桩基施工对邻近地铁盾构区间隧道的影响分析

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　　摘    要：城市桥梁深大直径桩基施工必然会对邻近地铁造成影响。以邻近地铁隧道区间拟建桥梁为背景，模拟不同水平净距条件下的桩基施工过程，分析桩基施工过程中对邻近隧道的影响规律，提出利于地铁保护的桩基施工方法。
　　关键词：城市轨道交通;安全保护;数值模拟;桩基施工
　　1  引言
　　随着地铁的大规模建设和开通运营，地铁沿线的土地资源利用价值不断提升，城市交通体系也由传统的地面交通模式向地下、地面、地上立体式交通模式转变[1]，因此轨道交通保护区范围内的桥梁桩基施工越来越频繁，并朝着更近、更深方向发展。根据地基应力扩散理论，假定桩土间不出现滑移，桩侧剪应力按照一定的角度由桩表面扩散到周围土体中，当桩基与地铁隧道水平间距过近时，桩基上部部分摩阻力必然通过地层传递给地铁隧道，增加结构的附加应力。文献[2]给出了区间隧道周边桩基施工安全管理等级，提出5m的限制施工范围;文献[3]给出了桩基施工距区间隧道最小净距3m的限值和设计、施工要求;文献[4]分析研究了高层建筑桩基施工及桩基沉降对邻近隧道可能产生的附加沉降进行了分析，发现桩基础在隧道轴线方向引起的最大相对变形曲率发生在基础边缘附近，桩基沉降只是引起隧道变形的一部分。因此分析桩基施工对邻近地铁区间的影响，掌握相关经验数据具有重要意义。
　　2  工程概况
　　该项目地铁盾构隧道直径6m，上、下行线净距9m，管片厚度300mm，位于2-2黏土层中，隧道顶覆土约9.8m。桥梁标准跨度分别为30m、40m、30m，桩基直径均为1.8m，桩长约50m，承台约8.5×7.5×4.5m，承台Z1-Z4与区间隧道水平净距分别为9.67m、8.1m、5.9m、4.36m，竖向净距分别为5.47m、5.1m、5m、5.56m。场地内地下水主要赋存于人工填土中，以上层滞水为主，水量微弱。黏性土层分布广泛，埋深浅，透水性和富水性均较弱，具有弱膨胀性。岩土及结构参数取值详见表1。
　　3  有限元模型
　　承台基坑采用钢板桩+内支撑支护;桩基施工采用泥浆护壁;桥面系统施工时采用脚手架支撑，将荷載直接加在地面上;桥梁使用阶段将上部荷载直接加载到承台上。本次模型中盾构管片采用板单元，使用线弹性模型;地层采用实体单元，使用修正摩尔库伦模型;桥桩采用实体单元模拟，在桩周建立二维接触单元模拟桩周摩阻力;钢板桩采用板单元。模型采用位移边界作为边界条件，除上表面为自由边界外，其余各外表面均约束法线方向的位移。模型尺寸为180m×120m×80m（纵向×横向×竖向），如图1。
　　4  数值模拟结果
　　为分析桩基施工及不同水平净距对临近隧道的影响规律，按距离由近到远模拟桥墩Z4、Z3、Z2、Z1施工及使用四个工况，每个工况施工步序如下：a.桩开挖;b.桩成桩;c.承台开挖;d.承台施工;e.承台回填;f.桥墩上部结构施工及使用。盾构施工完成后，先进行初始地应力计算，将位移和剪力清零。根据不同工况中的施工步序进行分析，取各工况结束时位移值，其中桩基施工产生的土体扰动使隧道朝桩基侧发生水平位移值较小，最大仅0.38mm，竖向位移计算结果如图2所示。
　　5  结论与建议
　　邻近隧道桥梁桩基施工，荷载通过摩阻力传递到周围土层中，在桩周产生附加应力，引起地层沉降，从而导致邻近隧道产生竖向沉降，同时引起隧道衬砌变形和内力变化，对隧道产生不利影响。通过对比分析：（1）承台施工前隧道均未发生隆起，可见采用泥浆护壁能有效减少成孔过程中对邻近隧道的影响。当地质条件较差，泥浆护壁不能满足要求时，建议采用钢套筒跟进成孔施工工艺。（2）承台土方开挖施工阶段，隧道缓慢上浮，隧道隆起量约1.5mm，桥梁上部结构施工完成后最终沉降约2mm，整个施工过程竖向位移均能满足运营隧道5mm控制值的要求。（3）超过一定直径和深度的桩基施工对邻近地铁影响较大，还应对运营隧道采取自动化监测措施，确保轨道交通运营及结构安全。
　　参考文献：
　　[1] 罗凤霞，史海鸥，陈玉清，刘庭金等.地铁结构安全保护典型事故案例分析[M].广州，华南理工大学出版社，2015.
　　[2] 刘学增，王占生，袁聚亮，刘建国.地铁隧道安全保护与对策[M].上海：同济大学出版社，2018.
　　[3] 中华人民共和国住房与城乡建设部.城市轨道交通结构安全保护技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.
　　[4] 娄晓明，刘建航.高层建筑桩基础对邻近隧道影响的监测与分析[J].同济大学学报，2003（9）：1014～1018.
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