李慧明

摘? ? 要：城市橋梁深大直徑樁基施工必然會對鄰近地鐵造成影響。以鄰近地鐵隧道區(qū)間擬建橋梁為背景，模擬不同水平凈距條件下的樁基施工過程，分析樁基施工過程中對鄰近隧道的影響規(guī)律，提出利于地鐵保護的樁基施工方法。

關鍵詞：城市軌道交通;安全保護;數(shù)值模擬;樁基施工

1? 引言

隨著地鐵的大規(guī)模建設和開通運營，地鐵沿線的土地資源利用價值不斷提升，城市交通體系也由傳統(tǒng)的地面交通模式向地下、地面、地上立體式交通模式轉變[1]，因此軌道交通保護區(qū)范圍內(nèi)的橋梁樁基施工越來越頻繁，并朝著更近、更深方向發(fā)展。根據(jù)地基應力擴散理論，假定樁土間不出現(xiàn)滑移，樁側剪應力按照一定的角度由樁表面擴散到周圍土體中，當樁基與地鐵隧道水平間距過近時，樁基上部部分摩阻力必然通過地層傳遞給地鐵隧道，增加結構的附加應力。文獻[2]給出了區(qū)間隧道周邊樁基施工安全管理等級，提出5m的限制施工范圍;文獻[3]給出了樁基施工距區(qū)間隧道最小凈距3m的限值和設計、施工要求;文獻[4]分析研究了高層建筑樁基施工及樁基沉降對鄰近隧道可能產(chǎn)生的附加沉降進行了分析，發(fā)現(xiàn)樁基礎在隧道軸線方向引起的最大相對變形曲率發(fā)生在基礎邊緣附近，樁基沉降只是引起隧道變形的一部分。因此分析樁基施工對鄰近地鐵區(qū)間的影響，掌握相關經(jīng)驗數(shù)據(jù)具有重要意義。

2? 工程概況

該項目地鐵盾構隧道直徑6m，上、下行線凈距9m，管片厚度300mm，位于2-2黏土層中，隧道頂覆土約9.8m。橋梁標準跨度分別為30m、40m、30m，樁基直徑均為1.8m，樁長約50m，承臺約8.5×7.5×4.5m，承臺Z1-Z4與區(qū)間隧道水平凈距分別為9.67m、8.1m、5.9m、4.36m，豎向凈距分別為5.47m、5.1m、5m、5.56m。場地內(nèi)地下水主要賦存于人工填土中，以上層滯水為主，水量微弱。黏性土層分布廣泛，埋深淺，透水性和富水性均較弱，具有弱膨脹性。巖土及結構參數(shù)取值詳見表1。

3? 有限元模型

承臺基坑采用鋼板樁+內(nèi)支撐支護;樁基施工采用泥漿護壁;橋面系統(tǒng)施工時采用腳手架支撐，將荷載直接加在地面上;橋梁使用階段將上部荷載直接加載到承臺上。本次模型中盾構管片采用板單元，使用線彈性模型;地層采用實體單元，使用修正摩爾庫倫模型;橋樁采用實體單元模擬，在樁周建立二維接觸單元模擬樁周摩阻力;鋼板樁采用板單元。模型采用位移邊界作為邊界條件，除上表面為自由邊界外，其余各外表面均約束法線方向的位移。模型尺寸為180m×120m×80m（縱向×橫向×豎向），如圖1。

4? 數(shù)值模擬結果

為分析樁基施工及不同水平凈距對臨近隧道的影響規(guī)律，按距離由近到遠模擬橋墩Z4、Z3、Z2、Z1施工及使用四個工況，每個工況施工步序如下：a.樁開挖;b.樁成樁;c.承臺開挖;d.承臺施工;e.承臺回填;f.橋墩上部結構施工及使用。盾構施工完成后，先進行初始地應力計算，將位移和剪力清零。根據(jù)不同工況中的施工步序進行分析，取各工況結束時位移值，其中樁基施工產(chǎn)生的土體擾動使隧道朝樁基側發(fā)生水平位移值較小，最大僅0.38mm，豎向位移計算結果如圖2所示。

5? 結論與建議

鄰近隧道橋梁樁基施工，荷載通過摩阻力傳遞到周圍土層中，在樁周產(chǎn)生附加應力，引起地層沉降，從而導致鄰近隧道產(chǎn)生豎向沉降，同時引起隧道襯砌變形和內(nèi)力變化，對隧道產(chǎn)生不利影響。通過對比分析：（1）承臺施工前隧道均未發(fā)生隆起，可見采用泥漿護壁能有效減少成孔過程中對鄰近隧道的影響。當?shù)刭|條件較差，泥漿護壁不能滿足要求時，建議采用鋼套筒跟進成孔施工工藝。（2）承臺土方開挖施工階段，隧道緩慢上浮，隧道隆起量約1.5mm，橋梁上部結構施工完成后最終沉降約2mm，整個施工過程豎向位移均能滿足運營隧道5mm控制值的要求。（3）超過一定直徑和深度的樁基施工對鄰近地鐵影響較大，還應對運營隧道采取自動化監(jiān)測措施，確保軌道交通運營及結構安全。

參考文獻：

[1] 羅鳳霞，史海鷗，陳玉清，劉庭金等.地鐵結構安全保護典型事故案例分析[M].廣州，華南理工大學出版社，2015.

[2] 劉學增，王占生，袁聚亮，劉建國.地鐵隧道安全保護與對策[M].上海：同濟大學出版社，2018.

[3] 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部.城市軌道交通結構安全保護技術規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[4] 婁曉明，劉建航.高層建筑樁基礎對鄰近隧道影響的監(jiān)測與分析[J].同濟大學學報，2003（9）：1014～1018.