地鐵明挖法隧道結(jié)構(gòu)下部增設(shè)工程樁的受力分析研究

高 鯤

(中鐵二院工程集團(tuán)有限公司， 四川成都 610031)

?

地鐵明挖法隧道結(jié)構(gòu)下部增設(shè)工程樁的受力分析研究

高 鯤

(中鐵二院工程集團(tuán)有限公司， 四川成都 610031)

文章采用MIDAS_GEN結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，研究分析了城際鐵路礦山法隧道下穿地鐵明挖法隧道施工，為了保證地鐵明挖法隧道的安全，在明挖隧道底板下方增設(shè)工程樁，由此導(dǎo)致明挖隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布。在分析中，根據(jù)不同的邊界條件建立了不同的模型。對(duì)比分析得知：在建模計(jì)算時(shí)，可采用將樁基模擬為豎向約束來進(jìn)行受力計(jì)算和配筋，相比于不設(shè)置樁基的邊界條件，邊支座要加強(qiáng)配筋，跨中適當(dāng)減弱配筋； 應(yīng)將樁基模擬為固定支座的計(jì)算結(jié)果與不設(shè)樁基的計(jì)算結(jié)果互相驗(yàn)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)；同時(shí)應(yīng)驗(yàn)算樁頭配筋是否能夠承受樁頭彎矩。

地鐵； 明挖法隧道； 礦山法隧道； 工程樁

隨著我國(guó)城市地鐵建設(shè)的飛速發(fā)展，地鐵隧道施工的外部邊界條件也變得越來越復(fù)雜。其中，地鐵隧道下穿既有建構(gòu)筑物或其它隧道下穿地鐵隧道等，均為研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

本文以實(shí)際工程為例，運(yùn)用MIDAS_GEN結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件建立模型，分析計(jì)算因某城際鐵路礦山法隧道下穿地鐵明挖法隧道，而引起的內(nèi)力重分布特性。

1 工程概況

在東莞地鐵R2線某站區(qū)間，設(shè)置有一段明挖法隧道。在此明挖法隧道段下方為擬建某城際鐵路項(xiàng)目的礦山法隧道，平面關(guān)系如圖1所示。城際鐵路礦山法隧道與地鐵明挖法隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁底最小豎向距離約0.7 m，與地鐵明挖隧道底板最小豎向距離約6.5 m，夾層土主要為<6-3>硬塑狀粉質(zhì)粘土，縱斷面關(guān)系如圖2所示。由于礦山法隧道施工進(jìn)度滯后等原因，造成很難滿足礦山法隧道施工在前、地鐵明挖法隧道施工在后的工序要求；經(jīng)研究與協(xié)調(diào)，擬變更為明挖隧道先做，礦山法隧道后做，明挖隧道增設(shè)工程樁為礦山法隧道下穿通過提供條件。工程樁沿明挖結(jié)構(gòu)的側(cè)墻及中隔墻等間距布置，并在樁頂設(shè)置了縱向連梁，標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖3所示。

圖1 上部明挖法隧道與下部礦山法隧道平面關(guān)系

圖2 上部明挖法隧道與下部礦山法隧道縱剖面關(guān)系

圖3 明挖隧道結(jié)構(gòu)增設(shè)工程樁典型斷面(單位:mm)

2 建模思路及分析

上部為明挖法隧道結(jié)構(gòu)，下部為礦山法隧道，而且先上后下施工，為了防止下部礦山法施工的影響，在明挖主體結(jié)構(gòu)下部增設(shè)工程樁是有必要的，但是，增設(shè)工程樁之后，對(duì)主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布影響較大，且由于邊界條件為假設(shè)，存在不可確定性；計(jì)算中，只能選取最不利工況，即：礦山法隧道溜塌導(dǎo)致明挖隧道底板下部土體塌空，因?yàn)樵O(shè)置樁基之后，即使是礦山法隧道施工中沉降控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，也會(huì)導(dǎo)致明挖隧道主體結(jié)構(gòu)與地基土體脫離。

為了進(jìn)行對(duì)比分析研究，首先根據(jù)邊界條件的不同，建立不同的計(jì)算模型，模型的具體分類如下：

(1)模型1：原始條件，無(wú)樁，下部土體穩(wěn)定，如圖4所示。

(2)模型2：變更后，設(shè)樁，并將樁模擬為豎向約束，下部土體塌空，如圖5所示。

(3)模型3：變更后，設(shè)樁，并將樁模擬為固定支座，下部土體塌空，如圖6所示。

(4)模型4：變更后，設(shè)樁，模擬無(wú)剛度折減的樁，下部土體塌空，如圖7所示。

(5)模型5：變更后，設(shè)樁，模擬剛度折減后的樁，下部土體塌空，如圖8所示。

圖4 模型1

圖5 模型2

圖6 模型3

圖7 模型4

圖8 模型5

設(shè)置樁以后較未設(shè)樁前，頂板的邊支座、側(cè)墻的上邊支座彎矩有一定程度增加，增加幅度約20 %；底板邊支座彎矩是增大還是減小，與樁的剛度有直接關(guān)系，剛度極大則增加，剛度有限則適當(dāng)減小。頂板跨中彎矩均減小約9 %，底板跨中彎矩減小約30 %。

3 存在的問題

由于樁基是按照嵌巖樁設(shè)計(jì)，因此在模型計(jì)算中，樁基模擬過程中長(zhǎng)度的選取存在一定問題。明挖隧道下部塌空不可能一直塌空到樁底。計(jì)算模型中，樁長(zhǎng)模擬多少存在不可確定性(模型4、模型5均按照夾層土塌空模擬樁長(zhǎng))。

設(shè)置工程樁后，樁基除了按照建筑、橋梁等樁基設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)之外，由于樁基與主體結(jié)構(gòu)是剛性連接的關(guān)系，因此還應(yīng)充分考慮樁頭的配筋是否能夠滿足彎矩計(jì)算要求。

樁基設(shè)置在側(cè)墻及中隔墻下方，間距約6 m均勻布置。這可能導(dǎo)致明挖隧道結(jié)構(gòu)墻體變?yōu)榭缍葹? m的深受彎構(gòu)件，此問題有待進(jìn)一步分析研究。

4 結(jié)束語(yǔ)

明挖隧道結(jié)構(gòu)下部設(shè)置工程樁，在模型計(jì)算時(shí)，可采用將樁基模擬為豎向約束來進(jìn)行受力計(jì)算和配筋。相比于不設(shè)置樁基的邊界條件，邊支座要加強(qiáng)配筋，跨中適當(dāng)減弱配筋。同時(shí)，應(yīng)將樁基模擬為固定支座的計(jì)算結(jié)果與不設(shè)樁基的計(jì)算結(jié)果互相驗(yàn)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)。最后，還應(yīng)驗(yàn)算樁頭配筋是否能夠承受樁頭彎矩。

[1] Morton J D,King K H.Effects of tunneling on the bearing capacity and settlement of piled foundations[C]//Tunneling′79 Proc.of 2nd Int.Symp.of Mining&Metallurgy.London：1979：57-64.

[2] 阮林旺，李永盛.軟土盾構(gòu)法施工引起相鄰樁體變形和受力研究[J].隧道及地下工程，1997,18(3)：18-23.

[3] Chen L T,Poulos H G,Loganathan N.Pile responses causedby tunneling[J].Journal of Geotechnical and Geoenviron-mental Engineering,ASCE,1999,125(3)：207-215.

TU473.1+1

B

[定稿日期]2017-02-19