王禹椋， 李繼超， 廖少明

(1. 同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系， 上海 200092； 2. 中國建筑股份有限公司， 北京 100037)

深圳地鐵9號線盾構(gòu)切削群樁數(shù)值模擬與實測分析

王禹椋1， 李繼超2， 廖少明1

(1. 同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系， 上海 200092； 2. 中國建筑股份有限公司， 北京 100037)

為解決在不影響既有樁基建筑物安全條件下保證盾構(gòu)法隧道正常施工問題，以深圳地鐵9號線大鹿區(qū)間盾構(gòu)長距離連續(xù)切削群樁為背景，采用數(shù)值模擬及實測分析，研究盾構(gòu)切削穿越樁基對地表沉降和樁基的影響，分析推力、扭矩等施工參數(shù)以及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結(jié)盾構(gòu)切削穿越樁基時施工參數(shù)的變化規(guī)律以及建筑物沉降規(guī)律。主要結(jié)論如下： 1)切樁時刻產(chǎn)生的沉降量占總沉降量的比例較大； 2)樁基的數(shù)量、直徑或位置不同時的地層響應(yīng)各有不同的特點； 3)合理選取施工參數(shù)需要綜合考慮樁基情況和地質(zhì)條件。

深圳地鐵； 盾構(gòu)隧道； 地下障礙物； 數(shù)值模擬； 施工參數(shù)； 切削樁基

0 引言

盾構(gòu)隧道在選線設(shè)計和掘進(jìn)施工時，有時不可避免地會遇到一些建(構(gòu))筑物的樁基及地下連續(xù)墻。盾構(gòu)穿越地下障礙物的施工逐漸成為軌道交通建設(shè)與發(fā)展中難以避免的重要工程難點之一。

以盾構(gòu)施工遭遇樁基礎(chǔ)為例，目前的方法有在盾構(gòu)到達(dá)前釆取樁基托換、人工鑿除、拔樁或沖樁等措施破除樁基障礙物[1-7]。這些方法雖然簡單易行，施工技術(shù)較為成熟安全，但同時存在著成本費用高、工期較長等弊端，而且實施期間需要封鎖道路，會對附近公共交通產(chǎn)生較大的干擾。隨著盾構(gòu)施工技術(shù)的日益成熟，越來越多的工程采用盾構(gòu)直接切削穿越障礙物的施工方法。

對于盾構(gòu)直接切削穿越樁基礎(chǔ)，國內(nèi)有很多學(xué)者做過相關(guān)實驗，也有許多工程案例。如： 滕麗[8]通過采用小直徑盾構(gòu)模擬試驗，對盾構(gòu)直接切削樁基施工技術(shù)的可行性進(jìn)行研究；王飛等[9]基于蘇州地鐵盾構(gòu)切削穿越14根大直徑橋樁工程需要，開展盾構(gòu)直接切削2根1 200 mm直徑樁基的現(xiàn)場試驗，分析切樁效果及機制、掘削參數(shù)特征及刀具損傷規(guī)律等，并探討研究盾構(gòu)直接切削大直徑樁基的可行性及關(guān)鍵技術(shù)；傅德明[10]關(guān)于盾構(gòu)切削混凝土模擬試驗同樣證明，盾構(gòu)直接切削混凝土樁是可行的，但需要預(yù)先對刀盤進(jìn)行改造，施工過程中也要采取向土艙內(nèi)添加潤滑減摩材料等措施；薄春蓮[11]基于上海軌交7號線盾構(gòu)切削穿越建筑物樁群，提出相應(yīng)的工藝要點，認(rèn)為在盾構(gòu)切削樁基過程中，必須嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)設(shè)的各項參數(shù)，盡量減少推進(jìn)過程中樁基自身整體位移等情況發(fā)生； 廖少明等[12-13]對盾構(gòu)穿越樁基礎(chǔ)時的盾構(gòu)選型、微擾動控制參數(shù)以及相關(guān)應(yīng)力與變形規(guī)律等進(jìn)行了分析，在盾構(gòu)掘進(jìn)引起的動態(tài)位移場條件下，提出了盾構(gòu)選型及其施工參數(shù)的控制方案；符敏[14]總結(jié)了盾構(gòu)切削廠房樁基時的技術(shù)措施。

現(xiàn)有工程案例大多是盾構(gòu)穿越單一樁基，或者盾構(gòu)下穿某一棟建筑的幾根樁基，而長距離、大面積的穿越樁基建筑群、同一襯砌環(huán)有多根樁基侵入隧道結(jié)構(gòu)以內(nèi)的情況在國內(nèi)外并不多見。本文以深圳地鐵9號線盾構(gòu)工程為背景，采用數(shù)值模擬，對盾構(gòu)切削多根樁基產(chǎn)生的環(huán)境響應(yīng)進(jìn)行分析，比較切削不同直徑、位置樁基時的環(huán)境響應(yīng)，并結(jié)合現(xiàn)場實測盾構(gòu)施工控制參數(shù)分析，提出盾構(gòu)切削穿越群樁的施工建議。

1 工程概況

深圳地鐵9號線大劇院—鹿丹村區(qū)間(簡稱大鹿區(qū)間)采用盾構(gòu)法施工，隧道外徑為6 000 mm，內(nèi)徑為5 400 mm。盾構(gòu)自大劇院站始發(fā)后下穿多棟建筑物，其中主要為濱苑小區(qū)9#—13#樓。所穿越樓房全部采用沉管灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為340 mm，設(shè)計單樁承載力為350 kN，參考樁長為12 m，為端承摩擦樁。多數(shù)樁基侵入隧道斷面，嚴(yán)重影響盾構(gòu)隧道的安全施工，而且隧道施工切削樁基也會對建筑物產(chǎn)生影響。樁基底部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樁頭，強度較高，每環(huán)掘進(jìn)時最多可能遇到6根樁基。樁基侵入隧道內(nèi)部情況如表1所示。

該區(qū)間土層情況較為復(fù)雜，為軟硬不均的復(fù)合地層。區(qū)間上覆土層主要為人工填土、軟土、沖—洪積黏性土、砂土、碎石土以及花崗巖風(fēng)化殘積層，其中人工填土主要為素填土，極個別有填石，軟土零星分布。下伏基巖為燕山晚期花崗巖以及震旦系云開群混合巖，巖面起伏較大。隧道穿越地層大部分為中微風(fēng)化花崗巖層和礫質(zhì)黏性土層。切樁區(qū)域的地層分布情況如圖1所示。

表1 建筑物樁基侵入隧道情況統(tǒng)計

Table 1 Statistics of pile foundations stretching into construction clearance of tunnel

建筑物名稱層次結(jié)構(gòu)類型侵入隧道樁基根數(shù)長度/m竣工時間9#樓7框架440.3～0.61990-0810#樓7框架301.3～1.71990-0811#樓7框架222.2～2.51990-0812#樓7框架241.9～2.31990-0813#樓7框架171.2～1.41990-08合計137

(a) 左線

(b) 右線

本工程采取盾構(gòu)直接切樁下穿建筑群的施工方法，其關(guān)鍵在于在盾構(gòu)順利切樁通過的同時，能有效控制建筑物的沉降。

2 盾構(gòu)切削穿越群樁數(shù)值模擬

本節(jié)利用有限元計算軟件ABAQUS，對盾構(gòu)切樁后的沉降變形進(jìn)行數(shù)值模擬，分析施工過程前后土體變形規(guī)律及樁土間相互作用規(guī)律，對比分析樁直徑及布置情況變化時，盾構(gòu)穿越對周圍環(huán)境的影響。

2.1 盾構(gòu)切削群樁過程建模

根據(jù)工程資料，取隧道外徑6.0 m，隧道埋深18 m，襯砌厚0.3 m，樁長18 m，直徑340 mm?？紤]到隧道施工對土體的影響范圍以及模型邊界對樁基礎(chǔ)的影響作用，選擇模型尺寸為120 m×60 m×30 m。樁體布置如圖2所示，分為2排，前排1根樁位于距開挖起始點10 m處，后排3根樁位于20 m處。

(a) 地層模型

(b) 管片模型

(c) 樁模型

(d) 樁侵入隧道示意圖

考慮巖土體彈塑性，采用摩爾-庫侖模型，樁與管片采用線彈性模型。樁基承載主要考慮其樁身摩擦作用，通過設(shè)置接觸面摩擦因數(shù)來模擬，樁頂施加設(shè)計承載力。盾構(gòu)施工過程通過生死單元模擬，激活一環(huán)管片單元并殺死一環(huán)土體單元實現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)。根據(jù)大鹿區(qū)間地勘資料，土由上至下分為填土、砂質(zhì)黏土、強風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖4層。材料計算參數(shù)見表2。

表2 模型參數(shù)統(tǒng)計

2.2 盾構(gòu)切削群樁過程變形分析

根據(jù)計算結(jié)果，分析樁頂沉降與盾構(gòu)掘進(jìn)距離的關(guān)系、隧道軸線上方地表沉降與掘進(jìn)深度的關(guān)系、切樁位置處地表沉降槽與掘進(jìn)深度的關(guān)系，總結(jié)盾構(gòu)切削群樁時的樁頂及地表的沉降規(guī)律。先切削的單樁為A樁，后切削的2根樁標(biāo)為B樁和C樁。樁基編號示意如圖3所示。

圖3 樁基編號示意圖

2.2.1 樁頂沉降與盾構(gòu)掘進(jìn)距離關(guān)系

見圖4。

由圖4可知，隨著盾構(gòu)掘進(jìn)距離增大，樁頂沉降亦逐漸增大。在盾構(gòu)到達(dá)樁基前，樁頂沉降速度較為緩慢；當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)至距離樁基2 m左右時，樁頂沉降速率突然增大，樁頂沉降值由2 mm突增至5 mm左右；直至盾構(gòu)通過樁基2 m后，樁頂沉降速度逐漸減緩，而且切樁前后的曲線近于平行。

分析還發(fā)現(xiàn)，盡管B、C 2樁位置不同，侵入隧道的長度也有差異，但2樁在盾構(gòu)通過前樁頂?shù)某两登€一直保持重合，甚至在切樁時二者的沉降變化速率也相同，切樁后的沉降量也要大于A樁切樁后的沉降量。在切樁后沉降速度放緩的階段，C樁的沉降速率要高于B樁，且兩者都高于A樁的沉降速率。切樁過程的樁頂沉降約占最終樁頂沉降的一半。

圖4 樁頂沉降隨盾構(gòu)掘進(jìn)距離變化曲線

2.2.2 隧道軸線上方地表沉降與掘進(jìn)距離的關(guān)系

見圖5。

圖5 隧道軸線上方地表沉降隨掘進(jìn)深度變化曲線

Fig. 5 Curves of ground surface settlement along tunnel axial line vs. shield tunneling distance

由圖5可知，隨著掘進(jìn)距離的增加，地表沉降沿掘進(jìn)方向逐漸發(fā)展。在切削樁基剛完成時，樁基后方10 m的范圍內(nèi)會發(fā)生大幅度的地表沉降，沉降幅度占最終沉降的45%左右；樁基位置處沉降量更大，盾構(gòu)切削3樁時該處沉降量為6 mm，占最終沉降的70%左右；且樁基位置處沉降速度較無樁處快，例如10 m單樁處，盾構(gòu)從掘進(jìn)12 m至掘進(jìn)18 m的過程中沉降了1.5 mm，而樁基附近地表沉降了0.8 mm左右。

對比10 m單樁和20 m 3樁曲線，可知同時切削3樁處地表沉降更快，并且影響范圍更大。0～10 m沉降在盾構(gòu)掘進(jìn)到24 m時就已經(jīng)趨于穩(wěn)定，而20～30 m區(qū)段有不斷沉降的趨勢，這表明多根樁被同時切削會給周圍土體帶來更大的擾動，樁土相互作用會加劇土的沉降；并且穿越建筑物時由于不同位置切樁數(shù)量不同，極易造成建筑物的不均勻沉降。

2.2.3 樁基位置地表沉降槽與掘進(jìn)距離的關(guān)系

見圖6和圖7。

圖6 1根樁處地表沉降槽隨掘進(jìn)深度變化曲線

Fig. 6 Curves of ground surface settlement trough when shield cutting one pile vs. shield tunneling distance

圖7 3根樁處地表沉降槽隨掘進(jìn)深度變化曲線

Fig. 7 Curves of ground surface settlement trough when shield cutting three piles vs. shield tunneling distance

由圖6和圖7可知，隧道沉降槽隨盾構(gòu)推進(jìn)而逐漸擴大。切樁前緩慢擴大，切樁后變化迅速，例如圖6切樁前最大沉降量約為1 mm，切樁后最大沉降量達(dá)到5 mm，沉降量成倍增長，而且樁基所處位置的地表沉降值表現(xiàn)出明顯的突變現(xiàn)象。不僅切樁時的地表變形特性不同于無樁情況，對比2圖可知，切單樁與切多樁時的地表變形特性亦有很大區(qū)別。切割多樁會帶來更大程度的沉降，盾構(gòu)切削通過3根樁后20 m處沉降量最大值由1.2 mm增至9 mm。但是這種影響是深度方向上的，對于沉降槽寬度而言，樁基數(shù)量增多沒有明顯的影響，由這2圖可知沉降槽寬度最終都在30 m左右。沉降槽兩側(cè)土體隨盾構(gòu)掘進(jìn)逐漸隆起，且隆起速率均勻，盾構(gòu)每前進(jìn)6 m隆起0.2 mm左右，說明樁基數(shù)量變化與周邊土體隆起沒有直接的相關(guān)性，最終隆起量均在1 mm左右。由于切樁后隧道上方土體大幅度沉降，隧道下方土體卸荷隆起，使得管片受到上下土體擠壓呈橢圓形，同時兩側(cè)地表土體隆起。

2.3 切削不同直徑樁基的沉降分析

通過數(shù)值模擬分析樁直徑變化時，盾構(gòu)切削后的環(huán)境響應(yīng)。與2.2節(jié)相比，模型的土體、管片與樁的材料參數(shù)、隧道直徑、埋深與管片厚度均不變，不同之處是在隧道軸線位置處布置1根樁，樁長18 m，直徑分別為300、600、900、1 200 mm。

圖8為樁基直徑不同時盾構(gòu)通過后的地表橫斷面沉降槽。由圖可以看出，樁所在位置的地表沉降值存在向下的突變，且隨著樁徑的增加，地表沉降槽逐漸加深，且沉降值呈現(xiàn)非線性增長。

圖8 盾構(gòu)切削不同直徑樁基時的地表沉降槽對比曲線

Fig. 8 Comparison among shield cutting piles with different diameters in terms of ground surface settlement troughs

圖9為不同樁徑下盾構(gòu)切削樁基后樁徑與樁頂沉降之間的關(guān)系，該曲線反映了樁頂沉降隨樁基直徑增加而呈非線性增加，沉降值增大速度越來越快。原因在于樁土相互作用，直徑越大的樁在切除后承載力下降幅度越大，造成沉降增大。

圖9 樁基直徑與盾構(gòu)切削后的樁頂沉降關(guān)系曲線

Fig. 9 Relationship between diameters of piles and pile top settlements

2.4 切削距盾構(gòu)中心不同距離樁基的沉降分析

通過數(shù)值模擬分析樁位置變化時，盾構(gòu)穿越后的環(huán)境響應(yīng)。與2.2節(jié)相比，模型的土體、管片與樁的材料參數(shù)、隧道直徑、埋深與管片厚度均不變，不同之處是布置1根樁于不同位置，樁長18 m，樁徑為340 mm，樁距隧道軸線的距離分別為0、3、6、9、12 m。

圖10為樁基位置不同時盾構(gòu)通過后的地表橫斷面沉降槽。由圖可以看出，樁基距隧道軸線0、3、6 m時，樁基所在處地表沉降有明顯的突增。樁基位置逐漸遠(yuǎn)離隧道軸線，地表沉降的突增量也隨之減少。當(dāng)樁基遠(yuǎn)離隧道軸線9 m與12 m時，地表沉降不再向下突增。

圖10 樁基位置不同時盾構(gòu)穿越后的地表沉降槽

Fig. 10 Curves of ground surface settlement troughs vs. locations of cutting piles

圖11為樁頂沉降與樁距隧道軸線距離之間的關(guān)系曲線。分析發(fā)現(xiàn)，樁靠近隧道軸線時，樁頂沉降值較大，但隨著樁離開隧道軸線的距離逐漸增大，樁頂沉降值迅速減小，當(dāng)距離大于10 m時，曲線逐漸趨于平緩，沉降值已經(jīng)處于較小水平。

圖11 盾構(gòu)穿越后樁頂沉降與樁基位置相關(guān)曲線

Fig. 11 Relationship between locations of piles and pile top settlement

3 盾構(gòu)切削穿越群樁實測分析

本節(jié)分析盾構(gòu)切樁施工時推力、扭矩隨單環(huán)切樁數(shù)的變化特征以及切削過程中建筑物變形規(guī)律，并提出相應(yīng)的施工建議。

3.1 施工控制參數(shù)的統(tǒng)計與變化規(guī)律分析

3.1.1 盾構(gòu)推力相關(guān)曲線及變化規(guī)律分析

圖12為左線盾構(gòu)切樁全過程的推力變化曲線，圖13為切樁數(shù)和推力值相關(guān)曲線。其中6-2層為粉質(zhì)黏土，12-1為全風(fēng)化花崗巖，12-2為強風(fēng)化花崗巖，12-3為中風(fēng)化花崗巖。

圖12 切樁段推力變化與切割樁數(shù)對照圖

圖13 各樓切樁段推力與每環(huán)切樁數(shù)相關(guān)曲線

Fig. 13 Fitting correlations between thrusting forces and amount of piles of every ring for each building

分析圖12和圖13可以得出：

1)盾構(gòu)穿越10#樓時的推力大小和切樁數(shù)量成正比，因為每環(huán)切削的樁基數(shù)量越多，其相對于土體剛度越大，在地層土壓力不變的情況下，樁體產(chǎn)生的阻力就越大，從而使得推力變大。

2)盾構(gòu)穿越9#樓時推力大小和切樁數(shù)量成反比，這與預(yù)期不符。在146—151環(huán)切樁數(shù)量逐漸上升但推力從13 500 kN下降至10 400 kN；隨后在151—154環(huán)切樁數(shù)保持每環(huán)1樁但推力從10 400 kN上升至15 200 kN。資料顯示151環(huán)前樁基侵入隧道部分極少，因而前幾環(huán)的推力下降可能是隧道斷面內(nèi)12-2層增多而12-3層減少所致。

3)盾構(gòu)穿越11#樓時推力大小和切樁數(shù)量成反比，且11#樓樁基全部侵入隧道，侵入長度達(dá)2.5 m。此處地質(zhì)條件較9#樓和10#樓有一個明顯的特點，即 6-2層幾乎占隧道斷面一半，余下地層是12-1，而占9#樓和10#樓切樁段大部分的是12-3。雖然盾構(gòu)穿越11#樓時切樁數(shù)量多，但是占主導(dǎo)地位的因素不是樁基的阻礙作用，而是地層阻礙作用的衰減，這一變化使得這一段的推力呈現(xiàn)下降趨勢，而且明顯小于9#樓和10#樓切樁段的推力，其變化不再與樁基數(shù)量相關(guān)。

3.1.2 盾構(gòu)扭矩相關(guān)曲線及變化規(guī)律分析

圖14為左線盾構(gòu)切樁全過程的扭矩變化曲線，圖15為切樁數(shù)和扭矩值相關(guān)曲線。

圖14 切樁段扭矩變化與切割樁數(shù)對照圖

圖15 各樓切樁段扭矩與每環(huán)切樁數(shù)相關(guān)曲線

Fig. 15 Fitting correlations between torque and amount of piles of every ring for each building

分析圖14和圖15可以得出：

1)扭矩-切樁數(shù)與推力-切樁數(shù)有著一致的相關(guān)性，作為代表性的情況，10#樓切樁扭矩大小與切樁數(shù)量成正比。而對于9#樓和11#樓扭矩和切樁數(shù)成反比的情況，其原因與推力變化情況類似，在此不再贅述。

2)比較推力和扭矩的10#樓切樁數(shù)擬合曲線，可以發(fā)現(xiàn)扭矩的擬合曲線更加平緩，出現(xiàn)了切樁數(shù)不同但扭矩相差很小的情況，這表明切樁數(shù)量的變化對于扭矩的影響要小于對推力的影響。但是從11#樓的擬合曲線來看，扭矩似乎對地層條件的變化有更強的反應(yīng)。

3.1.3 盾構(gòu)推進(jìn)速度相關(guān)曲線及變化規(guī)律分析

圖16為推進(jìn)速度和扭矩的變化曲線，圖17為推進(jìn)速度和推力的變化曲線。

圖16 推進(jìn)速度與扭矩變化曲線

圖17 推進(jìn)速度與推力變化曲線

分析圖16和圖17可以得出：

1)在146環(huán)前的非切樁段，扭矩與推進(jìn)速度的變化同步，基本呈現(xiàn)一種正相關(guān)的關(guān)系；進(jìn)入10#樓切樁段推速保持在10 mm/min的較低水平，但是扭矩在1 000～4 000 kN·m迅速變化，在169環(huán)達(dá)到一個峰值。在進(jìn)入11#樓切樁段后推進(jìn)速度在80～60 mm/min上下波動，無法保持勻速，但是扭矩卻始終保持在900 kN·m左右。試驗段、10#樓切樁段、11#樓切樁段形成對比，表明在一般情況下扭矩與推進(jìn)速度是同步變化的，而在切樁段由于受到樁基與地質(zhì)情況的雙重影響，這種同步關(guān)系不再表現(xiàn)出來。

2)與扭矩和推進(jìn)速度的關(guān)系不同，盾構(gòu)推進(jìn)速度與推力沒有明顯的相關(guān)性，無論是切樁段和非切樁段都沒有統(tǒng)一的規(guī)律可循。這意味著通過控制推進(jìn)速度可以實現(xiàn)控制扭矩的目的，但不能較好地控制推力。

3.2 變形實測值與模擬值對比分析

圖18為左線穿越時9#樓的沉降曲線。圖上根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)距離相應(yīng)地標(biāo)出了數(shù)值模擬得到的A樁位置變形理論值。由圖可知，在盾構(gòu)切口到達(dá)及盾尾脫出的這段時間里，9-13測點與9-9測點表現(xiàn)出不同的變化趨勢，靠近隧道軸線的9-13測點沉降量不斷增加，位于邊緣的9-9測點有微小隆起，這表明此時建筑物有一定程度的不均勻沉降，容易造成建筑物變形開裂。盾尾脫出后受同步注漿影響，沉降量保持短暫的穩(wěn)定，并沒有出現(xiàn)盾尾脫出后的沉降突然增大，隨后沉降持續(xù)增加但沉降速率較慢。

9-9為154環(huán)； 9-13為147環(huán)；H為隧道埋深。

圖18 9#樓(左線)關(guān)鍵點沉降曲線(2013年)

Fig. 18 Curves of settlement for building No. 9 on left line in 2013

對比9-13監(jiān)測點沉降的實測值和理論值可以發(fā)現(xiàn)，雖然監(jiān)測點都位于隧道軸線上，但是兩者的大小及變化趨勢卻有明顯差別。在切口到達(dá)樁基位置時，數(shù)值模擬得到的沉降值大幅增加，盾尾脫出后沉降值變化緩慢，盾尾脫出1H時沉降已達(dá)到8 mm；而實測值沉降隨著盾構(gòu)掘進(jìn)變化較為均勻，盾尾脫出1H時沉降僅5 mm。分析其原因，主要有2點： 1)數(shù)值模擬中樁底位于隧道軸線處，侵入隧道長度遠(yuǎn)大于9-13測點處，因而樁基被切時數(shù)值模擬的沉降值更大，沉降更快。2)數(shù)值模擬沒有考慮注漿的影響，實際情況注漿對于沉降控制的效果是顯著的。

3.3 施工控制效果

如圖16所示，11月22日至12月4日這段時間內(nèi)，9#樓兩測點的沉降曲線保持平行，在盾構(gòu)脫出9#樓后該建筑物均勻沉降。至12月4號沉降最大值為10 mm左右，滿足30 mm的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

左右線自2013年11月16日開始，至12月6日結(jié)束，23 d內(nèi)安全通過4棟建筑物并完成137根樁基的切除，實現(xiàn)了世界最大規(guī)模的居民樓樁群切割穿越，且未出現(xiàn)重大安全事故。相關(guān)建筑物監(jiān)測信息顯示，所有房屋均處于安全可控狀態(tài)。

4 結(jié)論與討論

1)盾構(gòu)切削樁基時樁基及周圍土體會迅速沉降，其特點體現(xiàn)在沉降量大且沉降速度變快，這一階段的沉降量約占最終沉降的70%，并且樁基數(shù)量越多，這一特點越明顯。

2)樁基數(shù)量增多，隧道沉降槽加深，而對沉降槽的寬度沒有太大影響。由于樁身摩擦作用不可忽視，盾構(gòu)切削樁基后會影響盾構(gòu)刀盤所在位置前后方共10 m范圍內(nèi)的地表沉降。

3)切削穿越的樁基直徑越大，地表沉降越大；樁基距離隧道軸線越遠(yuǎn)，沉降越小。

4)一般情況下，樁基產(chǎn)生明顯阻礙作用時，盾構(gòu)掘進(jìn)應(yīng)該保持低速磨削掘進(jìn)，控制推力扭矩值的穩(wěn)定。但當(dāng)樁基作用不明顯或地層較易掘進(jìn)時，不需降低推速仍然可以控制推力和扭矩在一個較低水平，既保證了工程效率，又不會對周圍地層造成很大影響。

以往的研究工作主要針對盾構(gòu)切削單樁的情形，且大多無法兼顧數(shù)值模擬與實測分析，而本文對切削大量樁基的情況進(jìn)行了2個方面的分析與研究，為類似地質(zhì)條件下盾構(gòu)切削穿越群樁的施工控制與研究提供了借鑒。建議在諸如深圳這樣的復(fù)雜地層中穿越障礙物時，要綜合考慮障礙物自身情況和地層性質(zhì)，分析不同因素對施工的影響程度，選取合理的施工參數(shù)和措施，以保證盾構(gòu)安全高效穿越障礙物。但由于計算條件及實際情況限制，在數(shù)值模擬方面尚未考慮注漿影響，在實測方面沒有分析注漿及管片變形情況，進(jìn)一步研究需要考慮更多因素，實測數(shù)據(jù)的采集也應(yīng)更為全面。

[1] 何茂周. 地鐵盾構(gòu)隧道穿越樁基綜合處理技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2014, 34(10): 981-989.(HE Maozhou. Case study of treatment of pile foundations encountered in construction of shield-bored Metro tunnel[J]. Tunnel Construction, 2014, 34(10): 981-989.(in Chinese))

[2] 呂瀟, 鹿群, 仲曉梅. 地鐵盾構(gòu)隧道穿越樁基礎(chǔ)施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù), 2013, 42(增刊): 350-352.(LYU Xiao, LU Qun, ZHONG Xiaomei. Construction technology of subway tunnel crossing through the pile foundation[J]. Tunnel Construction, 2013, 42(S): 350-352.(in Chinese))

[3] 徐前衛(wèi), 朱合華, 馬險峰, 等. 地鐵盾構(gòu)隧道穿越橋梁下方群樁基礎(chǔ)的托換與除樁技術(shù)研究[J].巖土工程學(xué)報, 2012, 34(7): 105-110.(XU Qianwei, ZHU Hehua, MA Xianfeng, et al. Pile underpinning and removing technology of shield tunnels crossing through group pile foundations of road bridges[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2012, 34(7): 105-110.(in Chinese))

[4] 丁紅軍, 王琪, 蔣盼平. 地鐵盾構(gòu)隧道樁基托換施工技術(shù)研究[J]. 隧道建設(shè), 2008, 28(2): 209-212.(DING Hongjun, WANG Qi, JIANG Panping. Pile foundation underpinning technology applied in construction of shield-bored tunnels[J]. Tunnel Construction, 2008, 28(2): 209-212.(in Chinese))

[5] 王虹, 鞠世健. 盾構(gòu)穿越建筑物樁基群的施工技術(shù)[J]. 廣東建材, 2006(7): 71-73.(WANG Hong, JU Shijian. Construction technology of shield crossing through the pile foundation[J]. Guangdong Building Materials, 2006(7): 71-73.(in Chinese))

[6] 張健. 地鐵盾構(gòu)隧道穿越樁基的鑿除技術(shù)[J]. 中國市政工程, 2006,122(4): 87-89.(ZHANG Jian. Chiseling off for segmental tunneling for Metro works through the pile foundation[J]．China Municipal Engineering, 2006,122(4): 87-89.(in Chinese))

[7] 楊杰. 盾構(gòu)穿越橋梁樁基破除施工技術(shù)[J].中國水運, 2013, 13(9): 316-317.(YANG Jie. Construction tech-nology of shield crossing through the bridge with pile foundation[J]. China Water Transport, 2013, 13(9): 316-317.(in Chinese))

[8] 滕麗. 盾構(gòu)穿越地下障礙物的試驗研究[J]. 建筑機械化, 2011(10): 89-91.(TENG Li. Experimental studies of shield through underground obstacles[J]. Construction Mechanization, 2011(10): 89-91.(in Chinese))

[9] 王飛, 袁大軍, 董朝文, 等.盾構(gòu)直接切削大直徑鋼筋混凝土樁基試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2013, 32(12): 2566-2574.(WANG Fei, YUAN Dajun, DONG Chaowen, et al. Test study of shield cutting large-diameter reinforced concrete piles directly[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(12): 2566-2574.(in Chinese))

[10] 傅德明. 盾構(gòu)切削混凝土模擬試驗和切削樁基施工技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2014, 34(5): 472-477.(FU Deming. Model test on concrete cutting directly by shield and pile foundation cutting technology[J]. Tunnel Construction, 2014, 34(5): 472-477.(in Chinese))

[11] 薄春蓮. 土壓平衡式盾構(gòu)機切削穿越建筑物樁群施工技術(shù) [J]. 鐵道建筑技術(shù), 2011(4): 43-47.(BO Chunlian. EPB shield machine cutting through building pile group construction technique[J].Railway Construction Technology, 2011(4): 43-47.(in Chinese))

[12] 廖少明, 徐意智, 陳立生, 等. 穿越不同建(構(gòu))筑物的地鐵盾構(gòu)選型與控制[J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報, 2012, 46(1): 47-52.(LIAO Shaoming, XU Yizhi, CHEN Lisheng, et al. Shield type selection and its control on tunneling across various structures[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2012, 46(1): 47-52.(in Chinese))

[13] LIAO Shaoming, LIU Jianhang, WANG Rulu. Shield tunneling and environment protection in Shanghai soft ground[J]. Tunneling and Underground Space Technology, 2009, 24(4): 454-465.

[14] 符敏. 盾構(gòu)穿越廠房切削鋼筋混凝土樁基施工技術(shù)[J].建筑機械, 2010(13): 90-91,95.(FU Min. Shield-driven machine passed through foundation of factory building with construction technology of cutting reinforced concrete pile[J]. Construction Machinery, 2010(13): 90-91,95.(in Chinese))

Numerical Simulation and Measured Data Analysis of Pile Group Cutting by Shield: A Case Study of Running Tunnel on Line No. 9 of Shenzhen Metro

WANG Yuliang1, LI Jichao2, LIAO Shaoming1

(1.DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China；2.ChinaStateConstructionEngineeringCorporationLtd.,Beijing100037,China)

The safety of the building on the ground and the construction of shield tunneling should be guaranteed. As a result, numerical simulation and measured data analysis of pile group cutting by shield used in Dajuyuan-Ludancun Section on Line No. 9 of Shenzhen Metro are carried out, so as to study the influence of pile group cutting by shield on ground surface settlement and pile foundation, analyze the shield working parameters and settlement data and summarize the variation rules of shield working parameters and settlement rules of buildings during pile group cutting period. Some conclusions are drawn as follows: 1) The settlement induced during pile-cutting period accounts for a large proportion of the total settlement. 2) The ground responses under different conditions, i.e. amount diameters and locations of pile foundations, show different characteristics. 3) The situation of pile foundations and geological conditions should be comprehensively considered so as to choose rational construction parameters.

Shenzhen Metro; shield tunnel; underground obstacle; numerical simulation; construction parameters; pile cutting

2016-05-04；

2016-11-23

王禹椋(1993—)，男，遼寧大連人，同濟(jì)大學(xué)隧道與地下建筑工程專業(yè)在讀碩士，主要研究方向為地下及隧道工程。E-mail: 1530761@#edu.cn。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.02.011

U 45

A

1672-741X(2017)02-0192-08