论地铁盾构隧道施工对近接桩基影响

2017-03-09钟柏荣

绿色环保建材 2017年3期

关键词：盾构桩基土体

钟柏荣

中交隧道工程局有限公司南京分公司

论地铁盾构隧道施工对近接桩基影响

钟柏荣

中交隧道工程局有限公司南京分公司

近年来，随着我国社会经济的发展，城市化运动迅速兴起，很多城市为了缓解交通压力而修建地铁。由于地铁线路的密集分布，容易对近接桩基等建筑物产生影响。因此，在地铁修建过程中采用盾构隧道施工方法，不仅可以提高施工效率，而且对于周围环境影响小，逐渐得到广泛的应用。故而，本文主要通过对于隧道盾构施工方法在地铁修建中对近桩基的影响情况进行研究，结合具体的工程案例，提出一些有益的意见和建议，从而促进隧道盾构施工方法的更好应用，有效降低地铁施工对于周围建筑和环境的影响。

地铁；隧道盾构；桩基；数值模拟

1 前言

为了有效缓解我国城市化建设过程中带来的城市交通拥堵问题，很多城市开始修建地铁，但是纵横交错的地铁网络，使得线路之间的交叉概率不断增多，从而使得地铁隧道施工对于附近的建筑物产生较大的影响。为了有效降低地铁施工对于周围建筑和环境的影响，目前比较常见的就是就是采用隧道盾构施工方法。本文主要通过对于地铁隧道盾构施工方法对于近接桩基的影响进行研究，结合某市的地铁工程案例，提出一些有益的意见和建议，从而进一步促进这种施工方法得到更加合理的应用。

2 工程案例

某市地铁二号线在修建过程中，盾构隧道下穿桩基建筑，其对象为商用建筑和部分公共建筑。其中该建筑为砖混结构，南北长度为120m，东西向宽度为10m，桩基的桩径为430mm，设计桩长33.0m，桩间距为2m，沿南北分布。在该市二号线地铁隧道穿越的区间内，隧道为平行双线轨道，盾构隧道外径为6.5m，内径6.0m，隧道左右线的轴线间距16.0m。由于盾构隧道右线从建筑的南面下方穿过。在下穿的区间内，其土质依次为杂填土，淤泥质粉质粘土，粉质粘土，沙砾和中风化砂岩等，而桩基位于淤泥质粉质粘土和粉质粘土中，盾构隧道在砂砾层中开挖推进。

在本工程中，为了有效研究隧道施工对于上覆土层以及软弱土层中桩基的影响，选择FLAC3D有限差分软件，利用数值模拟对于地铁盾构隧道施工过程中，近接桩基的影响情况进行有效的分析和研究。

3 数值模型的构建

一般而言，盾构隧道的施工过程中，盾构通过和后期的地形变化对于土体和桩基的影响最大。因此，在数值模型的构建过程中，可以用D来表示盾构直径，L表示隧道轴线到桩基础中心线的横向距离，通过研究L/D的变化来研究隧道施工对于桩基的影响。

在利用软件对于数值模型构建的过程中，根据隧道穿越建筑物下方纵深，可以将问题进行有效的转化成平面应变分析，设定其横向长度为100m，高度为50m，厚度为1m的区间。然后模拟盾构隧道施工中土体变形的关系。同时，分别利用Shell结构单元、Beam结构单元和Pile结构单元对于隧道衬砌、基础承台和桩基进行模拟。对于Pile单元的耦合链接弹簧刚度参数，利用相关的公式进行计算。最后进行隧道和桩基相互作用的模拟数值计算。

4 对于数值结果进行分析

在盾构隧道施工的过程中，隧道右线正好位于桩基正下方，可以预测到出现三种沉降情况。一般而言，在Peck的沉降曲线宽度在100m左右，预测在正上方出现的最大沉降距离是18mm，这与无桩基的情况基本相一致。而在有桩基的情况下，沉降曲线的宽度就会大于100m，预测的最大沉降距离为38mm。同时，在有桩基的情况下，盾构隧道施工过程中对于桩基周边土体的影响，所产生的数值变化主要就是土体拱顶向地表发展，桩基的位移不超过30mm的等值线。由此可见，盾构隧道施工对于桩基和周边土体产生较大影响。

经过相关的研究发现，在无桩基的情况下，隧道拱顶上部的土体沉降从20mm渐渐增加至60mm，并且不具有连续性和非线性。当土体位于地表以下大约30mm的时候，土体沉降并没有发生较大变化。一旦深度达到超过30mm，土体沉降与深度成正比，迅速发生沉降，数值可能达到将近100mm。由于桩基不受土体深度的影响，因此沉降稳定在30mm左右，但是桩端附近的土体会随着深度增加出现快速的沉降。由此可见，在盾构隧道施工的过程中，上部的桩基和土体共同发生沉降，但是由于桩土之间具有一定的摩擦力，桩体周边土体沉降数值较大。

当盾构隧道和桩基的距离L/D=1的时候，在有桩基的情况下，地表沉降曲线变化减小，曲线宽度变化不大。同时，位于侧边界和桩基之间的地表，即使与隧道横向间距减小，也并不会出现数值的较大下降。而这时的土体沉降不会出现与隧道轴线呈现对称分布，更多的是向无桩基侧发展。

当L/D=3的时候，地表沉降曲线随着距离变化，地表沉降变小，尤其桩基础处的沉降不超过3mm，但是，桩基与隧道区间的地表沉降幅度较大。而土体沉降沿着盾构隧道拱顶纵向发展，沉降等值线主要向有桩基区域相反的方向发展。

当L/D=6的时候，地表沉降的数值变化情况基本上和L/D=3的情况相近，地表沉降曲线出现微小变化，稍微有效减小。桩基附近的地表沉降值在2mm左右。同时，随着桩基和隧道轴线的距离减小，地表出现的沉降曲线下降程度比较大。由此可见，当隧道轴线到桩基础中心线的横向距离在20m以内的时候，模拟曲线的变化情况与实际的施工情况较为接近。同时，当L/D=3的情况与L/D=6的情况基本比较接近，对于附近的桩基以及土体影响不大。

根据以上的数值结果分析可以看出，在这个地铁隧道工程的施工过程中，当在L/D等于0时，盾构隧道施工的位置正处于附近桩基的正下方，所产生的纵向位移和影响也最大。当L/D等于2时，位于侧边界和桩基之间的位移数值最大。当L/D大于2时，影响逐渐降低，L/D的值超过6时，地铁工程的隧道施工基本上对于桩基的影响就比较微小。