浅埋暗挖法隧道侧穿桩基数字模拟分析

何李

摘 要：文章结合某地铁暗挖隧道近距离下穿市政天桥桩基的工程实例，对隧道开挖过程中引起周边地层扰动导致建筑物的沉降进行了理论分析，并通过合理的简化与假设建立起二维有限元计算模型，将分析结果结合浅埋暗挖法理论，提出了合理的保护措施和技术手段以指导现场施工。

关键词：浅埋暗挖法；地铁隧道；侧穿桩基；模拟分析

中图分类号：U455.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0132-02

Abstract： based on the engineering example of a subway undercut tunnel passing through the pile foundation of a municipal overpass， this paper makes a theoretical analysis on the settlement of the building caused by the disturbance of the surrounding strata during the excavation of the tunnel. Through reasonable simplification and assumption， the two-dimensional finite element calculation model is established， and the analysis results are based on the theory of shallow-buried underground excavation method， and reasonable protection measures and technical means are put forward to guide the site construction.

Keywords： shallow excavation method； subway tunnel； side through pile foundation； simulation analysis

浅埋暗挖法隧道施工时，对周边地层存在一定的扰动，当期近距侧穿桥梁桩基时其影响更不可小视，地铁隧道因地层扰动引起地应力重分布对周边桥梁桩基、房屋、管线等建构筑产生危害的情况时有发生，故在设计阶段必须对隧道对周边建构筑物产生的影响进行认真分析，提前采取措施对既有建构筑物进行保护[1-5]，本文通过某浅埋暗挖法区间隧道侧穿市政天桥的数值模拟分析、设计及施工介绍，对后期类似案例提供一定经验参考。

1 工程概况

1.1 设计概况

本区间起点处车站为侧式站台站，线间距4.8m，线间距逐渐变为17m，区间终点处车站为岛式站台站，站前设停车线，区间隧道均采用浅埋暗挖法施工，左线为单洞双线，右线为单洞单线，左线开挖尺寸11.9m×9.2m（宽×高），右线开挖尺寸6.2m×6.5m（宽×高）。在离区间终点约200m处左右线均侧穿一座市政天桥桩基，左线与桩基最小净距约0.95m，覆土厚度约15m；右线离桩基最小净距约4.2m，覆土厚度约16.5m。

区间侧穿人行天桥桥长48m、桥宽4.5m，上部结构为钢梁，基础为混凝土桩基础，桩径1m，中间桥桩长17m，两侧桥桩长15m。

1.2 穿越段工程地质、水文条件

区间隧道开挖范围内主要为粉质黏土、其上主要为杂填土，根据地下水赋存条件，地下水类型主要有第四系孔隙承压转无压水和上层滞水。含水层主要分布于第四系中更新统下荒山组地层中，其岩性主要为粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂等砂类土，偶夹黏性土层，埋深较深，含水层厚度大于33m，底部深度未揭露。主要受大气降水入渗补给，排泄方式主要为蒸发。勘察孔隙潜水稳定水位埋深为23.10～47.80m（高程范围110.78～127.38m），属于无压区，对隧道施工影响不大。

2 数值分析

根据实际情况建立三维有限元模型进行计算分析，桥梁承台、桩基采用SOLID45单元模拟、地层采用SOLID45单元模拟，隧道初支采用SHELL43单元模拟、隧道二衬采用SOLID45单元模拟，模型如图1、图2所示。

2.1 竖向位移分析

根据隧道施工过程，选取了左线隧道建成及左右线隧道建成两个特殊工况竖向位移云图如图3、图4所示。

随着施工进行，桩顶沉降不断增加，左线施工完成时，桩顶沉降为5.9mm，右线施工完成后，桩顶沉降增加至8.6mm。

2.2 水平位移分析

根据隧道施工过程，选取了左线隧道建成及右线隧道建成两个特殊工况水平位移云图如图5、图6所示。

随着施工进行，桩顶最大水平位移为3.5mm。

3 工程措施

（1）左线施工时对右侧上下两导坑进行全断面超前深孔注浆加固，上导坑加固范围为隧道初支外扩0.9m，下导坑加固范围为隧道初支外扩2m。

（2）加强支护，格栅钢架间距0.5m。

（3）施工前，对该建筑物进行一次普查，对其桥面结构型式、桩基基础、及和隧道的平面和立面关系等方面进一步核实。

（4）在施工前对桥梁进行安全评估，取得其能承受的沉降和差异沉降的有关数据。

（5）对隧道通过和影响地段进行空洞普查，对查出的空洞采取注浆或其他措施回填，保证回填密实。

（6）左右线掌子面拉开足够距离，待左线稳定后方可进行右线隧道开挖。

（7）隧道通过或邻近地段，从超前加固措施、开挖方法、支护手段、回填注降等方面制定专门的措施。

（8）做好拱顶沉降、收敛、地表沉降、桥梁沉降和差异沉降等监控量测工作，如发现沉降或收敛偏大或异常，应立即停止开挖及时注浆和补注浆。

（9）隧道的不同施工阶段对总变形值进行目标分解，

分解到不同施工阶段进行控制。

（10）根据监控量测结果加以整理和分析以指导和修正施工参数。

4 结束语

目前，我国地铁建设正大步向前，地铁隧道侧穿或下穿建筑的工程将会越来越多，因其施工难度一般都较大，往往成为整条隧道建设的关键节点。通过本隧道侧穿市政桥梁桩基的成功实例，提出如下建议：

（1）对暗挖隧道

施工采用合理的计算分析模型，针对各种施工工况对地层、结构的影响进行针对性的分析，将计算结果结合浅埋暗挖法理论及工程实际情况提出相应措施以指导施工。

（2）针对隧道近距离通过既有桩基时，在采取超前深孔注浆等措施后，可有效控制樁基沉降在10mm之内，通过加强监测可有效保证工程安全实施，降低风险等级。

（3）浅埋暗挖法施工隧道，应尽量拉大左右线掌子面距离，减少左右洞开挖相互影响的效应，高度重视施工现场的监测，根据对隧道及地面建构筑物的监测情况及时调整施工参数，实施动态施工。

参考文献：

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