高大断面隧道与既有桥墩桩基相邻开挖施工技术

摘 要：城市地铁隧道侧穿既有建（构）筑物，在施工开挖支护过程中，为确保既有建筑物结构安全及正常施工功能，隧道本体工程质量，结合工程现场的实际情况对开挖及防护施工技术进行分析研究。本文结合贵阳市城市轨道交通2号线一期工程，分析开挖支护及防护既有桥桩基稳定施工技术，并进行了数值模拟，结果表明采用的施工措施能有效保护桩基安全，控制桩基的沉降，为今后类似工程的施工提供一定的参考。

关键词：高大断面隧道;既有桥梁桩基;防护;施工

中图分类号：TU94+1

文献标识码：B

文章编号"1000-5269（2018）04-0113-04

随着公共交通建设的发展，隧道穿越既有建（构）筑物情况时有发生，众多工程师对隧道开挖过程对既有建筑物的影响展开研究，涉及到对既有建筑物沉降变形影响的研究[1-5]，对施工方法的研究[6-10]等。

贵阳市城市轨道交通2号线一期土建工程油榨街站，该站位于贵阳市中心区域，周边环境复杂，施工难度大，安全风险高，本论文以此站为依托，油榨街站全长219.2 m，为二层岛式车站，车站标准段宽度19.9 m，拱顶埋深6.5～9.5 m，有效站台中心里程为YCK37+009.009，采用矿山法施工。该车站共设置2个活塞风道、4个出入口及一座垂直电梯井。其中，油榨街站2号活塞风道位于车站大里程端，开挖断面尺寸为16.2 m×10 m，拱顶埋深6.5 m，地质自下而上分别为中风化白云岩、泥质白云岩和人工杂填土[1]，地质情况属于浴槽谷地貌，总体地势相对平缓，且活塞风道侧穿既有机场路匝道桥1#墩桩基础，开挖边线与桩基础相接。位置关系如图1所示。

1"风道开挖施工技术

1.1"技术参数

站2号活塞风道，开挖的尺寸为16.23 m（高）×10 m（宽）×48.5 m（长）;开挖时利用风井作为施工竖井，先施做Φ108大管棚超前支护，开设马头门，风道采用3台阶6部法开挖，支护参数为工22工字钢，间距50 cm，Φ42超前小导管3.5m。Φ25中空注浆锚杆1 m×1 m拱顶梅花形布置，喷射厚度为30 cm初支。

1.2"超前支护

开设马头门前在风井壁上测量放出管棚轮廓线，首先确定管棚打设角度及仰角角度，管棚设计长度20 m，由于该风道进洞后为S型曲线，管棚不能垂直洞门方向打设，需要调整一定的角度及位置才能起到最大的利用率，通过直线延长法，确定打设位置，见图2（a）管棚位置图，图2（b）管棚角度调整图。

1.3"马头门开挖

管棚施工完成后，在风道拱部位置设置第一环双层的小导管，注浆加固马头门位置，并破除1部拱部开挖范围半面围护桩混凝土，并排安装2榀拱架，将桩基钢筋与拱架焊接牢固，喷射C25混凝土30 cm，再破除剩余的半面围护桩安装2榀拱架，将桩基钢筋与拱架焊接牢固，喷射混凝土，进洞后按照50 cm一榀进行开挖支护，待1部开挖进尺5 m后，进行2部马头门开挖施工。

1.4"开挖支护

根据施工组织，风道先开挖距离桩基较远一侧的导洞，为确保桥梁整体稳定及施工安全，风道的支护参数及开挖方式进行了相应的调整，支护参数在桩基中心里程前后5 m范围内拱架间距由原设计50 cm调整为40 cm一榀，边墙的砂浆锚杆改为中空注浆锚杆，间距调整到40 cm×100 cm，通过该区后，再进行2部靠近桩基础侧开挖，支护参数同上，在开挖至桩基处时，按照调整后的支护参数先进行支护及注浆加固，同时在桩基两侧各打设2根锚索，锚索长9 m，中间利用工字钢将锚索连接上，作为横梁，用以固定桩基防止发生桩底位移，注浆张拉完成进行锚固。开挖采用普通冷开，既能避免震动影响桥梁整体的稳定性，又能减少对桩基周边岩体的扰动，布置形式见图3锚索布置及桩底岩层加固措施图。

1.5"桩底区域加固

桩基底部岩层为中风化白云岩，岩体节理方向与风道开挖方法呈135°，节理层厚5～20 cm，有水渗出，从开挖揭示显示，桩底围岩整体性较差，开挖后承载力将大幅减弱，为加强围岩的承载力及完整性，在桩基侧的隧道边墙10 m范围内，采用5 m长中空锚杆注浆加固，注浆管布设到风道的开挖地脚，浆液采用1∶1的水泥浆，注浆压力控制在0.5 MPa以内。桩基与风道位置关系及桩底地质情况见2.3-1桩基与风道位置关系照片如图4所示;锚杆布置范围如图3锚索布置及桩底岩层加固措施图。

2"加固施工数值计算

根据施工情况建立有限元计算模型，锚杆和锚索采用杆单元，初期支撑采用梁单元，桩和地层采用实体单元，桩和围岩相互作用采用接触模拟，如图5所示。有限元计算包括初始应力场模拟、施工开挖工程，主要分析开挖过程中洞内及地表沉降、洞内收敛、支护结构内力分布情况等，确定开挖过程中对桩受力和变形的影响。

通过有限元计算，确定风道开挖后地层位移场分布图如图6所示。从图上可以看出，由于在桩基底部区域增加了加固措施，开挖完成后桩的沉降控制到了1.5 mm左右，满足设计要求。开挖后洞顶沉降为4.5 mm，地表最大位移为3 mm，满足规范要求。洞内水平位移最大位移侧墙中部区域，由于桩基的作用，临桩一侧水平位移略大于另一侧，洞内最大水平收敛为3 mm，满足规范要求。

通过有限元计算，确定风道开挖后锚杆应力分布图如图7所示。从图上可以看出，锚杆最大轴向应力为7.7 MPa，处于洞顶和锁脚位置，要确保该范围内锚杆的施工质量，保证开挖顺利进行。

3"总结

城市地铁暗挖车站施工中风亭施工技术是该工程的关键组成部分，风道的断面较大，施工过程控制将影响到周边环境及隧道本身的质量。因此，对周边环境复杂的大断面活塞风道施工技术分析研究有利于完善城市地铁隧道的施工质量。另外在进行风道施工时，要充分考虑工程现场的具体地质情况，优化支护参数及开挖方案，以确保周边环境稳定及隧道本体结构安全。

参考文献：

[1]郭靖， 陈健云， 余流. 隧道对地表临近既有建筑物层间位移影响分析[J]. 地下空间与工程学报， 2017， 13（3）：765-772.

[2]肖博， 王建华， 朱仁景. 山地城市隧道开挖对既有建筑物的影响研究[J]. 地下空间与工程学报， 2017， 13（s1）：365-372.

[3]李凭雨. 某地铁区间隧道下穿既有地铁车站变形数值分析[J]. 铁道建筑技术， 铁道建筑技术， 2010（s2）：73-75.

[4]于清浩. 新建隧道施工对既有隧道的影响分析[J]. 铁道建筑技术， 2011（10）：44-48.

[5]刘泮兴， 李文江， 朱永全. 既有建筑物桩基下暗挖车站施工的模拟分析[J]. 石家庄铁道大学学报（自然科学版）， 2006， 19（3）：14-17.

[6]章慧健， 郭蕾， 郑余朝， 杨天春， 卢锋. 城市隧道近接建筑物施工的影响与对策分析[J]. 铁道工程学报，2016， 33（4）：95-100.

[7]王净伟， 杨信之， 阮波. 盾构隧道施工对既有建筑物基桩影响的数值模拟[J]. 铁道科学与工程学报， 2014（4）：73-79.

[8]游祖群. 卵石土地层盾构下穿既有建筑物施工技术[J]. 铁道建筑技术， 2010（8）：44-47.

[9]祝春生. 明挖隧道下穿既有桥梁桩基托换施工技术[J]. 铁道建筑技术， 2013（7）：78-81.

[10]刘清花. 城轨隧道下穿既有立交桥基础施工技术[J]. 铁道建筑技术，2016（5）：64-67.

（责任编辑：曾"晶）