樁基施工對近距離運營地鐵隧道疊加影響分析

姚 捷

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司， 武漢 430063）

1 工程背景

某市快速路擴建工程，橋梁樁基施工需側(cè)穿地鐵隧道周邊空間。該條地鐵正在使用，對外界位移影響控制嚴格，需保證地鐵隧道基底位移和結(jié)構(gòu)受力的安全。為使得橋梁樁基施工可行的同時保證隧道正常運營，將建立仿真分析模型全面研究影響程度并提出保護措施的建議。

2 工程概況

快速路擬施工16 個橋墩，分別為H1～H7、HP1～HP9 號橋墩，其中H1～H4號橋墩樁基直徑為1.5m，其余橋墩樁基直徑均為1.6m，樁基均采用鉆孔灌注端承樁。其中H4～H7、HP1～HP9 號樁基臨近地鐵隧道最小水平凈距為3.0m（H5 號墩）。

區(qū)間隧道平面最小曲線半徑為350m，線間距11.2～16.8m，縱斷面采用“V”字坡，左右線最大縱坡均為23.5‰，隧頂埋深為17.4～22.9m，洞身主要穿越（4-1）粉砂層、（4-2）粉細砂層（見圖2）。

隧道襯砌采用通用楔形環(huán)單層鋼筋混凝土平板型管片，外徑6.0m，襯砌厚0.3m，環(huán)寬1.5m。采用C50 高強度防水混凝土進行預制。

圖2 工程橫斷面及地質(zhì)概況

3 工程水文地質(zhì)條件

工程場地分布有白堊系—古近系東湖群（K-Edh）及第四系全新統(tǒng)（Q4）地層。土層依次為：雜填土（1-1），素填土（1-2），淤泥（1-3），粘土（3-1），淤泥質(zhì)土夾粉土（3-4），粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂互層（3-5），粉砂（4-1），粉細砂（4-2），砂礫卵石（5），礫巖（15b）。

下伏基巖裂隙水，接受上部第四系孔隙承壓水下滲的補給，與第四系孔隙承壓水聯(lián)系密切。

4 地鐵隧道保護標準

依據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范》（CJJ T 202-2013）、《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）及《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DB42/242-2014），同時結(jié)合當?shù)剀壍澜煌ńㄔO(shè)、運營經(jīng)驗，建議對隧道采取以下控制標準：

1）絕對沉降、上浮量≤10mm，變化速率≤1mm/d；

2）絕對水平位移≤5mm，變化速率≤1mm/d；

3）徑向收斂≤10mm，管片接縫張開量≤1mm；

4）縱向變形曲線的曲率半徑R≥15000m；

5）差異沉降≤1/2500；

6）施工振動引起隧道峰值速度≤2.5cm/秒；

7）打樁、堆載、機械、降水、地層加固等因素而引起的地鐵隧道外壁附加荷載≤20Kpa。

5 橋梁樁基對地鐵影響分析

5.1 樁基摩阻力對地鐵隧道影響形式

后期建設(shè)的樁基礎(chǔ)從地鐵隧道旁邊穿過，隨著樁基建設(shè)及橋梁運營，恒載及活載增加，承臺及樁體會產(chǎn)生附加沉降，將對巖土層帶來附加應力場，進一步改變隧道的受力狀態(tài)并產(chǎn)生附加位移。

快速路樁基設(shè)計長度達41～45m，樁端持力層為中風化礫巖。雖然樁端到了巖層，但由于樁身較長，上部橋梁加載后，樁身仍會將一定的荷載通過摩阻力的形式分散到巖土體中，產(chǎn)生附加應力，引起地層沉降，可能導致臨近隧道產(chǎn)生豎向沉降，同時引起隧道襯砌變形和內(nèi)力變化。

5.2 數(shù)值仿真模型及計算分析

選取MIDAS GTS NX 分析樁基對地鐵隧道的影響。

5.2.1 數(shù)值模擬

根據(jù)圣維南原理和實際需要，整個模型計算范圍為20m×55m×60m（長×寬×高），模型包括57691 個單元和25726 個節(jié)點。模型采用位移邊界作為邊界條件，除上表面為自由邊界外，各外表面均約束法線方向的位移。

5.2.2 管片位移分析

管片最大沉降為1.82mm，每環(huán)管片的最大沉降主要集中在管片頂部，在整個樁施做及加載的過程中，盾構(gòu)管片無隆起。

管片水平變形主要集中在左右兩側(cè)，最大為0.65mm，受樁施工影響較小。

5.2.3 管片內(nèi)力

樁的施工對管片內(nèi)力產(chǎn)生影響，其中軸力最大值增大24kN，增長約1.6%；彎矩最大值增大約8kN·m，增長約3.5%，橋樁的施工對管片的內(nèi)力影響增量在5%以內(nèi)。由于管片安全儲備有一定富余，因此該增量雖然明顯，但管片安全仍滿足要求。

6 結(jié)論和建議

隧道位移、應力增量均不超標。但考慮地鐵安全的重要性，建議采取必要的安全保障措施：

一是樁基成孔應采取必要防塌孔措施，現(xiàn)場條件具備時也可考慮采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機。

二是減小樁基上部摩阻力對地鐵隧道附加應力的影響，建議結(jié)合防塌孔措施設(shè)鋼護筒統(tǒng)一考慮。

三是采取措施控制樁基沉降。可以通過加長工程樁、加強成樁清孔、樁底注漿等措施。

四是建議該段地鐵隧道在樁基施工前利用天窗時間加強洞內(nèi)二次注漿，保證隧道管片與地層間的間隙填充密實，同時臨近樁基的隧道內(nèi)管片采取縱向拉結(jié)措施，以加強隧道的整體穩(wěn)定性。