盾構隧道施工對臨近樁基變形的影響

摘要：以某盾構隧道工程為研究對象，利用有限元軟件，建立盾構隧道和高架橋樁基模型，進一步研究分析盾構隧道的施工對高架橋托換樁基變形的影響。研究表明，樁洞距對地表沉降的影響較小，由于托換樁基承臺的作用，地表中心位置處的沉降較小，在邊緣位置出現明顯增大。樁洞距對托換樁基水平位移的影響較大，樁洞距越大，樁體的水平位移越小，不同樁洞距對樁體豎向位移的影響較小。綜合考慮經濟性、地表和樁體的位移等因素，當樁洞距為1.5m時效果較好。

關鍵詞：數值模擬;樁洞距;托換樁基;位移變形

0" "引言

隨著城市化進程的不斷推進，地鐵與高架橋在城市內縱橫交錯逐漸增多。地鐵網絡與高架橋基礎在特定工況下不可避免產生的交叉，會導致盾構施工難度復雜，高架橋樁基承載力發生變化。

針對盾構隧道對高架橋樁基變形的影響，目前已有學者做了大量相關研究。Xu[1]等人結合實際工程項目，采用三維有限元數值模擬軟件，研究分析了盾構隧道施工對高架橋樁基的位移和內力的影響，并與實測值進行對比。張恒和陳壽根[2]等人采用FLAC3D有限元模擬軟件，建立模型，探究盾構隧道穿越立交橋樁基時對地表和樁基的影響。黃新民[3]以實際工程為依托，建立了盾構隧道穿越高架橋樁基模型，研究分析不同加固方案下樁基承載力的變化規律。Mroueh和Shahrour[4]等人通過對地鐵穿越樁基的數值模擬研究，發現盾構隧道的施工對橋梁樁基的沉降和位移造成很大影響。Liu和Zhang[5]等人利用有限元軟件建立盾構隧道施工模型，結合工程實測數據，研究分析了盾構施工對單樁和群樁變形的影響。Zhang與Zheng[6]等人通過建立理論模型，考慮樁土接觸特性，結合工程實際，研究了盾構隧道掘進時的工作荷載對地表沉降和樁基變形造成的影響。

本文以某盾構隧道工程為研究對象，利用有限元軟件，建立盾構隧道和高架橋樁基模型，進一步研究分析盾構隧道的施工對高架橋托換樁基變形的影響。

1" "工程概況

某高速公路遷安支線軌道交通主干線隧道下穿高架橋，采用托換樁基技術。施工前排查地層情況和土體物理特性等信息，通過對現場土層的調研，可知，該土層主要為雜填土、粉質黏土、強風化閃長巖、中風化閃長巖和中風化輝長巖，其物理力學參數如表1所示。

工程中隧道采用盾構法進行施工，盾構管片采用C50混凝土，樁基為混凝土等級C25的鉆孔灌注樁，其材料參數見表2。

2" "建立三維有限元模型

根據隧道開挖施工的影響范圍以及實際的工程情況，建立了尺寸為90m×20m×41m（長×寬×厚）的簡化模型。其中，盾構隧道埋設11.03m，直徑為5m，注漿層厚0.15m，原樁基直徑1.5m，托換樁基（圖1外側樁基）直徑2m，承臺長為6m，寬為3m，高為1.5m，隧道、原樁基、托換樁基示意如圖1所示。

在原樁基截斷后，分別在隧道外水平距離1m、1.5m、2m和4m處設置托換樁基的4種工況，以期獲得不同樁洞距對地表和樁基的影響，通過對比結果，結合工程實際，為工程項目確定出托換樁基間距的最優方案。

3" "數值模擬結果及分析

3.1" "不同樁洞距對地表沉降的影響

圖2為原樁基截斷后，水平向距離隧道1m處的地表沉降位移云圖。圖3、圖4分別為不同樁洞水平距離條件下的地表邊緣處和中心位置沉降變化圖。

由圖2至圖4可以發現，當托換樁基距離隧道1m處時，地表邊界出現最大沉降值，約為14.6mm，而地表中部由于受到承臺的約束作用，其沉降值為4.8mm。當托換樁基距離隧道1.5m處時，其地表沉降值最大可達到9.8mm，在地表的中部則為4.2mm。當托換樁基距離隧道2m處時，其沉降值最大可達到11.1mm，中部可達4.1mm。當托換樁基距離隧道4m處時，其沉降值最大可達到11.4mm，中部可達4.0mm。

對比4種工況下的地表沉降量可以看出，當不同樁洞距下，造成的地表沉降差異甚微，說明樁洞距的改變對地表沉降的影響較小。由于高架橋的存在，地表一定范圍內受到制約，由位移云圖2也可明顯發現，盾構隧道上方出現不對稱性沉降變形，究其原因是樁體附近存在承臺，降低地表沉降量，且遠離樁基處地表沉降出現降谷現象。

3.2" "不同樁洞距對托換樁基的影響

圖5至圖8分別為原樁基截斷后，水平向距離隧道1m、1.5m、2m和4m處托換樁基的位移云圖。

分析圖5至圖8可以發現，工況一條件下，托換樁基的最大水平位移值為5.6mm，最大豎向為2.0mm。工況二條件下，托換樁基的最大水平位移值為5.4mm，最大豎向為2.2mm。工況三條件下，托換樁基的最大水平位移值為5.0mm，最大豎向為2.4mm。工況四條件下，托換樁基的最大水平位移值為3.7mm，最大豎向為2.3mm。

對比分析以上模擬結果可以發現：不同樁洞距條件下托換樁基豎向位移值相差較小，分析原因在于托換樁基為端承型樁，不同樁洞距條件下樁體的豎向位移差別較小。不同樁洞距條件下托換樁基水平向位移值相差較大，隨著樁洞距的增大，樁體的水平位移值逐漸減小，而規范規定樁體水平位移值應當保證在6.0mm以下。綜合考慮經濟性、地表和樁體的位移等因素可知，當樁洞距為1.5m時其效果較好。

4" "結論

本文以某盾構隧道工程為研究對象，利用有限元軟件，建立盾構隧道和高架橋樁基模型，進一步研究分析盾構隧道的施工對高架橋托換樁基變形的影響。主要得到以下結論：

樁洞距對地表沉降的影響較小，由于托換樁基承臺的作用，地表中心位置處的沉降較小，在邊緣位置出現明顯的增大。

樁洞距對托換樁基水平位移的影響較大，樁洞距越大，樁體的水平位移越小，不同樁洞距對樁體豎向位移的影響較小。

綜合考慮經濟性、地表和樁體的位移等因素，當樁洞距為1.5m時具有較好的效果。

參考文獻

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