臨近隧道盾構施工對樁基影響的影響分析

　　摘要：我國工程建設最近幾年隨著我國整體經(jīng)濟建設的快速發(fā)展而發(fā)展迅速。隨著我國城市的高速發(fā)展，地鐵已成為緩解城市交通的最有效工具之一。而地鐵往往穿越城市密集建筑物群，需要在已有建(構)筑物下或附近進行施工，由此隧道施工將不可避免地對臨近樁基產生影響。

　　關鍵詞：臨近隧道盾構施工;樁基影響

　　引言

　　科學技術的快速發(fā)展帶動我國道路建設發(fā)展迅速，很多先進技術運用其中，使其發(fā)展更為快速。為進一步研究臨近隧道盾構開挖過程中樁基所受到的影響，參考某市地鐵下穿已建成的地鐵雙線隧道的實際地下工程，建立三維模型，運用有限差分軟件FLAC3D進行數(shù)值模擬分析。

　　隧道施工論文投稿刊物：《巖土力學》雜志創(chuàng)刊于1979年，中華人民共和國新聞出版總署、正式批準公開發(fā)行的優(yōu)秀期刊。由中國科學院武漢巖土力學研究所主辦，中國科學院主管，國際標準刊號：1000-7598，國內統(tǒng)一刊號：CN42-1199/O3，國外發(fā)行代號：Q4097，聯(lián)合征定代號：LD421199，每季末20日出版，國內外公開發(fā)行。

　　1工程概況

　　1.1工程周邊環(huán)境

　　本文以某市地鐵5號線下穿1號線盾構施工段為工程背景，基于盾構施工對臨近樁基的影響進行模擬分析。1號線為既有的雙線隧道，隧道外徑為6m，兩線之間的距離設置為11m，5號線為盾構開挖段，外徑也為6m，兩線距離為3m，1號線和5號線垂直距離為3m，此時研究5號線盾構施時與1號線的平行段。

　　1.2數(shù)值計算模型

　　結合工程地質條件及工程特點，采用有限元方法分析隧道開挖對臨近樁基的變形受力影響。計算模型考慮隧道-土體-樁基三部分的相互作用。隧道直徑設定為6.88m，埋深16m。建筑物基礎為1.2m×1.2m摩擦型樁，樁長16m，樁間距4m。采用空間8節(jié)點實體單元(C3D8)進行模擬，樁底與土體綁定，防止樁與土體斷開。建筑物采用等效荷載替代方法計算，即地應力平衡后，在復合樁基頂部施加大小為300kPa的均布荷載，模擬既有建筑物的存在。模型空間尺寸為80.0m(x方向)、100.0m(y方向)、50.0m(z方向)，隧道開挖方向為x軸負向。4個側面邊界條件為法向約束，底部為全約束，上表面為自由面。巖土體強度準則采用Mohr-Coulomb準則。

　　1.3數(shù)值計算結果分析

　　1樁基水平位移計算結果，不同開挖方式情況下樁基的水平位移曲線變化趨勢基本相同。樁頂?shù)乃�平位移在兩隧道同時開挖的情況下樁頂最大，水平位移沿著樁身逐漸減小，在隧道埋深中心線處為水平位移最小值，雙線同時開挖時此處水平位移值最小，而右線隧道先開挖的最大，左線隧道先開挖的居中。過了隧道埋深的位置后，樁身水平位移逐漸增大，該位置在右隧道先開挖時水平位移最大。2.樁基豎向位移計算結果，先開挖右線隧道時豎向位移最大，最大沉降量為8.6mm。

　　其次是左右兩隧道同時開挖，而左線隧道先開挖引起的豎向位移最小，最大沉降量為8.57mm。3.樁基軸力計算結果3種開挖方式引起的樁基軸力變化趨勢都是沿樁身先增大后減小，右線隧道先開挖時引起的軸力值最大。其次是兩隧道同時開挖。左線隧道先開挖時引起的樁基軸力最小。由此可見隧道開挖的方式的選擇引起的樁基附加軸力差異不大，這點同樁基豎向位移的變化情況類似。

　　2樁體與施工線路距離對樁頂?shù)某两涤绊?/p>

　　樁體與施工線路的距離不同，樁頂?shù)某两蛋l(fā)展規(guī)律也不同，當樁體與施工線路的距離在3倍洞徑的范圍以內時，樁體的沉降發(fā)展仍然可以看作三個過程，對樁體沉降影響最大的仍是5號線初期開挖，而5號線的二次開挖對樁頂沉降影響較小，且樁體的沉降隨著距離的增加而減小，在3倍洞徑范圍內時，樁頂?shù)某两祵�距離的改變不敏感，而超過3倍洞徑時，樁頂?shù)某两祵�距離的改變非常敏感。

　　可以看出在距離為20m后，5號線的初期開挖對樁頂沉降的影響減小，而5號線的二次開挖對樁體沉降的影響增加，從曲線距離為21m可以看出，二次開挖的樁頂沉降的斜率明顯大于初期開挖的斜率，這說明了，在3倍洞徑范圍內時是隧道開挖引起的應力釋放及土體強度降低的主要區(qū)域，初期開挖時，樁體與開挖線路的距離超過3倍洞徑，所以影響較小;而在二次開挖中，樁體與開挖線路的距離小于3倍洞徑，但是由于初期開挖的影響，土體的塑性區(qū)已經(jīng)有發(fā)育，后期的開挖對土體強度降低不明顯，所以發(fā)展速度沒有過快。以上都說明了，在隧道周邊3倍洞徑范圍內時隧道開挖主要的影響范圍，這也是為什么在一般數(shù)值計算中，模型的大小一般取為隧道洞徑的3倍。

　　3對橋樁進行注漿加固

　　盾構從鐵路橋樁邊穿過，距離橋墩基礎很近，為確保橋樁穩(wěn)定，保證隧道施工的順利進行，在相應橋墩周圍施打復合錨桿樁對原有橋樁進行加固注漿，維護整體結構的穩(wěn)定。復合錨桿樁加固范圍寬度為1m，距離隧道水平距離最小為1m，孔徑150mm，孔內安裝錨桿(3根直徑20螺紋鋼)，并采用注漿管進行壓密注漿操作。巖土加固范圍及位置同設計資料相同，模型各結構尺寸均按設計參數(shù)選取。

　　4樁體入土深度對樁頂?shù)某两涤绊?/p>

　　樁長的增加對樁頂沉降有抑制作用但不明顯，這主要是由于土層的原因，樁體周邊的土體普遍較為軟弱，主要為黏土，沒有良好的持力的效果，樁長的增加對摩擦效果增加不明顯，所以沒有達到良好的效果，可見在軟弱地層較厚的地區(qū)，通過增加樁長的方式來減小樁頂?shù)某两到?jīng)濟效果往往不理想。在臨近樁基盾構施工中，已有很多成功的案例，其主要通過超長錨桿對樁周土體進行注漿處理，注漿能提高土體的固結程度，間接提高了土層的強度，使得樁與土體的接觸更加可靠，例如北京地鐵三號線，近距離穿越高層建筑時，采用的就是超長錨桿對樁基附近的土體進行注漿，效果明顯，將高層建筑的不均勻沉降控制在了3mm以內。

　　5模型網(wǎng)格劃分

　　為貼近施工實際，本文對土體模型的底部施加了豎向位移約束，對模型周圍4個側面施加了水平位移約束，模型表面為自由面，不施加約束。施工步驟模擬1.第一步。建立幾何模型，分割實體單元。劃分各部分網(wǎng)格并賦予材料屬性。2.第二步。施加土體自重及定義約束邊界條件，定義土體的初始應力場并使其位移清零。3.第三步。第1環(huán)隧道核心土開挖面處施加掌子力，激活第1環(huán)隧道襯砌管片，并挖除第1環(huán)隧道核心土。4.第四步。清除第1環(huán)掌子力，施加注漿壓力，改變第1環(huán)間隙土的材料屬性。在第2環(huán)開挖面處施加掌子力，激活第2環(huán)襯砌管片，并挖除第2環(huán)隧道核心土。5.第五步。清除除第2環(huán)掌子力，并注漿壓力，改變第2環(huán)間隙土的材料屬性。在第3環(huán)開挖面處施加掌子力，激活第3環(huán)襯砌管片，并挖除第3環(huán)隧道核心土。按照上述步驟循環(huán)進行隧。

　　結語

　　樁體的沉降主要與三個因素有關，樁的入土深度、樁離開挖線路的距離以及盾構施工過程中與樁的相對位置。其中樁離開挖線路的距離時影響樁體沉降的主要因素，距離開挖線路越近，樁體的沉降就越大，距離在3倍洞徑范圍內時，沉降隨距離的改變尤為敏感，當距離超過3倍距離時，沉降對距離的改變不再敏感。

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　　作者：石慶濱

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