花 杰

(蘇交科集團(tuán)檢測(cè)認(rèn)證有限公司 南京市 211100)

0 引言

城市地鐵隧道工程建設(shè)過程中不可避免地會(huì)下穿既有高架橋等構(gòu)筑物，當(dāng)隧道與高架橋的樁基距離較近時(shí)可能會(huì)影響高架橋的安全，為了對(duì)這一問題進(jìn)行分析，國內(nèi)一些學(xué)者作了相關(guān)研究，例如，凌同華、趙文藝等人[1-2]依托某隧道下穿高速公路橋梁段，采用三維有限差分法研究隧道動(dòng)態(tài)施工引起的地表沉降以及橋梁樁基變形的規(guī)律，將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析驗(yàn)證方法的正確性和有效性；楊贏、孟昭暉等人[3-4]以某項(xiàng)目為背景，采用ABAQUS有限元軟件，通過二維和三維有限元模型對(duì)橋梁樁基施工全過程中地鐵隧道及其周圍土體的變形情況進(jìn)行分析；許桂生、何海健等人[5-6]依托某實(shí)際工程，基于Abaqus軟件建立橋-隧三維數(shù)值計(jì)算模型，對(duì)城市公路隧道近接橋梁樁基段施工進(jìn)行模擬，得到大跨淺埋暗挖公路隧道施工對(duì)地層的影響規(guī)律，并研究高壓旋噴樁加固措施對(duì)橋梁樁基變形的影響。

主要以某橋梁樁基鄰近隧道施工為例，采用有限元軟件PLAXIS進(jìn)行建模分析，重點(diǎn)分析了采取隔離樁加固前后隧道開挖對(duì)鄰近樁基變形影響變化規(guī)律。

1 工程概況

某城市地鐵隧道工程下穿既有高架橋，由于高架橋的兩個(gè)獨(dú)立樁基鄰近擬建隧道，因此需要考慮隧道施工對(duì)橋梁樁基的影響。圖1為擬建隧道與既有樁基之間的位置示意圖。已知擬建隧道外直徑為6.0m，襯砌厚度為50cm，雙隧道之間間距為15.0m，左右側(cè)樁基均為10個(gè)Φ1.5m的鉆孔樁構(gòu)成，樁深約65m，且左右樁基與隧道最小距離均為8.5m。左右兩側(cè)擬采用20根Φ1.5m的鉆孔隔離樁進(jìn)行加固處理，參考文獻(xiàn)[7]，隔離樁的樁心距取1.5m，總加固長(zhǎng)度為30m，隔離樁距離隧道外圍最近距離為2m，樁長(zhǎng)為40m。

圖1 隧道與樁基位置示意圖

2 數(shù)值建模

如圖2所示，采用有限元軟件PLAXIS建立數(shù)值模型圖，即采用隔離樁來減小雙隧道開挖對(duì)橋梁樁基影響的模型圖，模型的長(zhǎng)、寬、高分別為120m、80m和80m，隧道中心埋深約為18m，土體從上至下厚度依次為1.2m、1.8m、26m、16m和35m，模型左右、前后邊界以及底部均進(jìn)行位移和邊界約束。計(jì)算過程中土體的本構(gòu)模型均采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型。襯砌采用C60混凝土，襯砌厚度取50cm，表1給出了模型從上至下的土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)。表2給出了襯砌、樁基的相關(guān)參數(shù)。

圖2 數(shù)值模型

表1 土體的物理力學(xué)參數(shù)

表2 隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)

3 隔離樁的加固效果分析

為了驗(yàn)證本工程中隔離樁的加固效果，將左右樁基在有隔離樁和無隔離樁下的樁基位移進(jìn)行對(duì)比分析。設(shè)立以下10種工況，對(duì)工程中的每一步工序進(jìn)行評(píng)判，如表3所示。

表3 隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)

樁基的位移值是評(píng)判樁基安全與否的常用標(biāo)準(zhǔn)，主要包括沿樁基上部橋梁方向(稱之為順橋向，方向以向右為正)、沿垂直橋梁方向(稱之為橫橋向，以向隧道掘進(jìn)方向?yàn)檎?和沿樁基垂直方向(稱之為垂直向，方向以向上為正)。

如圖3所示，為有、無隔離樁時(shí)各工況下樁基頂部順橋向位移圖。由圖可知，對(duì)于左側(cè)樁基，發(fā)生向右側(cè)的傾斜，在未設(shè)隔離樁時(shí)最大順橋向位移為1.71mm，在設(shè)隔離樁后最大順橋向位移為0.63mm，設(shè)隔離樁之后位移減小了63.2%。對(duì)于右側(cè)樁基，發(fā)生向左側(cè)的傾斜，在未設(shè)隔離樁時(shí)最大順橋向位移為1.82mm，在設(shè)隔離樁后最大順橋向位移為0.68mm，設(shè)隔離樁之后位移減小了62.6%。綜上可知，相比于不采取加固措施，采取隔離樁加固措施以后，可以使得最大順橋向位移減小62%以上。

圖3 隔離樁對(duì)順橋向位移影響

如圖4所示，為有、無隔離樁時(shí)各工況下樁基頂部橫橋向位移圖。由圖可知，對(duì)于左側(cè)樁基，發(fā)生沿隧道掘進(jìn)方向的傾斜，在未設(shè)隔離樁時(shí)最大橫橋向位移為0.54mm，在設(shè)隔離樁后最大橫橋向位移為0.52mm，設(shè)隔離樁之后位移減小了4.0%。對(duì)于右側(cè)樁基，發(fā)生沿隧道掘進(jìn)相反方向的傾斜，在未設(shè)隔離樁時(shí)最大橫橋向位移為0.56mm，在設(shè)隔離樁后最大橫橋向位移為0.53mm，設(shè)隔離樁之后位移減小了5.3%，且左右樁基在有、無隔離樁時(shí)位移變化曲線比較接近。綜上可知，相比于不采取加固措施，采取隔離樁加固措施以后，對(duì)樁基的橫橋向位移影響可以忽略不計(jì)。

如圖5所示，為有、無隔離樁時(shí)各工況下樁基頂部垂直向位移圖。由圖可知，對(duì)于左側(cè)樁基，發(fā)生向下的沉降，在未設(shè)隔離樁時(shí)最大垂直向位移為1.27mm，在設(shè)隔離樁后最大垂直向位移為0.49mm，設(shè)隔離樁之后位移減小了61.4%。對(duì)于右側(cè)樁基，發(fā)生向左側(cè)的傾斜，在未設(shè)隔離樁時(shí)最大垂直向位移為1.16mm，在設(shè)隔離樁后最大垂直向位移為0.41mm，設(shè)隔離樁之后位移減小了64.7%。綜上可知，相比于不采取加固措施，采取隔離樁加固措施以后，可以使得最大垂直向位移減小61%以上。

圖5 隔離樁對(duì)垂橋向位移影響

此外，采取隔離樁之后，樁基的各向位移均小于1mm，滿足《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》的位移要求，說明本工程采用的隔離樁加固措施是有效的，能將樁基的變形控制在規(guī)范值范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

以某橋梁樁基鄰近隧道施工為例，采用有限元軟件PLAXIS進(jìn)行建模分析，重點(diǎn)分析了采取隔離樁加固前后隧道開挖對(duì)鄰近樁基變形影響變化規(guī)

律，結(jié)論如下：

(1)左側(cè)樁基在設(shè)隔離樁前后最大順橋向位移分別為1.71mm和0.63mm；右側(cè)樁基在設(shè)隔離樁前后最大順橋向位移分別為1.82mm和0.68mm。相比于不采取加固措施，采取隔離樁加固措施以后，可以使得最大順橋向位移減小62%以上。

(2)左側(cè)樁基在設(shè)隔離樁前后最大橫橋向位移分別為0.54mm和0.52mm；右側(cè)樁基在設(shè)隔離樁前后最大橫橋向位移分別為0.56mm和0.53mm。相比于不采取加固措施，采取隔離樁加固措施以后，對(duì)樁基的橫橋向位移影響較小。

(3)左側(cè)樁基在設(shè)隔離樁前后最大垂直向位移分別為1.27mm和0.49mm；右側(cè)樁基在設(shè)隔離樁前后最大垂直向位移分別為1.16mm和0.41mm。相比于不采取加固措施，采取隔離樁加固措施以后，可以使得最大垂直向位移減小61%以上。

(4)采取隔離樁之后，樁基的各向位移均小于1mm，滿足《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》的位移要求，說明本工程采用的隔離樁加固措施是有效的，能將樁基的變形控制在規(guī)范值范圍內(nèi)。