隧道下穿既有桥梁桩基影响研究

曾 明

(重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400041)

隧道下穿既有桥梁桩基影响研究

曾 明

(重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400041)

近几年，随着我国城市交通等基础设施建设步伐加快，越来越多的城市都在修建地铁，在地铁的建设的过程中不可避免的会对临近的既有桥梁桩基产生扰动，从而引起桩基的附加沉降，如果桩基的沉降量过大，将会危及桥梁的正常使用。因此，如何保证地铁施工过程中既有桥梁的安全受是一个很重要的问题。本文在以往相关问题研究的基础上，对地铁隧道下穿既有桥梁桩基的影响以及所采取的安全措施作综述。

地铁隧道；桥梁桩基；沉降控制

1 引言

近年来，地铁建设是城市地下空间开发的重点, 也是解决城市地面交通拥堵的主要措施之一。城市地铁的修建一般都选取在城市主干道或各环线道路之下, 这样可以尽量避开地面荷载, 降低风险。新建地铁线路将不可避免的穿越大量的既有桥梁和道路，施工的过程必然扰动周围地层，引起地层的沉降和变形，导致桥桩基础发生变形。于是如何降低地铁施工对桥桩的影响成为一个热点问题[1]。

2 隧道开挖对桥梁桩基的影响机理

隧道开挖对周围地层的扰动，导致周围土体向隧道开挖临空面运动，表现为土体在垂直和水平方向都存在位移分量,桩基与邻近隧道开挖关系[2]。

1) 在隧道水平轴线上方，土体的下沉会导致桩基的下沉和承载力的下降，尤其是当土体的下沉量大于桩基的下沉量时，土体产生负摩阻力，促使桩基发生沉降，严重影响桩基的受力状态；在隧道水平轴线下方，土体的上抬会对桩基产生正摩阻力，从而阻止桩基下沉，促使桩基稳定。

2) 在毛洞状态下，隧道开挖会导致两侧土体向隧道方向侧移，这种侧移在隧道轴线位置达到最大，从而导致靠近隧道一侧的土体对桩基的侧向压力减小，而远离隧道一侧的土压力增大，在这种不均衡土压力的作用下，会造成桩体的侧向弯曲，使附加内力增加，最终造成桩基的承载力减小。

3 总体施工思路[3,4]

目前在施工过程中，碰到此类问题的时候，解决的办法有多种。第一种是采取隔离钻孔桩，通过吸收地层开挖释放的能量而降低地层变形，达到阻隔变形传递的目的。第二种是采取桩基托换技术，把已建成建筑物中的柱与托换梁连接起来，将建筑物上部的荷载传递到托换梁上，再传递到托换桩上，以此控制建筑物沉降的目的。第三种是结构顶升，该技术的核心内容就是桥梁上部结构顶升。

3.1 隔离钻孔桩法

当隧道开挖时,若地层中存有既有的桩基等结构物,则结构物的存在阻断了地层变形的发展和传播,从能量守恒的角度考虑,相当于因开挖而释放的弹性能有一部分以变形能的形式存储在了桩基中。因此,所谓隔离法就是通过在隧道与既有桥梁之间打设非直接受荷的隔离桩以阻断或减弱地层变形的传递,从而达到保护邻近既有结构的目的。

1)若地面条件允许:直接从地面向下打设隔离桩或通过竖向深孔注浆,地层内浆脉之间的咬合形成连续墙结构。

2)若地面条件不允许:在地表以下开挖的小断面导洞内施工,待施作完成后用标号较低的素砼进行回填。导洞与隔离桩一起共同构成地下围护结构。

3.2 桩基托换法

桩基托换的力学机理是将既有桥梁的部分或整体荷载经托换结构传至基础持力层,在穿越工程中,桩基主动托换的目的是为上部结构提供足够承载力来保证其正常使用。该方法对此类工程风险的主动防护效果较好。但其局限性在于:

1)受场地条件的影响,穿越区域内没有条件进行桩基托换；

2)在进行桩基托换过程中,地层也随之产生变形；

3)托换工序实际操作较为复杂,占用场地较大,工程造价高,且施工时间长。因此使用时需进行工期、经济的适当考虑。

3.3 结构顶升法

桥梁上部结构顶升:就是在地铁邻近桥梁施工的情况下,在地铁开始施工之前,即对既有桥梁上部结构主动施加向上的顶升力,并通过动态调控使既有桥梁上部结构的相对位置可始终保持在安全范围内,从根本上保证了既有桥梁在地铁施工期间的安全运行。结构顶升采用由计算机控制的千斤顶体系,使既有桥梁下部结构变形对上部结构产生的不利影响可及时调控。结构顶升是一个动态控制过程,在地铁施工期间,可根据上部结构沉降或位置变化情况,随时顶升或调控,其目的就是通过对上部结构沉降的反向调整,确保桥梁上部结构在整个地铁施工期间能够安全运行。

4 总结

地层变形是隧道工程穿越既有桥梁桩基这类工程风险的唯一载体,因此可按照地层变形的发展过程，分别釆取“加固”(即地层加固)或“阻隔”(变形隔离)两种方案进行防护干预；既有桥梁是施工风险的受害对象和防护对象,其风险来源是地层变形导致的既有桥梁承载力不足或基础沉降，因此可通过“转移荷载”(即桩基托换)或“补偿沉降”(即结构顶升)来进行既有桥梁的防护干预,以定量控制桥梁变形来实现降低施工风险。

References)

[1]孙斌，陶连金，张印涛.岛式地铁车站施工对邻近桥梁桩基的影响分析[J].地下空间与工程学报,2009.05:163-168

[2]李波.地铁盾构施工与隔离桩施工对既有桥梁桩基影响的对比分析[J].中国水运,2014.14:275-277

[3]杨广武,赵江涛,苏洁.地铁施工对既有桥梁桩基的影响研究[J].都市快轨交通,2014.27:70-74

[4]何海健,项彦勇,刘维宁.地铁施工引起邻近桥梁桩基差异沉降的概率分析[J].岩石力学与工程学报,2007.26:3257-3265

U45

B

1007-6344（2016）08-0049-01

曾明(1993–),男,湖北人,重庆交通大学土木工程学院硕士研究生,主要从事地下工程设计研究方面的工作.