盾構近距離穿越樁基礎的影響分析及施工技術措施研究

董 宇

(中鐵十六局集團有限公司，北京 101100)

1 工程概況

廣州市軌道交通五號線首期工程區莊站～楊箕站盾構區間隧道屬于典型雙線隧道，采用盾構法施工，存在12～22 m的隧道頂埋深。隧道下穿內環路高架橋和多棟建筑物樁基，工程涉及區間線路上高架橋和多棟建筑物的樁基托換施工，這也是本文研究的重點。區間隧道途經建筑物樁基包括東風廣場會所、省電力設計院綜合樓、鐘廠綜合樓A棟、廣發花園、環風變電站的人工挖孔樁，以及電力設計院機修樓、宿舍的錘擊灌注樁。HC9A樁基(東風廣場會所)距離左線隧道水平凈距為0.181 m，1#樁基(環風變電站東北角)距離右線隧道水平凈距為0.405 m，采用注漿加固處理盾構直接通過方法處理兩根樁，以此節省項目開支。區間需要進行托換處理的樁基包括高架橋的5根樁(30a、33b、34b、35b-2、36a)以及黃埔大道H8號樁(A2標)，其他樁基可不進行處理。

2 盾構近距離穿越樁基礎的影響分析

工程不僅需要托換侵入隧道6根樁基，還會穿過32 a樁基底部正下方，結構頂部距離樁基底部4.507 m。為對有樁基和托換后樁基在盾構施工過程中受到的影響進行模擬，需開展針對性的三維數值模擬。為降低邊界約束效應帶來的影響，以大于等于5倍洞徑的左右邊界距隧道中心線距離、以大于等于5倍洞徑的底部邊界距隧道底部距離作為計算范圍，采用94 m×60 m×63 m尺寸的x、y、z三個方向計算模型，y軸正向、z軸正向分別為盾構隧道開挖方向、向上為正。采用六面體實體單元作為圍巖，采用shell單元模擬襯砌管片和盾構機，pile單元用于模擬橋樁，整個計算模型的實體單元、grid-points、pile單元分別為67 150個、72 114個、56個。采用彈塑性材料的圍巖，以Drucker.Prager準則作為屈服準則，同時考慮巖土體受拉屈服。采用非關聯的流動法則作為巖土體的剪切屈服，采用關聯的流動法則作為受拉屈服，采用null模型用于土體開挖，按彈性材料計算管片和盾構機，使用FLAC3D pile單元模擬橋樁，需充分考慮地層與樁之間的相互作用。

通過針對性計算可得，31a樁號橋樁的樁底、樁頂最大位移分別為-0.282 7 mm、-0.284 8 mm，31b樁號橋樁分別為-0.269 5 mm、-0.271 2 mm，32a樁號橋樁分別為-0.356 3 mm、-0.348 2 mm，32b樁號橋樁分別為-0.328 6 mm、-0.341 6 mm，33a樁號橋樁分別為-0.340 3 mm、-0.338 2 mm，33b(a，b)樁號橋樁分別為-0.334 8 mm、-0.321 6 mm?；谟嬎憬Y果進行分析可以發現，32a樁號橋樁處出現0.36 mm的最大沉降位移，各橋樁樁底、樁頂間存在0.021 mm的最大沉降差，可見經過計算區間的盾構施工會引起很小的不均勻沉降，對橋梁結構和樁基礎的影響較小，圖1為樁與盾構隧道之間的關系，圖2為計算區間左右線隧道關系。

圖1 樁與盾構隧道之間的關系

圖2 計算區間左右線隧道關系

3 盾構近距離穿越樁基礎的施工技術措施總結

3.1 施工方案

工程針對性設計了過接近樁施工方案和樁基托換方案，正是在施工方案的科學設計下，上文開展的仿真分析才能夠得出沉降量較小的結論。過

接近樁施工方案內容主要包括加固HC9A樁基礎，加固基于沖積-洪積黏性土層開展，圍繞樁心6 m×6 m范圍進行5 m深度的加固，采用先外圍后中間的注漿順序，充填注漿先圍繞上部覆蓋層開展，隨后分段后退式注漿自下而上進行，盾構掘進過程中跟蹤注漿需結合監測反饋信息；樁基托換方案采用主動托換體系，采用人工挖孔樁進行被托換樁邊施工，新的受力體系由φ1 500～1 800的人工挖孔樁和普通鋼筋混凝土包承臺的大梁組成，柱沉降影響可通過預頂措施消除，隧道外邊線到托換樁外緣距離需控制在1 m內。采用C35鋼筋混凝土進行托換梁施工，按簡支梁開展計算，同時基于強度控制開展中撓度和裂縫寬度驗算。采用C25鋼筋混凝土用于新設托換樁施工，在隧道開挖底面下1 m設置樁底。采用C40微膨脹混凝土用于梁樁結合部施工，施工液壓設備采用千斤頂(YD4000型)及配套油泵，采用1 1021 KN的最大支座反力。

3.2 施工技術措施

在盾構過樁基礎施工過程中，需增設3個補勘點于特殊地段，并針對性開展房屋鑒定，相關材料的準備、盾構機全面檢修同樣不容忽視。通過掘進控制在施工過程中需得到重點關注，以此科學配置施工參數，并采用混合式刀具配置，刀具配置中刮刀、鏟刀、邊緣雙刃滾刀、正面雙刃滾刀、中心雙頭齒刀的數量分別為64把、16把、5把、8把、6把，特殊段的盾構施工需做到平衡、平穩、有序。通過后的補強處理同樣不容忽視，以此開展二次注漿、三次復緊、地表注漿，特殊地段補注雙液漿需要每推進4環進行1次，地面緊急開展的地層注漿加固屬于應急預案。

為更好控制盾構近距離穿越樁基礎的影響，工程還針對性制定了應急措施，包括防止因失水導致建筑物沉降破壞措施、防止盾構機碰觸樁基措施。防止因失水導致建筑物沉降破壞措施以針對性的建筑物沉降監測為依據，如存在沉降量或沉降速率超過警戒值的情況，掘進必須停止，袖閥管需預留于地面，并開展補充注漿措施；防止盾構機碰觸樁基措施要求對盾構機姿態及掘進速度進行嚴格控制，以此規避盾構姿態控制不當、樁位與圖紙不符等情況導致的盾構機碰觸到樁，如出現碰觸到樁情況，掘進必須立即停止，同時需上報。

4 結 論

綜上，盾構近距離穿越樁基礎的影響較為深遠。本文研究工程將盾構施工引起的最大沉降值控制在標準范圍內，并基于針對性的有限元分析優選了盾構近距離穿越樁基礎的施工技術措施，盾構安全通過最終得到了保障，因此該工程具備較高借鑒價值。