隔離樁防護措施在地鐵工程中應用的思考

郭垚偉

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510000)

0 前 言

近年來，為了解決日益嚴峻的道路擁堵問題、緩解交通壓力，越來越多的城市選擇地鐵作為解決方案。然而，由于城市用地逐漸減少，建(構)筑物日益密集，地鐵線路選擇時不可避免要穿過許多建(構)筑物。對于地鐵隧道近距離側穿房屋建筑的情況，為了減少隧道開挖對已有建筑造成影響，防止建筑物產生較大沉降和變形，在隧道和受保護建筑物之間設置隔離樁已經成為一種常見的加固方法。但為了獲得較好的沉降控制效果，需要加長隔離樁長度，相應的工程造價會大幅增加[1-2]。為解決這一矛盾，本文研究在隔離樁頂設置錨索，增強隔離樁抵抗由于隧道開挖產生變形的能力，同時控制工程造價。

1 工程背景

南寧某地鐵盾構隧道于里程ZDK14+4～ZDK14+130范圍側穿3棟18層居民樓，其中側穿建筑物最近水平凈距約4.25 m，側穿長度約20 m，該建筑物主體為筏板基礎，四周裙樓為獨立基礎。盾構隧道直徑6 m，該處線路坡度約28‰，隧道埋深約16.33 m，隧道上方地層主要為素填土、粉質黏土、含黏性土圓礫和泥巖、粉砂質泥巖。隧道側穿建筑物剖面圖如圖1所示。為防止隧道開挖土體擾動對已有建筑物造成損壞，在盾構隧道與建筑物之間設置一排隔離樁，隔離樁采用鉆孔灌注樁，直徑0.8 m，樁中心距0.95 m，樁頂設冠梁。

圖1 南寧某盾構隧道側穿建筑物剖面圖(單位：mm)

2 隔離樁保護效果分析

借助有限元分析軟件，以南寧某地鐵盾構隧道側穿高層住宅樓為工程原型，建立隧道側穿建筑物的有限元模型。分別比較不設置隔離樁、隔離樁深入隧道底部4 m、隔離樁樁底與隧道平齊三種條件下的建筑物沉降變形情況來分析隔離樁對建筑物的沉降控制效果。

2.1 建立模型

充分考慮隧道開挖對周圍土體的影響，避免由于模型尺寸效應影響模擬結果，本次模型尺寸均超過隧道5倍直徑影響范圍，模型尺寸為125 m×94 m×50 m，模型四周采用水平約束，底部采用豎直約束，上表面為自由邊界。側穿建筑物形式根據其荷載等效簡化。土體本構模型選取摩爾-庫倫準則。盾構隧道襯砌、建筑物以及隔離樁采用彈性模型。選取建筑物地面四個角點作為沉降監測點。有限元分析模型如圖2所示，地層基本物理力學參數如表1所示。

表1 地層基本物理力學參數

圖2 有限元分析模型

2.2 分析比較

工況1：未設置隔離樁。

工況2：設置隔離樁，隔離樁直徑0.8 m，中心距1.0 m，樁長22 m，樁底與隧道底平齊。排樁長度24 m，共設置25根隔離樁。

工況3：設置隔離樁，隔離樁直徑0.8 m，中心距1.0 m，樁長26 m，深入到隧道底板以下4 m。排樁長度24 m，共設置25根隔離樁。

建筑物沉降對比如表2所示。

表2 建筑物沉降對比

3 監測數據

通過將數值模擬結果同施工過程中監測數據進行對比，結果表明本次分析結果基本上可以模擬地面和建筑物的變形趨勢，建筑物沉降數據誤差可以滿足分析對比需求。建筑物沉降對比如表3所示。

表3 建筑物沉降對比

4 隔離樁保護新思考

綜合上述分析可以發現，隔離樁越長，嵌固深度越大，對建筑物沉降的控制效果越明顯。然而隔離樁在增加長度的同時工程造價也在增加，對于沉降的控制效果增加并不明顯。綜合國內大量隧道側穿建筑物隔離樁設置形式及控制效果，同時考慮工程成本，本文考慮在隔離樁頂端增加設置錨索對沉降控制效果進行分析。分別對上文中兩種隔離樁布置形式增加設置錨索進行對比分析，錨索直徑42 mm,錨索長度20 m。分析結果如表4所示。

表4 建筑物沉降對比

5 結束語

本文以南寧地鐵某盾構隧道側穿高層建筑物所設置隔離樁為例，通過建立有限元分析模型，分析不同樁長條件下其沉降控制效果，并綜合分析國內大量隧道側穿建(構)筑物工程案例，結論如下。

1)在一定程度內增加樁長可提高隧道開挖對其附近建(構)筑物的沉降控制效果，同時其工程造價顯著增加。超過一定范圍后通過增加樁長以增加對沉降的控制效果并不明顯，相應的工程造價顯著增加。

2)在隔離樁頂設置錨索可有效減少建筑物不均勻沉降，同樣樁長條件下，設置錨索可減少建筑物沉降約2～3 mm。相比增加樁長，該措施工程造價相對較少，工程實用性更強。

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