程邦富， 張有桔， 汪光裕

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計總院股份有限公司；公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

1 工程概況

某市軌道交通6號線區(qū)間隧道K19+147～K19+164段右線右側(cè)約9 m為現(xiàn)狀安置房5#樓。根據(jù)資料顯示,該建筑為地上11層,無地下室,采用樁基礎(chǔ),樁底標(biāo)高為279～288 m。建筑物基礎(chǔ)與區(qū)間隧道頂板間中等風(fēng)化巖石厚約12.5 m,根據(jù)三角關(guān)系,隧道位于該建筑物的應(yīng)力擴散角內(nèi),隧道開挖對建筑物樁基影響大。該段區(qū)間隧道覆土深度約21.54 m,樁基底距隧道頂部最小距離為7.49 m,隧道位于砂質(zhì)泥巖中,臨近建筑物范圍采用非爆開挖施工,隧道結(jié)構(gòu)型式為單線單洞馬蹄形斷面。建筑物樁基礎(chǔ)與隧道相對位置剖面圖如圖1所示。

圖1 區(qū)間隧道與安置房樁基礎(chǔ)剖面位置示意圖

由于區(qū)間隧道距離現(xiàn)狀安置房較近,房屋結(jié)構(gòu)對沉降、傾斜變形控制要求較高,故該段區(qū)間隧道施工的重點難點是如何將區(qū)間隧道暗挖施工對既有建筑物樁基的影響降至最低。

依據(jù)新奧法原理,對該段區(qū)間隧道洞身結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,采用初支+二襯的復(fù)合式襯砌。初期支護包含:架立型鋼鋼架、超前注漿錨桿、掛鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土等,二次襯砌為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),EVA防水板+無紡?fù)凉げ紭?gòu)成隧道防水體系,設(shè)置于初期支護和二次襯砌之間,有效防水。該段區(qū)間隧道洞身結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 支護參數(shù)一覽表

經(jīng)研究確定隧道采用CD法施工,隧道施工開挖順序為:超前注漿支護——導(dǎo)洞開挖及支護——主洞開挖并及時支護——仰拱封閉——臨時支護拆除——施作二次襯砌。并在合理位置布設(shè)監(jiān)測點,區(qū)間隧道開挖施工過程中應(yīng)及時進行監(jiān)控量測、數(shù)據(jù)整理,及時反饋隧道變形、圍巖應(yīng)力等監(jiān)測信息,用于指導(dǎo)區(qū)間隧道施工。

2 計算模型

分析模型以某市軌道交通6號線臨近現(xiàn)狀安置房5#樓的區(qū)間隧道為研究對象,隧道高度為8.38 m,跨度為11.16 m。本項目分析模型建立時綜合考慮“邊界效應(yīng)”的原則及開挖的影響范圍,計算模型大小確定為:X方向(寬度)上,由隧道中心線向兩邊分別延伸至4倍隧道跨度;Y方向(高度)上,隧道頂板覆土取隧道的實際埋深,隧道底部往下延伸至4倍隧道高度,模型各邊界施加相應(yīng)方向的約束。每個樁基荷載按2.5MPa考慮。既有建筑物的樁基及隧道二次襯砌本構(gòu)模型按照基于彈性理論分析的彈性模型考慮,隧道洞周的圍巖按照基于彈塑性理論分析的摩爾-庫侖模型考慮。

隧道開挖過程分析模擬為:① 初始地應(yīng)力→② 樁基開挖→③ 灌入樁基混凝土→④ 樁基加載→⑤ 開挖隧道左半部分→⑥ 左半部分錨噴及施作臨時鋼拱架→⑦ 開挖隧道右半部分→⑧ 右半部分錨噴及拆除臨時鋼拱架→⑨ 邊墻及仰拱二次襯砌施作。

由于本次計算主要考慮區(qū)間隧道暗挖施工時圍巖變形及對既有建筑物樁基的影響,故在步序④完成后對整體位移清零,再進行隧道開挖模擬。建立模型如圖2所示。

圖2 模型整體示意圖

3 計算結(jié)果分析

3.1 隧道洞周的圍巖變形分析

有限元模型計算分析時,結(jié)合施工步序安排及現(xiàn)場實際情況,選取隧道施工過程中(單側(cè)開挖完成)、隧道施工的最終狀態(tài)(二襯完成后)兩個開挖步的計算結(jié)果進行研究,同時為便于研究隧道施工對臨近樁基的影響,選取目標(biāo)面位置處隧道拱頂和拱底特征點進行分析,監(jiān)測特征點的位移隨隧道開挖的變化規(guī)律。隧道洞周的圍巖變形及特征點位移變化規(guī)律如圖3～圖5所示。

圖3 隧道施工過程中圍巖豎向變形云圖

圖4 隧道二襯施作后圍巖豎向變形云圖

圖5 隧道拱頂、拱底監(jiān)測點豎向位移變化曲線圖

從洞周的圍巖變形及特征點位移變化結(jié)果可得出:隧道洞周圍巖的豎向位移隨著隧道分步開挖的進行逐漸增大,且其影響范圍具有同樣規(guī)律,即逐漸擴大;從隧道開挖的最終狀態(tài)來看,隧道拱頂特征點的最大沉降值約為2.92 mm,拱底特征點的最大隆起值約為3.74 mm。隧道開挖后及時支護,能有效保證圍巖的穩(wěn)定性,隧道開挖施工過程中應(yīng)及時進行監(jiān)控量測、數(shù)據(jù)整理,并及時反饋隧道變形、圍巖應(yīng)力等監(jiān)測信息,用于指導(dǎo)區(qū)間隧道施工,確保隧道處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 既有建筑物樁基的影響分析

現(xiàn)狀安置房5#樓采用樁基礎(chǔ),設(shè)計樁入土深度為15.40～15.66 m,嵌入基巖1.6 m左右,初始地應(yīng)力計算時樁受力情況如圖6所示。

圖6 初始應(yīng)力狀態(tài)樁豎向位移云圖

該段隧道開挖必然對現(xiàn)狀安置房5#樓的樁基產(chǎn)生影響,為了研究既有建筑物的傾斜變形規(guī)律,建模時預(yù)先在樁基礎(chǔ)底部設(shè)置了3個監(jiān)測點,分別為圖7中的A、B、C監(jiān)測點,從隧道開挖至二襯施作后,各監(jiān)測點累計變形情況如下:A點下沉0.748 mm,B點下沉0.453 mm,C點下沉0.296 mm。

圖7 基礎(chǔ)監(jiān)測點布置圖

AB邊傾斜角為:

BC邊傾斜角為:

綜上所述,在隧道開挖過程中現(xiàn)狀安置房5#樓的傾斜值滿足相關(guān)要求。

3.3 現(xiàn)狀安置房5#樓的處理措施

為減小隧道施工對既有建筑物樁基的影響,施工過程中,采取如下措施對現(xiàn)狀安置房5#樓進行保護:

(1) 嚴(yán)格采用非爆破施工。

(2) 提高隧道洞周的支護參數(shù),加強支護。

(3) 小循環(huán)開挖,減小影響范圍,并及時支護,盡早封閉圍巖。

(4)及時對初期支護及二襯背后進行注漿。

(5)勤量測,信息及時反饋,以便指導(dǎo)施工。

4 結(jié) 論

本文針對某市軌道交通6號線區(qū)間隧道穿越現(xiàn)狀安置房5#樓工程,采用有限元軟件建立仿真模型,進行模擬分析,研究了該區(qū)間隧道暗挖施工引起的周圍土體位移以及建筑物樁基礎(chǔ)位移情況。結(jié)果表明:隧道暗挖施工采取的CD工法能夠有效降低對既有建筑物樁基礎(chǔ)的影響,施工過程中嚴(yán)格按照技術(shù)要求施工,并輔以相關(guān)處理措施,即可把風(fēng)險控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi),暗挖施工對既有建筑物樁基礎(chǔ)的影響是很小的。