天橋樁基擾動(dòng)對(duì)其安全性影響分析

湯麗立

(無(wú)錫市政設(shè)施管理處，江蘇無(wú)錫 214002)

0 引言

國(guó)內(nèi)地鐵修建已日益走向高潮，在地鐵大規(guī)模修建的同時(shí)，突出了一個(gè)重要課題，即如何保證地鐵施工時(shí)盡可能小地?cái)_動(dòng)地上建筑物，使施工方案既經(jīng)濟(jì)合理又安全可靠。長(zhǎng)期以來(lái)的工程實(shí)踐證明，由于地層的各向異性和不均勻性，以及地層在施工擾動(dòng)時(shí)發(fā)生的難以預(yù)測(cè)的不明確因素等，無(wú)論施工方案多么完善，都會(huì)或多或少地帶來(lái)一定程度上的地層位移和地表變形。在西北黃土地區(qū)修建地鐵在國(guó)內(nèi)尚屬首次，濕陷性黃土結(jié)構(gòu)對(duì)地下硐室的開(kāi)挖將會(huì)帶來(lái)巨大的影響。如何減小這一施工影響，最大程度地保護(hù)地上建筑物，成為一個(gè)急需進(jìn)行研究的問(wèn)題。本文即通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)旁穿人行過(guò)街天橋樁基進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，完善了施工方案，以期能為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

某市地鐵一號(hào)線某區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工。在區(qū)間中某醫(yī)院門(mén)口有一過(guò)街天橋(見(jiàn)圖1)，該橋基礎(chǔ)為鋼筋混凝土樁基，橋體為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。樁基樁徑約0．8 m。

該區(qū)間隧道位于道路正下方，區(qū)間地勢(shì)較平坦。地貌單元屬黃土梁洼。地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

毫無(wú)疑問(wèn)，盾構(gòu)機(jī)旁穿該天橋樁基時(shí)，無(wú)論速度多么平穩(wěn)，都無(wú)法保證不對(duì)其造成一定程度上的擾動(dòng)，從而可能會(huì)影響天橋使用的安全性，影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全。為了確保萬(wàn)無(wú)一失，決定采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)盾構(gòu)通過(guò)期間帶來(lái)的地表變形進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

2．1 數(shù)值模擬

本文選擇有限差分軟件FLAC進(jìn)行數(shù)值分析。FLAC(Fast Lagrange Analysis of Continua，連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日分析)是由美國(guó)ITASCA公司開(kāi)發(fā)出的有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算程序，主要適用于地質(zhì)和巖土工程的力學(xué)分析。數(shù)值模型見(jiàn)圖3。

一般來(lái)說(shuō)，隧道問(wèn)題在沿向上均是平面應(yīng)變的問(wèn)題。基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，不必拘泥于圣唯南原理的局限性，可以盡可能大地選取模型范圍。所以，選取58 m×34 m×10 m(寬×高×長(zhǎng))的區(qū)域建立FLAC3D計(jì)算模型，模型共劃分13 360個(gè)單元，27 540個(gè)節(jié)點(diǎn)。

開(kāi)挖模擬時(shí)，首先計(jì)算巖土體在自重荷載作用下的沉降，在沉降達(dá)到平衡后進(jìn)行開(kāi)挖計(jì)算，并計(jì)算一定的時(shí)步，使盾構(gòu)隧道開(kāi)挖對(duì)建筑物影響的研究盡量真實(shí)。計(jì)算時(shí)將天橋荷載(80 t計(jì))平均分布作用在樁基上。樁體采用實(shí)體單元，對(duì)于地鐵隧道的混凝土管片，采用實(shí)體單元，混凝土襯砌的彈性模量為40 GPa，泊松比0．3，厚度為300 mm。

2．2 計(jì)算結(jié)果

限于篇幅，我們忽略中間過(guò)程，僅僅考慮雙洞貫通后的地層變形趨勢(shì)和位移。其中雙洞貫通后地層變形趨勢(shì)見(jiàn)圖4，圍巖位移云圖見(jiàn)圖5。

從數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果來(lái)看，如果不采取加固措施，則勢(shì)必引起地層有向右移動(dòng)的趨勢(shì)，這樣一來(lái)，將有可能引起樁體的向右傾斜，從而造成天橋橋體的整體右偏。這樣兩個(gè)橋墩受到不平衡力的作用，產(chǎn)生一個(gè)彎矩，最終會(huì)產(chǎn)生事故。

隧道雙洞貫通后，從圍巖位移云圖來(lái)看，地面最大沉降值為15 mm，較之施工期間允許地面最大沉降值12 mm來(lái)說(shuō)有點(diǎn)大了。

3 采取措施及其效果評(píng)價(jià)

3．1 采取措施

為了減小盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)對(duì)樁體的側(cè)向擠壓和對(duì)周圍土體的擾動(dòng)。特采取以下措施:

1)盾構(gòu)機(jī)通過(guò)天橋時(shí)，其掘進(jìn)速度控制在5 cm/min，土倉(cāng)壓力控制在0．1 MPa～0．2 MPa，盡量保持土倉(cāng)壓力穩(wěn)定，以免壓力突變對(duì)周圍土體的擠壓而導(dǎo)致對(duì)樁體的破壞。

2)盾構(gòu)機(jī)通過(guò)天橋時(shí)，同步注漿量控制在4 m3～5 m3、同步注漿壓力為1 bar～1．5 bar，控制好同步注漿壓力及注漿量，以減少盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)周圍土體的擾動(dòng)。

3)及時(shí)對(duì)通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)前后10環(huán)管片進(jìn)行二次補(bǔ)漿，注漿壓力1．5 bar～2 bar，并在該區(qū)段管片周圍進(jìn)行支撐加固，防止管片滑動(dòng)、上浮等對(duì)周圍土體擾動(dòng)。

4)對(duì)天橋周邊地層進(jìn)行袖閥管注漿加固，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)布置袖閥管，在此不贅述。

5)對(duì)盾構(gòu)機(jī)通過(guò)建筑物及人行天橋段，應(yīng)加強(qiáng)人工復(fù)測(cè)，確保盾構(gòu)施工精度，以減少施工誤差對(duì)周邊建筑物的影響。

3．2 效果評(píng)價(jià)

為了保證盾構(gòu)通過(guò)期間天橋的安全性而采取的施工措施是否有效，還需要和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析方可知道?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，橋體無(wú)傾斜現(xiàn)象，故傾斜度不列入比較表內(nèi)。地表沉降的計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 地表沉降計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值比較表 mm

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)采取一定的施工措施后，該過(guò)街天橋周邊地表沉降最大值為－10 mm，處于地表允許沉降值－12 mm范圍內(nèi)，表明施工措施切實(shí)有效。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建立數(shù)值模型，進(jìn)行計(jì)算盾構(gòu)通過(guò)期間，樁基擾動(dòng)對(duì)天橋的安全性影響分析，可以得到如下結(jié)論:1)本工程中，在采取施工措施后，地表最大豎向位移值為

－10 mm，處于安全可控范圍之內(nèi)。同時(shí)也避免了天橋的傾斜。2)任何先進(jìn)的施工技術(shù)，都存在一定程度上的欠缺。因此，

一定要制定合理的施工方案，并對(duì)施工方案進(jìn)行驗(yàn)證。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，方便快捷，值得推廣。3)在施工中，盡可能采取信息化施工。

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