郭垚偉

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000)

0 前 言

近年來，為了解決日益嚴(yán)峻的道路擁堵問題、緩解交通壓力，越來越多的城市選擇地鐵作為解決方案。然而，由于城市用地逐漸減少，建(構(gòu))筑物日益密集，地鐵線路選擇時(shí)不可避免要穿過許多建(構(gòu))筑物。對(duì)于地鐵隧道近距離側(cè)穿房屋建筑的情況，為了減少隧道開挖對(duì)已有建筑造成影響，防止建筑物產(chǎn)生較大沉降和變形，在隧道和受保護(hù)建筑物之間設(shè)置隔離樁已經(jīng)成為一種常見的加固方法。但為了獲得較好的沉降控制效果，需要加長(zhǎng)隔離樁長(zhǎng)度，相應(yīng)的工程造價(jià)會(huì)大幅增加[1-2]。為解決這一矛盾，本文研究在隔離樁頂設(shè)置錨索，增強(qiáng)隔離樁抵抗由于隧道開挖產(chǎn)生變形的能力，同時(shí)控制工程造價(jià)。

1 工程背景

南寧某地鐵盾構(gòu)隧道于里程ZDK14+4～ZDK14+130范圍側(cè)穿3棟18層居民樓，其中側(cè)穿建筑物最近水平凈距約4.25 m，側(cè)穿長(zhǎng)度約20 m，該建筑物主體為筏板基礎(chǔ)，四周裙樓為獨(dú)立基礎(chǔ)。盾構(gòu)隧道直徑6 m，該處線路坡度約28‰，隧道埋深約16.33 m，隧道上方地層主要為素填土、粉質(zhì)黏土、含黏性土圓礫和泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。隧道側(cè)穿建筑物剖面圖如圖1所示。為防止隧道開挖土體擾動(dòng)對(duì)已有建筑物造成損壞，在盾構(gòu)隧道與建筑物之間設(shè)置一排隔離樁，隔離樁采用鉆孔灌注樁，直徑0.8 m，樁中心距0.95 m，樁頂設(shè)冠梁。

圖1 南寧某盾構(gòu)隧道側(cè)穿建筑物剖面圖(單位：mm)

2 隔離樁保護(hù)效果分析

借助有限元分析軟件，以南寧某地鐵盾構(gòu)隧道側(cè)穿高層住宅樓為工程原型，建立隧道側(cè)穿建筑物的有限元模型。分別比較不設(shè)置隔離樁、隔離樁深入隧道底部4 m、隔離樁樁底與隧道平齊三種條件下的建筑物沉降變形情況來分析隔離樁對(duì)建筑物的沉降控制效果。

2.1 建立模型

充分考慮隧道開挖對(duì)周圍土體的影響，避免由于模型尺寸效應(yīng)影響模擬結(jié)果，本次模型尺寸均超過隧道5倍直徑影響范圍，模型尺寸為125 m×94 m×50 m，模型四周采用水平約束，底部采用豎直約束，上表面為自由邊界。側(cè)穿建筑物形式根據(jù)其荷載等效簡(jiǎn)化。土體本構(gòu)模型選取摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則。盾構(gòu)隧道襯砌、建筑物以及隔離樁采用彈性模型。選取建筑物地面四個(gè)角點(diǎn)作為沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。有限元分析模型如圖2所示，地層基本物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 地層基本物理力學(xué)參數(shù)

圖2 有限元分析模型

2.2 分析比較

工況1：未設(shè)置隔離樁。

工況2：設(shè)置隔離樁，隔離樁直徑0.8 m，中心距1.0 m，樁長(zhǎng)22 m，樁底與隧道底平齊。排樁長(zhǎng)度24 m，共設(shè)置25根隔離樁。

工況3：設(shè)置隔離樁，隔離樁直徑0.8 m，中心距1.0 m，樁長(zhǎng)26 m，深入到隧道底板以下4 m。排樁長(zhǎng)度24 m，共設(shè)置25根隔離樁。

建筑物沉降對(duì)比如表2所示。

表2 建筑物沉降對(duì)比

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

通過將數(shù)值模擬結(jié)果同施工過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明本次分析結(jié)果基本上可以模擬地面和建筑物的變形趨勢(shì)，建筑物沉降數(shù)據(jù)誤差可以滿足分析對(duì)比需求。建筑物沉降對(duì)比如表3所示。

表3 建筑物沉降對(duì)比

4 隔離樁保護(hù)新思考

綜合上述分析可以發(fā)現(xiàn)，隔離樁越長(zhǎng)，嵌固深度越大，對(duì)建筑物沉降的控制效果越明顯。然而隔離樁在增加長(zhǎng)度的同時(shí)工程造價(jià)也在增加，對(duì)于沉降的控制效果增加并不明顯。綜合國(guó)內(nèi)大量隧道側(cè)穿建筑物隔離樁設(shè)置形式及控制效果，同時(shí)考慮工程成本，本文考慮在隔離樁頂端增加設(shè)置錨索對(duì)沉降控制效果進(jìn)行分析。分別對(duì)上文中兩種隔離樁布置形式增加設(shè)置錨索進(jìn)行對(duì)比分析，錨索直徑42 mm,錨索長(zhǎng)度20 m。分析結(jié)果如表4所示。

表4 建筑物沉降對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以南寧地鐵某盾構(gòu)隧道側(cè)穿高層建筑物所設(shè)置隔離樁為例，通過建立有限元分析模型，分析不同樁長(zhǎng)條件下其沉降控制效果，并綜合分析國(guó)內(nèi)大量隧道側(cè)穿建(構(gòu))筑物工程案例，結(jié)論如下。

1)在一定程度內(nèi)增加樁長(zhǎng)可提高隧道開挖對(duì)其附近建(構(gòu))筑物的沉降控制效果，同時(shí)其工程造價(jià)顯著增加。超過一定范圍后通過增加樁長(zhǎng)以增加對(duì)沉降的控制效果并不明顯，相應(yīng)的工程造價(jià)顯著增加。

2)在隔離樁頂設(shè)置錨索可有效減少建筑物不均勻沉降，同樣樁長(zhǎng)條件下，設(shè)置錨索可減少建筑物沉降約2～3 mm。相比增加樁長(zhǎng)，該措施工程造價(jià)相對(duì)較少，工程實(shí)用性更強(qiáng)。

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