隧道施工對橋樁受力及變形影響因素研究

宋慶毅　張良周

摘要：在城市化的建設(shè)發(fā)展過程中，為了更好的緩解交通壓力，方便人們的生產(chǎn)生活出行，地鐵隧道工程得到了一定的應(yīng)用發(fā)展。但是本著其施工的復(fù)雜性，需要注意的問題依舊很多。為減少隧道施工對橋樁受力及變形的影響，很有必要在后期的工作中進(jìn)一步強(qiáng)化隧道施工對橋樁受力及變形影響因素及控制措施的探析。

關(guān)鍵詞：隧道；橋樁；受力變形；因素；措施

1、隧道施工對橋樁受力及變形影響因素

1.1因為隧道在實際開挖施工過程中會在很大程度上對橋梁的樁體周圍土體造成影響，主要表現(xiàn)在橋樁周圍的土?xí)蛩淼赖拈_挖地方收斂，并且橋樁周圍的土體和樁體也會隨之產(chǎn)生位移。在土體地表的沉降中受到橋樁的作用，會導(dǎo)致peck曲線以及土層的地表沉降曲線存在相應(yīng)的偏差。

1.2在隧道的施工過程中，橋樁體會產(chǎn)生豎向的變形，主要是在樁頂?shù)綐抖税l(fā)生的豎向變形，他們不會存在很大的。與此同時，隧道的施工和橋樁的位置會導(dǎo)致樁體的豎向位移，并且靠近隧道工程的實際開挖位置，隧道工程樁體豎向沉降比較大，與此同時，隧道工程的土質(zhì)發(fā)生變化的話也會在一定程度上導(dǎo)致樁體的豎向位移，這也主要是因為樁體和隧道施工之間的相互作用力。

1.3樁的變形通常是從樁頂?shù)奈恢瞄_始增大，通常情況下是在隧道的開挖位置達(dá)到了一個最大值，因為橋樁開挖面收斂的趨勢，使土壓力對樁的位移較大，最大水平位移。另外樁與樁的相對位置對樁的影響較大。當(dāng)隧道拱頂樁底在樁身位置處于隧道的斷裂面時，樁體幾乎同步下沉，而水平位移較小。相比之下，當(dāng)樁是在隧道開挖面井，大部分樁在隧道下的橋梁表面破裂，沉樁量非常小，但在隧道開挖的最大位移位置的樁的水平位移。

2、隧道對橋樁影響及施工方法優(yōu)化

2.1工程概述

某隧道采用馬蹄型斷面，起訖里程為Z（Y）DK28+089.638-Z（Y）DK28+633.229。延一成區(qū)間線路左線長54.4.917m，右線長543.591m。

2.2隧道開挖對樁基變形的影響

通過對樁頂沉降模擬結(jié)果的分析，可得到隧道不同施工方法引起的樁頂沉降及樁頂x向水平位移。由表1、2可知，采用不同淺埋暗挖法進(jìn)行施工時，地鐵隧道開挖引起的樁頂豎向位移和水平位移與樁基距隧道的距離成反比，且樁頂向隧道一側(cè)傾斜。隧道近側(cè)樁基受到的影響最大。將不同施工方法按對樁基的影響由大到小排序為：上下臺階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、C R D法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。究其原因，上下臺階法施工成拱時間較慢，對圍巖擾動最大，故沉降最大。而且1#及2#樁所受影響最大，3#及4#樁所受影響次之，5#及6#樁所受影響更小，7#及8#樁所受影響最小。這是由于樁距隧道軸線越遠(yuǎn)，樁體受擾動程度就越小。

基于施工方法對地表沉降、樁體沉降及水平位移的影響，綜合考慮各種施工方法的適用性及工程成本，本區(qū)間隧道開挖應(yīng)采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法進(jìn)行施工。對變形要求比較高的路段，從安全及控制變形的角度考慮，可采用CRD法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法過渡施工。

2.3施工注意要點(diǎn)

1）地鐵隧道暗挖施工時，不同施工方法對周邊環(huán)境的影響不同。數(shù)值模擬結(jié)果表明，環(huán)形開挖預(yù)留核心土法不僅能有效將地表變形控制在允許的范圍內(nèi)；同時，對鄰近橋梁樁基的擾動較??；而且，該法施工工藝簡單，工程造價低。故實際施工采用環(huán)形開挖預(yù)留核心法。2）結(jié)合現(xiàn)場實測，對環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工引起的地表沉降和樁體變形進(jìn)行分析。實測分析結(jié)果表明，該法合理可行，橋基在施工期間未發(fā)生安全隱患，對類似工程具有參考意義。3）隧道開挖引起的地表沉降隨距掌子面距離的變化大致分為超前微小沉降階段、沉降急劇增大階段、變形緩慢階段及穩(wěn)定變形階段。沉降實測值變化基本符合Logistic曲線模型。4）采用信息化量測對地鐵施工信息進(jìn)行及時監(jiān)測和反饋，能實現(xiàn)對工程的全過程控制與管理。同時，快速施工快速封閉有利于控制地層變形，也有利于有效控制鄰近既有橋梁樁基的變形。

3、隧道施工對橋樁受力及變形影響的控制

3.1在隧道施工之前，應(yīng)該對施工線路以及周圍情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查了解，對于線路需要穿越的橋梁要掌握詳細(xì)的資料。橋梁的設(shè)計、施工資料以及結(jié)構(gòu)形式等都要獲取詳細(xì)信息。明確道路的荷載、施工材料以及結(jié)構(gòu)，對橋梁的現(xiàn)狀進(jìn)行勘察檢測，現(xiàn)階段能夠承受的荷載以及橋樁周圍的土質(zhì)、水位等情況。只有全面掌握橋梁的詳細(xì)信息，才能夠為隧道施工的后續(xù)工作奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2根據(jù)隧道與橋樁的位置，綜合前期準(zhǔn)備工作掌握的資料，制定出合理的隧道開挖方法，并且建立數(shù)據(jù)模型，分析施工方式可能會對周圍區(qū)域可能產(chǎn)生的影響。如果位置相對比較近，則應(yīng)該根據(jù)鄰近的程度來分區(qū)域，并且分階段的施工，制定出合理的施工方式。

3.3為了保證隧道施工的順利進(jìn)行，在按照事先制定好的施工工藝和方法的同時，還應(yīng)該對橋梁的變形以及地表的沉降進(jìn)行實時監(jiān)測，監(jiān)測樁體有無變形，橋樁周圍的土體以及上部結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化，然后將監(jiān)測結(jié)果與既定變形允值進(jìn)行比較分析，如果橋樁的變形已經(jīng)超過了規(guī)定的范圍，則需要及時采取有效的控制措施，防止安全事故的發(fā)生。實時監(jiān)測是保證隧道工程順利進(jìn)行的重要保障，所以要采取適宜的方式進(jìn)行監(jiān)測。

3.4注重下穿既有線施工變形的監(jiān)測。1）在監(jiān)測項目中，主要包括道床、變形縫、結(jié)構(gòu)、軌道等項目。在監(jiān)測中，主要采用元件監(jiān)測或?qū)ｉT儀器測量，同時輔以現(xiàn)場目測檢查。要確保兩側(cè)數(shù)據(jù)的可靠性、完整性，對時態(tài)曲線進(jìn)行繪制，采用回歸分析對最終值進(jìn)行推算?；诜治鰷y試數(shù)據(jù)，對后續(xù)施工中可能出現(xiàn)的地表沉降、結(jié)構(gòu)受力情況、底層穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)估。選擇的測點(diǎn)應(yīng)能夠?qū)r間與變形之間的關(guān)系進(jìn)行反映。將監(jiān)測結(jié)果及時通報給設(shè)計、運(yùn)營、建設(shè)單位。2）在新建隧道上方10m范圍內(nèi)，利用遠(yuǎn)程自動監(jiān)測方法，對既有線軌距動態(tài)擴(kuò)張、道床沉降、結(jié)構(gòu)底板沉降等進(jìn)行監(jiān)測。在隧道上方10-30m范圍內(nèi)，利用常規(guī)方法對既有線結(jié)構(gòu)裂縫、結(jié)構(gòu)水平位移、道床沉降、結(jié)構(gòu)底板沉降進(jìn)行監(jiān)測。使用靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)自動監(jiān)測結(jié)構(gòu)沉降，使用電容式位移計自動監(jiān)測軌距動態(tài)擴(kuò)張，使用精密水質(zhì)儀監(jiān)測結(jié)構(gòu)常規(guī)沉降，使用高精度全站儀監(jiān)測結(jié)構(gòu)水平位移，使用測縫計監(jiān)測結(jié)構(gòu)裂縫。在測點(diǎn)布置上，包括結(jié)構(gòu)沉降測點(diǎn)、軌道變位測點(diǎn)、道床裂縫測點(diǎn)、軌道水平間距測點(diǎn)、圍巖變位測點(diǎn)等。3）在變形監(jiān)測管理及數(shù)據(jù)處理中，測量資料包括了監(jiān)測報告、監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測方案等。將收集到的資料進(jìn)行整理，分析監(jiān)測結(jié)果的相關(guān)性、一致性，對最終變化值及結(jié)構(gòu)物安全性進(jìn)行預(yù)測。在控制中，應(yīng)嚴(yán)格遵循施工監(jiān)測管理流程。通過整理測量得到的數(shù)據(jù)，對時態(tài)變化曲線圖進(jìn)行繪制，然后根據(jù)散點(diǎn)圖數(shù)據(jù)分布，利用相應(yīng)函數(shù)回歸分析監(jiān)測結(jié)果。在施工擾動變形控制標(biāo)準(zhǔn)的確定中，主要依據(jù)既有線實際情況、地鐵運(yùn)營安全要求、相關(guān)規(guī)范規(guī)程、設(shè)計圖等決定的。在信息化施工當(dāng)中，根據(jù)分級逐層管理的方法，管理變形值，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定各級取值范圍。根據(jù)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，對穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，同時在施工中進(jìn)行及時反饋。

總而言之，作為城市功能中最活躍的因素，交通己成為可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，交通的好壞往往就成為了制約城市發(fā)展的一個重要因素，城市地鐵工程的施工建設(shè)在整體城市化建設(shè)的發(fā)展過程中有著重要的現(xiàn)實意義，但是由于隧道工程的施工過程非常復(fù)雜，往往會在其實際施工過程中在不同程度上影響到橋樁穩(wěn)定性，也就是說，為了更好的保證地鐵施工的質(zhì)量安全，并能夠最大化的減少隧道施工過程中對橋樁受力及變形的影響，就要求我們在以后的實際工作中要進(jìn)一步優(yōu)化施工技術(shù)，強(qiáng)化施工管理水平，進(jìn)而更好的促進(jìn)我國城市化建設(shè)發(fā)展的更好更快發(fā)展。