盾構穿越樁基研究綜述

張廣展 楊志松 田忠喜 邢 帥 張傳帥

Research 研究探討

盾構穿越樁基研究綜述

張廣展1楊志松2田忠喜1邢 帥1張傳帥1

（1.聊城大學建筑工程學院，山東 聊城 252000； 2.山東聊城第四建設有限公司，山東 聊城 252000）

隨著當代城市的不斷發展，城市的規劃與建設也逐漸受到人們廣泛的關注，伴隨著城市的建筑物越來越多，城市的用地面積也越來越緊張，高層建筑、高架公路、橋梁等建筑逐漸被人們采用，而這些建筑物大多會采用樁基礎。由于受到地下空間位置以及選線等因素的影響，有些時候盾構隧道不可避免的會對既有樁基產生一定的影響，其中包括穿越樁基、樁下穿越與近距離側穿樁基等情況，盾構法施工已經成為城市地鐵區間隧道施工的一種重要的方法，在城市的建設中應用十分廣泛，盾構路線自建筑物樁基穿越或近距離穿越，在盾構隧道開挖的過程中，很難避免地層在施工的過程中出現移動的現象，在樁身上發生同樣的效應，進而就可能會使樁基的承載能力和它的上部建筑結構的穩定性受到一定程度的影響。盾構法施工在樁基的側面穿過的時候，由于推進過程中對地層的擠壓作用以及隧道從盾尾脫出的時候地層損失的作用，會使土體出現沉降和側向位移的現象，進而造成既有樁基的變形。

盾構；樁基；隧道施工

0 引言

盾構法隧道施工是城市地下空間隧道開挖的常用方法，盾構法施工具有在施工過程中對周圍環境影響較小，施工速度和其他傳統方法相比較施工速度較快，并且通過盾構法開挖的隧道安全性得到了大大的提高，盾構法隧道施工已經成為城市地下空間隧道的主要修建方法之一[1]。盾構法施工在實踐過程中得到了很大的進步，但是在施工過程中仍然會引起周圍的土體發生變形，發生變形的土體作用在建筑物的地下的樁基上，就可能會引起樁基的附加變形以及樁基本身內力的改變，從而對于樁基產生不利的影響；另外，當盾構施工隧道從樁基的地下部位穿越的時候，可能會由于樁基超載現象的發生，從而引起隧道內管片襯砌結構發生比較大的變形以及內力的變化。盾構法隧道施工如何近距離的穿越建筑物的樁基，并且穿越后如何保證建筑物的安全穩定以及后續的正常使用是在施工過程中的重點問題[2]。

1 國內外研究現狀

在盾構的施工過程中，可能會引起地層的移動與傾斜，其中對于地層移動變形現象的預測可以分為兩種預測方式，第一種方式是在設計階段的預測，這種方式通常需要在進行地層開挖之前預測；第二種方式是在盾構的施工階段進行地層變形的預測，這種方式則需要在施工的過程中進行，并且這種方式一般都需要信息化的手段進行預測，通過信息儀器得到地層變形的預測結果。現階段主要的預測方法有：經驗法、模型試驗法、理論法。另外，在盾構的施工過程中會對土體產生擠壓以及松動的作用，增加荷載與減小荷載以及孔隙水壓力的上升與下降，從而引起土體發生性質的改變等問題[3]。

2 盾構直接穿越樁基

目前來看，國內對于盾構隧道直接穿越樁基的研究基本上完成了高架樁基的準確穿越、房屋建筑以及侵入樁基的施工工藝和施工參數，并且可以通過研究鋼筋的斷裂形式、刀具配置的改進、建筑物的保護加固措施、施工監測的反饋、推力和轉矩選擇、樁基托換等方式進行研究拓展盾構掘進切削樁基的方法。寇衛鋒[4]對于主動托換技術在地鐵盾構施工中的應用進行了分析，提出了在主動托換的時候應當結合監測的數據及時的調節千斤頂油壓作用力的觀點。

當盾構隧道直接穿越樁基的時候，現有階段，工程上一般采用以下的施工方案，對原有的建筑物的樁基進行托換以及加固，其中，當區間隧道與橋梁樁基發生沖突的時候，通常采用主動托換的設計與施工的方法，另外，在這種情況下，也可以采用對橋梁的承臺進行擴大的處理，并且結合使用鋼管樁進行脫換的施工方案。樁基托換技術一般適用于盾構的線路沒有辦法避讓，上部的建筑結構正在使用，巖層的地質條件良好，在軟土的地質條件下需要首先進行加固再進行托換的施工[5]。這種工程方法受地質條件及地下水的影響較大。

托換加固一般需要進行隧道洞內拱頂的預注漿加固，其中進行預注漿加固的范圍通常是在開挖輪廓線內側的1m到外側的2m的范圍內進行[6]，然后需要進行盾構隧道的樁基脫換的部分初期的支護加強，之后進行地面的支頂以及進行樁基的截樁工序，在截樁的工序完成以后，及時的對二次襯砌鋼筋混凝土結構進行施工，在二次襯砌的施工工藝完成以后，需要組織進行施工混凝土的盾構導臺，在盾構空推的時候，拼裝加強管片。在管片的背后填充豆礫石以及回填注漿[7]。以上施工方案既保證了盾構隧道順利的穿越了樁基，又使得上層建筑物的正常使用。

3 盾構近距離側穿樁基

盾構隧道近距離側穿已有建構筑物樁基，會對周圍的樁基產生一系列的影響與擾動。在盾構隧道施工近距離側向穿越樁基之前，應當對樁基周圍的土體進行注漿加固的措施，從而能夠改善土體的力學性能，是樁基的摩阻力得到了顯著地提高[8]，另外，在施工的時候，應該采用適當的措施調整施工的參數，減少在盾構施工過程中的推力，并且推進的速度應當保持均勻，及時的做好同步注漿以及二次注漿的工作，加強施工的監測[9]。

在盾構隧道近距離側穿樁基的時候，樁基會或多或少的產生一定距離的位移。在橫向的方向上，在盾構的掘進過程中，樁基的下半部分將會發生背離隧道方向的位移[10]，然而，樁基的上半部分將會發生與下半部分相反方向的位移，總的來說，在盾構施工過程中樁基會發生一定程度的傾斜，并且樁基傾斜的程度與位移將會隨著盾構機的逐步掘進越來越大，直到當隧道完全貫通的時候，該傾斜的位移將會達到最大值[11]。另外，在盾構的軸向方向上，樁基還將會在盾構機推進的方向上產生一定程度的傾斜值，一般情況下，當盾構機掘進到樁基正右方的時候，那么樁基的傾斜將會達到最大值，然而當盾構機完全通過的時候，樁基的傾斜值將會降低。在盾構的掘進過程中，盾構機的推力是影響樁基發生傾斜的最主要因素，從而增大掘削面的推力將會增加盾構機通過的時候樁基的傾斜值[12]。

4 盾構樁下穿越樁基

在盾構施工的過程中，盾構隧道有時候會在樁基的底部穿過，從而對土體可能會產生一定程度的擾動，會改變原有的土體平衡，對樁基的承載力會產生一定程度的影響，由于樁基與土體之間的沉降差的存在和兩者之間相對的運動趨勢，盾構隧道從樁基底部穿過的時候，樁基的下半部分的摩阻力可能會有很大程度的增大[13]，然而，樁基的上半部分會減小，直到樁基底部的位置，樁基底部由于承載力的存在，那么，樁身的摩阻力會大幅度的減小，通常情況下還可能會出現負摩阻力，負摩阻力的存在會使樁基本身處于受拉的狀態，從而會使樁基的承載力大幅度削弱[14]。

下穿的盾構隧道對于樁基底部分布的承載力影響相對比較大，在正常的情況下，用來承擔樁基的上部荷載的摩擦樁主要是依靠樁基側面的側摩阻力來實現的，因為在盾構隧道的施工過程中使原有的土體平衡得到了改變，那么就會造成樁基的端部承擔的荷載值變大[15]。隨著盾構開挖隧道的動態施工，樁基的豎向極限承載的能力會降低，在盾構刀盤的開挖面經過樁體和盾殼脫離樁基端部的時候，承載力會發生降低的現象，樁基頂部的沉降量與其變形相吻合。

盾構隧道開挖下穿樁基的時候，下穿構造的土倉的壓力對樁基發生沉降的影響相對比較大，當土倉的壓力越大的時候，樁基發生的沉降就會越小，那么土倉的壓力越大，樁基的端部需要承擔的承載力就越大，進而會造成對于樁基端部附近的樁側摩阻力的影響會比較大，土倉的壓力對于樁體的承載能力存在一定的調節作用，在盾構機的刀盤還沒有通過樁體的時候，土倉的壓力是能夠減小樁基的承載能力的降低程度；當刀盤已經通過了樁體的時候，土倉的壓力則會反過來加大樁體的承載能力降低的程度。但是后者的影響程度比在沒有通過樁體的時候影響相對較小。由土倉的壓力對盾構隧道施工過程中的影響可以得出，在施工的過程中我們應該選擇合理的土倉壓力，避免土倉的壓力出現過大或者過小的現象，防止對工程造成不利的影響，另外，還應該對于土體以及樁基在施工過程中的沉降量進行及時的監測[16]。

5 結論

盾構在施工的過程中會對周圍的土體產生一定的影響，引起土層的變形，從而對鄰近的樁基造成影響，其影響的原因相對比較復雜。在施工的過程中必須注意施工的參數，以達到減小對周圍土體的擾動的效果，通過實時數據分析結構應變和受力狀態，并進行適當的調整，可確保關鍵結構在整個施工的過程中處于安全可控的范圍。通過研究可以得出控制壁后注漿減小盾構機穿越的時候的地層損失率，可以明顯地降低地表的沉降位移，同時也能夠改善承臺的沉降值。另外，在穿越的過程中，樁基還會發生變形、樁身內力的變化以及承載力的改變。當盾構隧道穿越城市樁基群的時候，施工對于樁基群的影響以及保護措施應進行進一步的研究，正在施工的隧道對于已建好的隧道的影響也應該進行充分的考慮。在盾構隧道的施工過程中，我們應該根據當地的地質情況來選擇比較合理的盾構的類型，同時需要做好樁基的保護措施以及施工的監測，控制好地面的沉降距離，從而保證盾構隧道順利的穿越樁基，并且保證原有構筑物的正常使用。

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張廣展（1997- ），男，山東省德州市，漢，碩士研究生，聊城大學建筑工程學院，巖土工程。

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1007-6344（2021）01-0335-02