺埋暗挖法施工。

1.2 數(shù)值計(jì)算模型

結(jié)合工程地質(zhì)條件及工程特點(diǎn)，采用有限元方法分析隧道開(kāi)挖對(duì)臨近樁基的變形受力影響。計(jì)算模型考慮隧道-土體-樁基三部分的相互作用。隧道直徑設(shè)定為6．88m，埋深16m。建筑物基礎(chǔ)為1．2m×1．2m摩擦型樁，樁長(zhǎng)16m，樁間距4m。采用空間8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元（C3D8）進(jìn)行模擬，樁底與土體綁定，防止樁與土體斷開(kāi)。建筑物采用等效荷載替代方法計(jì)算，即地應(yīng)力平衡后，在復(fù)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(duì)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(guān)規(guī)范的要求。我國(guó)橋梁和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范等根據(jù)上部結(jié)構(gòu)受力要求，規(guī)定了橋墩和房屋樁基允許的沉降值。

2 結(jié)果分析

2.1 盾構(gòu)施工過(guò)程中樁體位移規(guī)律

①0-14d為第一個(gè)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，樁頂?shù)某两蛋l(fā)展快速，這與前面提到的由于5號(hào)線右線的開(kāi)挖，對(duì)周邊的土體擾動(dòng)非常明顯，樁周土體應(yīng)力極速釋放，強(qiáng)度也隨之減小，而開(kāi)挖引起的地層損失也間接影響著樁體，導(dǎo)致了樁頂?shù)某两悼焖僭黾印＂?4-22d為第二個(gè)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，開(kāi)挖面離樁體的接近10倍洞徑，樁頂?shù)某两祷静皇荛_(kāi)挖面的推進(jìn)持續(xù)發(fā)育，樁周土體的應(yīng)力釋放和強(qiáng)度下降已經(jīng)趨于穩(wěn)定，地層也不再損失，由盾構(gòu)管片進(jìn)行地層補(bǔ)充。③22-32d為第三個(gè)過(guò)程，這個(gè)階段中施工線路開(kāi)挖再次經(jīng)過(guò)樁周，但是由于前面開(kāi)挖的影響，樁周土體和應(yīng)力釋放已經(jīng)渡過(guò)強(qiáng)烈釋放期，本次再次釋放沒(méi)有上次開(kāi)挖所影響的強(qiáng)烈，所以樁頂沉降的發(fā)生速度較前期開(kāi)挖較緩慢。

2.2 盾構(gòu)施工對(duì)承臺(tái)沉降影響分析

本文橋梁基礎(chǔ)采用大型群樁基礎(chǔ)，單樁的變形影響最終通過(guò)承臺(tái)的變位反應(yīng)到對(duì)橋梁的影響。結(jié)果表明，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，承臺(tái)橫向變位最大值為2．60mm，沿盾構(gòu)掘進(jìn)方向變位均不足1．0mm。承臺(tái)各腳點(diǎn)沉降值隨著隧道掘進(jìn)而逐漸增大，各控制點(diǎn)最大沉降為5．7mm。通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均在安全范圍內(nèi)。因此，盾構(gòu)施工期間未對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成實(shí)質(zhì)性影響。

3 結(jié)語(yǔ)

①樁體的沉降主要與三個(gè)因素有關(guān)，樁的入土深度、樁離開(kāi)挖線路的距離以及盾構(gòu)施工過(guò)程中與樁的相對(duì)位置。其中樁離開(kāi)挖線路的距離時(shí)影響樁體沉降的主要因素，距離開(kāi)挖線路越近，樁體的沉降就越大，距離在3倍洞徑范圍內(nèi)時(shí)，沉降隨距離的改變尤為敏感，當(dāng)距離超過(guò)3倍距離時(shí)，沉降對(duì)距離的改變不再敏感。②對(duì)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(duì)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(duì)于盾構(gòu)施工過(guò)程中與樁的相對(duì)位置來(lái)說(shuō)，5號(hào)線右線開(kāi)挖，這一開(kāi)挖階段會(huì)導(dǎo)致土體強(qiáng)度大范圍下降，從而引起樁周土體的承載能力下降導(dǎo)致樁體的沉降，而5號(hào)線左線開(kāi)挖前半部對(duì)樁體的沉降影響較小，主要是強(qiáng)度范圍的逐漸擴(kuò)大，土體強(qiáng)度的小幅度降低，而5號(hào)線左線的后半部開(kāi)挖，直接影響到樁側(cè)土體的應(yīng)力分布，從而減小了樁體與土體的摩擦力，導(dǎo)致樁體的二次沉降發(fā)育。