建筑物的樁基設(shè)計不當時，近接于該建筑物的地鐵施工極易造成其樁基變形、應(yīng)力集中，給建筑物的結(jié)構(gòu)正常使用帶來極大風(fēng)險。文章依托金結(jié)余地鐵7號線螺螄灣北站—羊甫南站區(qū)間的中豪置業(yè)螺螄灣A2地塊消防站項目（以下簡稱“A2地塊”），應(yīng)用數(shù)值模擬方法，研究既有結(jié)構(gòu)樁基類型對抵抗近接地鐵區(qū)間擾動的影響，為設(shè)計施工提供理論指導(dǎo)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)A2地塊訓(xùn)練塔原設(shè)計為兩段預(yù)制管樁，由于連接處與地鐵區(qū)間接近同一水平線，地鐵區(qū)間施工將對樁基造成較大擾動，出現(xiàn)較大的水平變形與應(yīng)力集中，當優(yōu)化為整體灌注樁后，該擾動明顯減弱，滿足結(jié)構(gòu)安全需求。

地下工程; 樁基; 近接工程; 施工擾動

U452.2+6?? A

[定稿日期]2021-06-17

[作者簡介]陳尤斌（1984～），男，本科，高級工程師，從事地鐵工程管理工作。

隨著城市地下空間的發(fā)展，越來越多的地鐵施工近接于各種構(gòu)建筑物，研究新建地鐵區(qū)間對周邊基坑、樁基等構(gòu)建筑物的影響時亟需解決的工程實際問題[1]。

淺埋地鐵施工一般在區(qū)間中心對應(yīng)的地表位置造成的沉降最大，由正上方中線向周邊逐漸減小[2]，習(xí)慣稱該沉降曲線為“沉降槽”。Loganathan等人[3]以工程實例為依托研究了隧道施工造成地層沉降的規(guī)律以及對周邊建（構(gòu)）筑物的影響。仇文革[4]在總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上將隧道近接施工分區(qū)按照影響由弱至強的順序，將施工影響區(qū)域劃分為“無影響區(qū)”“弱影響區(qū)”和“強影響區(qū)”。

同時，隧道施工過程中難以避免會造成周圍土體位移，當土體的位移值過大就會影響到周圍土層中既有的樁基礎(chǔ)，進而對上部的建筑或構(gòu)筑物產(chǎn)生影響[5]。盾構(gòu)掘進會使周圍土體產(chǎn)生豎向位移和水平位移;當土體的豎直方向的位移表現(xiàn)形式為沉降時，土體的變形會在樁身上產(chǎn)生負摩阻力，引起樁軸力的變化以及樁體沉降;當土體豎向位移表現(xiàn)為向上隆起時，土體作用到樁側(cè)和樁端的向上作用力使樁軸力增加并且產(chǎn)生上升的趨勢，最終會導(dǎo)致樁基上部結(jié)構(gòu)受到不均勻反作用力和產(chǎn)生變形;土體的水平位移會引起隧道周圍的樁體產(chǎn)生向隧道中心變形的趨勢，導(dǎo)致樁身附加彎矩的產(chǎn)生和增加，使樁承載力受影響[6-7]。王占生在基于盾構(gòu)隧道施工對土體的影響規(guī)律進一步通過理論分析的方法分析了隧道在鄰近樁基施工時對樁基的影響，并指出了如何減小樁基變形和控制樁內(nèi)力的有效途徑[8]。

本文依托昆明地鐵7號線螺螄灣北站—羊甫南站區(qū)間，該盾構(gòu)區(qū)間近接于螺獅灣A2地塊訓(xùn)練塔，最近水平距離9.279 m，通過數(shù)值模擬的手段研究地鐵開挖卸荷對既有地下結(jié)構(gòu)的影響，并根據(jù)計算結(jié)果對樁基進行優(yōu)化設(shè)計。

1 工程概況

云南中豪置業(yè)螺螄灣A2地塊消防站項目（以下簡稱“A2地塊”）位于昆明市官渡區(qū)新螺螄灣國際商貿(mào)城片區(qū)，廣福路南側(cè)空地內(nèi)，平面形狀為一類似矩形的五邊形。螺螄灣北站為地鐵4、7號線換乘車站，其中4號線螺螄灣北站（運營站位為廣衛(wèi)站）已建好并投入運營，7號線螺螄灣北站處于規(guī)劃階段。A2地塊位于7號線螺螄灣北站大里程端頭，螺螄灣北站—羊甫南站區(qū)間從A2地塊正下方穿越。地理位置區(qū)域圖如圖1所示。

地鐵7號線功能定位為昆明市城市快速軌道交通重要的填充線，線路全長42.2 km，采用全地下線敷設(shè)。A2地塊位于7號線螺螄灣北站—羊甫南站區(qū)間，施工工法為盾構(gòu)法。

場地處于昆明盆地東部邊緣地帶，屬昆明斷陷盆地地貌單元?，F(xiàn)狀為空地，地形較為平緩，地勢較為開闊。在勘察深度（約50 m）范圍內(nèi)，揭露的場區(qū)地層為上覆第四系人工填土層（Q4ml，①大層），第四系沖洪積黏性土層（Q4al+pl，②大層），下部為第四系湖積黏性土、粉土、有機質(zhì)黏土交替沉積層（Ql，③～④大層）。

2 近接關(guān)系

2.1 平面關(guān)系

區(qū)間隧道正穿A2地塊的綠化帶和籃球訓(xùn)練場，側(cè)穿A2地塊的訓(xùn)練塔。訓(xùn)練塔為地上5層結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用500 mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，有效樁長20 m，樁基外邊緣與區(qū)間隧道外邊緣平面距離范圍為9.279～9.554 m，平面關(guān)系如圖2所示。

2.2 剖面關(guān)系

區(qū)間隧道正穿A2地塊的綠化帶和籃球訓(xùn)練場，正穿區(qū)間隧道頂埋深約為7.7～8.2 m。訓(xùn)練塔為地上5層結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用500 mm預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，有效樁長20 m，分兩段壓入，區(qū)間隧道豎向上位于訓(xùn)練塔樁基腰部，訓(xùn)練塔樁基底位于區(qū)間隧道底以下約7.5 m。訓(xùn)練塔樁基分節(jié)接頭部位與隧道水平中心線，基本位于同一豎向標高，剖面關(guān)系如圖3所示。

3 樁基類型數(shù)值分析

3.1 數(shù)值計算模型

本次計算采用大型通用有限元分析軟件，通過建立二維模型，分析A2地塊施工對地鐵7號線區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響。

結(jié)合地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的空間尺寸，為避免尺寸效應(yīng)對計算結(jié)果的不利影響，擬定模型X方向（東西方向）取60 m，Z方向（深度方向）按實際地質(zhì)情況取30 m。土體采用實體單元模擬，區(qū)間結(jié)構(gòu)、樁基結(jié)構(gòu)、樓體采用板單元模擬，采用四面體網(wǎng)格，能夠得到較好的計算結(jié)果。土體采用基于莫爾庫倫準則的彈塑性本構(gòu)模型，混凝土結(jié)構(gòu)采用彈性本構(gòu)模型，據(jù)實開展相關(guān)計算工作。模型圖如圖4所示，數(shù)值計算模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，圍巖物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。

3.2 數(shù)值模擬步驟

由于本計算主要分析盾構(gòu)區(qū)間施工對樓體及樁基的影響，因此設(shè)定施工步驟如下：初始應(yīng)力平衡—訓(xùn)練塔樁基施工—訓(xùn)練塔樓體施工—7號線左線隧道開挖（圍巖釋放率20 %）—7號線左線隧道管片（圍巖釋放率80 %）—7號線右線隧道開挖（圍巖釋放率20 %）—7號線右線隧道管片（圍巖釋放率80 %）。

3.3 影響結(jié)果與分析

在獲得初始應(yīng)力狀態(tài)后，后續(xù)的分步計算均建立在上一步計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，得到各施工階段對應(yīng)的增量。區(qū)間開挖有多個步驟，本章節(jié)僅展示地下室開挖終態(tài)與初始應(yīng)力狀態(tài)的對比。位移如圖5所示，彎矩如圖6所示。

由圖5及圖6可以看出，7號線地鐵區(qū)間的施工對既有A2地塊訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)的影響如下：

（1）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁基有下沉的趨勢，結(jié)構(gòu)最大下沉2.18 mm，最大位移位于靠近7號線區(qū)間一側(cè)，且由于樁基由兩段連接而成，存在一定的變形不均勻。

（2）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁基將發(fā)生水平向變形，具體為向地鐵7號線區(qū)間一側(cè)變形，最大變形8.52 mm。其中最大變形主要發(fā)生在靠近7號線右線區(qū)間同一水平位置的混凝土管樁連接處，存在位移突變，具有一定的施工風(fēng)險。

（3）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁結(jié)構(gòu)在地鐵7號線施工中內(nèi)力有一定影響，正彎矩最大變化量約為8.01 %，負彎矩最大變化量約為1.23 %，正彎矩變化較大，且出現(xiàn)在管樁連接處。

3.4 樁基優(yōu)化分析

由上述分析計算可以看出，樁基在靠近地鐵區(qū)間一側(cè)會發(fā)生一定的變形與應(yīng)力集中，由于預(yù)制管樁兩段連接處與地鐵區(qū)間基本位于同一標高水平線，圖5可以清晰的看出，豎向變形上下兩段樁基有明顯分界，水平變形在連接處有明顯地靠近地鐵區(qū)間一側(cè)變形，對訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

將兩段預(yù)制管樁更改為整體灌注樁，此時樁基將成為一整體，其他邊界條件與3.1節(jié)相同，現(xiàn)將計算結(jié)果置于圖7、圖8。

通過樁基優(yōu)化后的計算發(fā)現(xiàn)7號線地鐵區(qū)間的施工對既有A2地塊訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)的影響如下：

（1）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁基有下沉的趨勢，結(jié)構(gòu)最大下沉1.65 mm，最大位移位于靠近7號線區(qū)間一側(cè)，樁基變形連續(xù)，無不均勻變形出現(xiàn)。

（2）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁基將發(fā)生水平向變形，具體為向地鐵7號線區(qū)間一側(cè)變形，最大變形3.41 mm，較之前減小5.11 mm左右。

（3）訓(xùn)練塔結(jié)構(gòu)及樁結(jié)構(gòu)在地鐵7號線施工中內(nèi)力有一定影響，正彎矩最大變化量約為5.2 %，負彎矩最大變化量約為5.6 %。

4 結(jié)論

由于地鐵結(jié)構(gòu)與分段式預(yù)制管樁連接處在同一標高水平線，地鐵7號線的施工對融創(chuàng)春風(fēng)十里A2地塊項目有一定影響，采用預(yù)制管樁時后續(xù)地鐵施工影響較大，建議采用整體的灌注樁進行施工，優(yōu)化后地鐵施工對訓(xùn)練塔影響較小，滿足結(jié)構(gòu)安全需求。

參考文獻

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[3] Loganathan N.， Poulos H. G. Analytical prediction for tunnelling-induced ground movements in clays[J]. Journal of Geotechnical andGeoenvironmental Engineering， 1998， 124（9）： 846-856.

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