論地鐵盾構隧道施工對近接樁基影響

鐘柏榮

中交隧道工程局有限公司南京分公司

論地鐵盾構隧道施工對近接樁基影響

鐘柏榮

中交隧道工程局有限公司南京分公司

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化運動迅速興起，很多城市為了緩解交通壓力而修建地鐵。由于地鐵線路的密集分布，容易對近接樁基等建筑物產(chǎn)生影響。因此，在地鐵修建過程中采用盾構隧道施工方法，不僅可以提高施工效率，而且對于周圍環(huán)境影響小，逐漸得到廣泛的應用。故而，本文主要通過對于隧道盾構施工方法在地鐵修建中對近樁基的影響情況進行研究，結合具體的工程案例，提出一些有益的意見和建議，從而促進隧道盾構施工方法的更好應用，有效降低地鐵施工對于周圍建筑和環(huán)境的影響。

地鐵；隧道盾構；樁基；數(shù)值模擬

1 前言

為了有效緩解我國城市化建設過程中帶來的城市交通擁堵問題，很多城市開始修建地鐵，但是縱橫交錯的地鐵網(wǎng)絡，使得線路之間的交叉概率不斷增多，從而使得地鐵隧道施工對于附近的建筑物產(chǎn)生較大的影響。為了有效降低地鐵施工對于周圍建筑和環(huán)境的影響，目前比較常見的就是就是采用隧道盾構施工方法。本文主要通過對于地鐵隧道盾構施工方法對于近接樁基的影響進行研究，結合某市的地鐵工程案例，提出一些有益的意見和建議，從而進一步促進這種施工方法得到更加合理的應用。

2 工程案例

某市地鐵二號線在修建過程中，盾構隧道下穿樁基建筑，其對象為商用建筑和部分公共建筑。其中該建筑為磚混結構，南北長度為120m，東西向?qū)挾葹?0m，樁基的樁徑為430mm，設計樁長33.0m，樁間距為2m，沿南北分布。在該市二號線地鐵隧道穿越的區(qū)間內(nèi)，隧道為平行雙線軌道，盾構隧道外徑為6.5m，內(nèi)徑6.0m，隧道左右線的軸線間距16.0m。由于盾構隧道右線從建筑的南面下方穿過。在下穿的區(qū)間內(nèi)，其土質(zhì)依次為雜填土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土，沙礫和中風化砂巖等，而樁基位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土中，盾構隧道在砂礫層中開挖推進。

在本工程中，為了有效研究隧道施工對于上覆土層以及軟弱土層中樁基的影響，選擇FLAC3D有限差分軟件，利用數(shù)值模擬對于地鐵盾構隧道施工過程中，近接樁基的影響情況進行有效的分析和研究。

3 數(shù)值模型的構建

一般而言，盾構隧道的施工過程中，盾構通過和后期的地形變化對于土體和樁基的影響最大。因此，在數(shù)值模型的構建過程中，可以用D來表示盾構直徑，L表示隧道軸線到樁基礎中心線的橫向距離，通過研究L/D的變化來研究隧道施工對于樁基的影響。

在利用軟件對于數(shù)值模型構建的過程中，根據(jù)隧道穿越建筑物下方縱深，可以將問題進行有效的轉化成平面應變分析，設定其橫向長度為100m，高度為50m，厚度為1m的區(qū)間。然后模擬盾構隧道施工中土體變形的關系。同時，分別利用Shell結構單元、Beam結構單元和Pile結構單元對于隧道襯砌、基礎承臺和樁基進行模擬。對于Pile單元的耦合鏈接彈簧剛度參數(shù)，利用相關的公式進行計算。最后進行隧道和樁基相互作用的模擬數(shù)值計算。

4 對于數(shù)值結果進行分析

在盾構隧道施工的過程中，隧道右線正好位于樁基正下方，可以預測到出現(xiàn)三種沉降情況。一般而言，在Peck的沉降曲線寬度在100m左右，預測在正上方出現(xiàn)的最大沉降距離是18mm，這與無樁基的情況基本相一致。而在有樁基的情況下，沉降曲線的寬度就會大于100m，預測的最大沉降距離為38mm。同時，在有樁基的情況下，盾構隧道施工過程中對于樁基周邊土體的影響，所產(chǎn)生的數(shù)值變化主要就是土體拱頂向地表發(fā)展，樁基的位移不超過30mm的等值線。由此可見，盾構隧道施工對于樁基和周邊土體產(chǎn)生較大影響。

經(jīng)過相關的研究發(fā)現(xiàn)，在無樁基的情況下，隧道拱頂上部的土體沉降從20mm漸漸增加至60mm，并且不具有連續(xù)性和非線性。當土體位于地表以下大約30mm的時候，土體沉降并沒有發(fā)生較大變化。一旦深度達到超過30mm，土體沉降與深度成正比，迅速發(fā)生沉降，數(shù)值可能達到將近100mm。由于樁基不受土體深度的影響，因此沉降穩(wěn)定在30mm左右，但是樁端附近的土體會隨著深度增加出現(xiàn)快速的沉降。由此可見，在盾構隧道施工的過程中，上部的樁基和土體共同發(fā)生沉降，但是由于樁土之間具有一定的摩擦力，樁體周邊土體沉降數(shù)值較大。

當盾構隧道和樁基的距離L/D=1的時候，在有樁基的情況下，地表沉降曲線變化減小，曲線寬度變化不大。同時，位于側邊界和樁基之間的地表，即使與隧道橫向間距減小，也并不會出現(xiàn)數(shù)值的較大下降。而這時的土體沉降不會出現(xiàn)與隧道軸線呈現(xiàn)對稱分布，更多的是向無樁基側發(fā)展。

當L/D=3的時候，地表沉降曲線隨著距離變化，地表沉降變小，尤其樁基礎處的沉降不超過3mm，但是，樁基與隧道區(qū)間的地表沉降幅度較大。而土體沉降沿著盾構隧道拱頂縱向發(fā)展，沉降等值線主要向有樁基區(qū)域相反的方向發(fā)展。

當L/D=6的時候，地表沉降的數(shù)值變化情況基本上和L/D=3的情況相近，地表沉降曲線出現(xiàn)微小變化，稍微有效減小。樁基附近的地表沉降值在2mm左右。同時，隨著樁基和隧道軸線的距離減小，地表出現(xiàn)的沉降曲線下降程度比較大。由此可見，當隧道軸線到樁基礎中心線的橫向距離在20m以內(nèi)的時候，模擬曲線的變化情況與實際的施工情況較為接近。同時，當L/D=3的情況與L/D=6的情況基本比較接近，對于附近的樁基以及土體影響不大。

根據(jù)以上的數(shù)值結果分析可以看出，在這個地鐵隧道工程的施工過程中，當在L/D等于0時，盾構隧道施工的位置正處于附近樁基的正下方，所產(chǎn)生的縱向位移和影響也最大。當L/D等于2時，位于側邊界和樁基之間的位移數(shù)值最大。當L/D大于2時，影響逐漸降低，L/D的值超過6時，地鐵工程的隧道施工基本上對于樁基的影響就比較微小。

5 結論

綜上所述，通過構建數(shù)值模型，研究盾構隧道施工對于近接基樁的影響，可以有效促進施工效率的提升，而且還可以降低對于樁基以及周圍建筑的影響。在該市的地鐵隧道工程施工中，可以有效根據(jù)L/D數(shù)值的大小，來判斷對于近接基樁的以及附近土體的影響，其中模擬數(shù)值與實際的效果比較接近，有效的指導了工程的建設。

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[2]趙俊,劉維,甘鵬路.盾構隧道施工對鄰近樁基的影響研究[J].路基工程,2013(4):96～102.

[3]朱玉龍,趙青,朱得海,張亞芬,李力.盾構隧道施工對鄰近橋梁樁基的影響分析[J].路基工程,2016(3):167～170.

本文由鐘柏榮2015年10月寫于佛山市佛山城市軌道交通2號線（一期）TJ2標工程項目部，在項目部任職總工程師