吳春冬，鄔 澤，周金錄

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

隨著城市公共交通壓力的增大，在城市中心區(qū)修建地鐵來改善交通越來越必要。而城市中心區(qū)內(nèi)建筑較為密集，要求線路選線時避開所有的建筑物是不現(xiàn)實的，然而隧道從建筑物下穿通過對建筑物自身的安全威脅也是不容忽視的。盡量減少城市地鐵施工對既有建筑的影響己經(jīng)成為一個引人關注的重要課題。對此，必須根據(jù)隧道和建筑物的具體情況，對建筑物采取必要、有效的加固或托換措施，從而保證隧道順利掘進和建筑物結(jié)構安全[1-4]。文章結(jié)合深圳地鐵10號線一期工程益田停車場出入線區(qū)間下穿海關查驗樓工程實例，對淺埋暗挖隧道內(nèi)樁基托換技術進行可靠性分析，以保證隧道施工以及施工過程中隧道上部建筑物的安全，為完善樁基托換技術提供借鑒。

1 工程概況

益田停車場出入線暗挖段隧道總長度82.850m，普通段采用初支+二襯復合式襯砌，下穿福田保稅區(qū)海關2層查驗樓預應力管樁段采用初支+套拱+二襯復合式襯砌，均為標準單線單洞斷面。本區(qū)間隧道下穿福田保稅區(qū)海關2層查驗樓，查驗樓采用400mm直徑預應力管樁，部分管樁與隧道沖突，需要截斷16根預應力管樁，樁基與隧道平面位置關系如圖1所示。暗挖隧道主要穿越淤泥質(zhì)黏性土、含淤泥質(zhì)砂、砂卵石層、砂土狀強風化花崗巖。

圖1 樁基與隧道平面位置關系圖

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

海沖積平原地貌，地形平坦。上覆第四系全新統(tǒng)人工填土，第四系全新統(tǒng)海沖積淤泥、淤泥質(zhì)黏性土及砂層，第四系全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土、砂層及圓礫、卵石層，第四系殘積砂質(zhì)黏性土；下伏燕山期花崗巖。特殊性巖土有填土、軟土和風化巖與殘積土，全強風化巖中存在不均勻風化現(xiàn)象。各土體物理力學參數(shù)如表1所示。

表1 土體物理力學參數(shù)表

2.2 水文地質(zhì)

根據(jù)其賦存介質(zhì)的類型，沿線地下水主要有兩種類型：一類是松散巖類孔隙水；另一類為基巖裂隙水，主要賦存于塊狀強風化、中等風化帶中，略具承壓性。地溫測試結(jié)果顯示，勘察期間沿線地下水水溫29.93～31.93℃?？辈炱陂g測得地下穩(wěn)定水位埋深1.40～5.90m，高程-1.34～2.35m。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，地下水位的年平均變化幅度為0.5～2m。

3 樁基托換方案研究

下穿樁基段對管樁采用洞內(nèi)套拱托換措施，共托換管樁16根。初支厚度為300mm，托換套拱厚300mm，采用型鋼混凝土，二襯厚度為300～350mm。開挖工法均采用臺階+臨時仰拱。地表采用旋噴樁止水帷幕+降水+袖閥管注漿，洞內(nèi)采用水平旋噴內(nèi)插大管棚+全斷面注漿措施后，主動樁基托換原有侵入隧道內(nèi)樁基。具體加固措施如下：

（1）于礦山法段隧道兩側(cè)設置4排地表旋噴樁止水帷幕，兩端與車站及盾構井圍護結(jié)構相連形成隔水圍閉，并在隔水圍閉內(nèi)設置降水井，內(nèi)排旋噴樁隔樁設置微型樁支護。

（2）隧道拱頂180°范圍設置雙排水平旋噴樁+Φ159大管棚+全斷面注漿加固措施。水平旋噴樁及大管棚分別于福田口岸站及盾構接收井向隧道中部對打，一循環(huán)15m搭接5m。鉆孔過程盡量避開樁基設置，因避讓樁基無法設置處，打設雙排小導管超前支護并補充超前注漿措施。

（3）加固查驗臺基礎下土層至淤泥質(zhì)砂層底1m，采用袖閥管注漿，漿液采用水泥漿。

樁基托換施工工序如圖2所示，樁基托換鋼盤布置如圖3所示。

圖2 樁基托換工序圖

圖3 樁基托換鋼盤布置圖

4 數(shù)值計算模擬分析

4.1 計算模型

（1）計算模型。針對礦山法隧道下穿查驗臺基礎施工過程對查驗臺的影響，通過建立三維有限元模型進行隧道開挖、樁基托換、隧道支護的模擬計算。計算模型在水平方向（x軸）寬度取45m，在豎直方向（y軸）上取35m，縱向取80m。模型四周約束為各面的法向位移約束，地表為自由面，模型底部設置豎向約束。三維有限元計算模型共劃分單元120749個，節(jié)點251666個。計算整體模型如圖4所示，樁基、承臺及隧道襯砌關系模型如圖5所示。

圖4 整體模型

圖5 樁基、承臺及隧道襯砌關系模型

計算過程采用大型有限元軟件ANSYS進行，均采用實體單元模擬。圍巖在開挖過程中考慮其塑性變形，采用Drucker-Prager準則；而樁基礎、承臺、隧道襯砌僅考慮其彈性工作，采用線彈性本構關系。

（2）計算參數(shù)的選取。根據(jù)地質(zhì)報告提供的參數(shù)對土層參數(shù)進行綜合取值。承臺采用C30鋼筋混凝土，樁基采用C80鋼筋混凝土，隧道襯砌采用C35鋼筋混凝土。

（3）計算荷載的施加。模型計算荷載主要包括自重、土壓力、上部荷載。自重取重力加速度g=9.8m/s2；上部荷載包括查驗臺建筑荷載（通過向承臺施加荷載實現(xiàn)，按查驗臺原設計單樁承載力特征值700kN）和地面超載（q=20kPa）。

4.2 計算結(jié)果分析

根據(jù)不同工況下的計算結(jié)果，隧道穿越、樁基托換并完成隧道二襯后，查驗臺基礎最大沉降22.7mm，最大沉降差0.0058m/6m=0.001＜0.002，滿足《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB 50007—2011）建筑物沉降要求。

5 結(jié)束語

文章選擇深圳軌道交通10號線益田停車場出入線區(qū)間下穿海關查驗樓為研究對象，采用大型有限元軟件ANSYS建立了主要相關結(jié)構的三維有限元模型，對樁基托換進行分析計算，結(jié)果表明：隧道穿越、樁基托換并完成隧道二襯后，查驗臺基礎沉降滿足規(guī)范要求；后期施工過程中，查驗臺的沉降及變形均在控制范圍內(nèi)，印證了工程采用的加固措施及樁基主動托換方案是合理可行的。