淺埋暗挖法隧道側(cè)穿樁基數(shù)字模擬分析

何李

摘 要：文章結(jié)合某地鐵暗挖隧道近距離下穿市政天橋樁基的工程實(shí)例，對(duì)隧道開挖過程中引起周邊地層擾動(dòng)導(dǎo)致建筑物的沉降進(jìn)行了理論分析，并通過合理的簡化與假設(shè)建立起二維有限元計(jì)算模型，將分析結(jié)果結(jié)合淺埋暗挖法理論，提出了合理的保護(hù)措施和技術(shù)手段以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

關(guān)鍵詞：淺埋暗挖法；地鐵隧道；側(cè)穿樁基；模擬分析

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）29-0132-02

Abstract： based on the engineering example of a subway undercut tunnel passing through the pile foundation of a municipal overpass， this paper makes a theoretical analysis on the settlement of the building caused by the disturbance of the surrounding strata during the excavation of the tunnel. Through reasonable simplification and assumption， the two-dimensional finite element calculation model is established， and the analysis results are based on the theory of shallow-buried underground excavation method， and reasonable protection measures and technical means are put forward to guide the site construction.

Keywords： shallow excavation method； subway tunnel； side through pile foundation； simulation analysis

淺埋暗挖法隧道施工時(shí)，對(duì)周邊地層存在一定的擾動(dòng)，當(dāng)期近距側(cè)穿橋梁樁基時(shí)其影響更不可小視，地鐵隧道因地層擾動(dòng)引起地應(yīng)力重分布對(duì)周邊橋梁樁基、房屋、管線等建構(gòu)筑產(chǎn)生危害的情況時(shí)有發(fā)生，故在設(shè)計(jì)階段必須對(duì)隧道對(duì)周邊建構(gòu)筑物產(chǎn)生的影響進(jìn)行認(rèn)真分析，提前采取措施對(duì)既有建構(gòu)筑物進(jìn)行保護(hù)[1-5]，本文通過某淺埋暗挖法區(qū)間隧道側(cè)穿市政天橋的數(shù)值模擬分析、設(shè)計(jì)及施工介紹，對(duì)后期類似案例提供一定經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

本區(qū)間起點(diǎn)處車站為側(cè)式站臺(tái)站，線間距4.8m，線間距逐漸變?yōu)?7m，區(qū)間終點(diǎn)處車站為島式站臺(tái)站，站前設(shè)停車線，區(qū)間隧道均采用淺埋暗挖法施工，左線為單洞雙線，右線為單洞單線，左線開挖尺寸11.9m×9.2m（寬×高），右線開挖尺寸6.2m×6.5m（寬×高）。在離區(qū)間終點(diǎn)約200m處左右線均側(cè)穿一座市政天橋樁基，左線與樁基最小凈距約0.95m，覆土厚度約15m；右線離樁基最小凈距約4.2m，覆土厚度約16.5m。

區(qū)間側(cè)穿人行天橋橋長48m、橋?qū)?.5m，上部結(jié)構(gòu)為鋼梁，基礎(chǔ)為混凝土樁基礎(chǔ)，樁徑1m，中間橋樁長17m，兩側(cè)橋樁長15m。

1.2 穿越段工程地質(zhì)、水文條件

區(qū)間隧道開挖范圍內(nèi)主要為粉質(zhì)黏土、其上主要為雜填土，根據(jù)地下水賦存條件，地下水類型主要有第四系孔隙承壓轉(zhuǎn)無壓水和上層滯水。含水層主要分布于第四系中更新統(tǒng)下荒山組地層中，其巖性主要為粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂等砂類土，偶夾黏性土層，埋深較深，含水層厚度大于33m，底部深度未揭露。主要受大氣降水入滲補(bǔ)給，排泄方式主要為蒸發(fā)。勘察孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深為23.10～47.80m（高程范圍110.78～127.38m），屬于無壓區(qū)，對(duì)隧道施工影響不大。

2 數(shù)值分析

根據(jù)實(shí)際情況建立三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析，橋梁承臺(tái)、樁基采用SOLID45單元模擬、地層采用SOLID45單元模擬，隧道初支采用SHELL43單元模擬、隧道二襯采用SOLID45單元模擬，模型如圖1、圖2所示。

2.1 豎向位移分析

根據(jù)隧道施工過程，選取了左線隧道建成及左右線隧道建成兩個(gè)特殊工況豎向位移云圖如圖3、圖4所示。

隨著施工進(jìn)行，樁頂沉降不斷增加，左線施工完成時(shí)，樁頂沉降為5.9mm，右線施工完成后，樁頂沉降增加至8.6mm。

2.2 水平位移分析

根據(jù)隧道施工過程，選取了左線隧道建成及右線隧道建成兩個(gè)特殊工況水平位移云圖如圖5、圖6所示。

隨著施工進(jìn)行，樁頂最大水平位移為3.5mm。

3 工程措施

（1）左線施工時(shí)對(duì)右側(cè)上下兩導(dǎo)坑進(jìn)行全斷面超前深孔注漿加固，上導(dǎo)坑加固范圍為隧道初支外擴(kuò)0.9m，下導(dǎo)坑加固范圍為隧道初支外擴(kuò)2m。

（2）加強(qiáng)支護(hù)，格柵鋼架間距0.5m。

（3）施工前，對(duì)該建筑物進(jìn)行一次普查，對(duì)其橋面結(jié)構(gòu)型式、樁基基礎(chǔ)、及和隧道的平面和立面關(guān)系等方面進(jìn)一步核實(shí)。

（4）在施工前對(duì)橋梁進(jìn)行安全評(píng)估，取得其能承受的沉降和差異沉降的有關(guān)數(shù)據(jù)。

（5）對(duì)隧道通過和影響地段進(jìn)行空洞普查，對(duì)查出的空洞采取注漿或其他措施回填，保證回填密實(shí)。

（6）左右線掌子面拉開足夠距離，待左線穩(wěn)定后方可進(jìn)行右線隧道開挖。

（7）隧道通過或鄰近地段，從超前加固措施、開挖方法、支護(hù)手段、回填注降等方面制定專門的措施。

（8）做好拱頂沉降、收斂、地表沉降、橋梁沉降和差異沉降等監(jiān)控量測工作，如發(fā)現(xiàn)沉降或收斂偏大或異常，應(yīng)立即停止開挖及時(shí)注漿和補(bǔ)注漿。

（9）隧道的不同施工階段對(duì)總變形值進(jìn)行目標(biāo)分解，

分解到不同施工階段進(jìn)行控制。

（10）根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果加以整理和分析以指導(dǎo)和修正施工參數(shù)。

4 結(jié)束語

目前，我國地鐵建設(shè)正大步向前，地鐵隧道側(cè)穿或下穿建筑的工程將會(huì)越來越多，因其施工難度一般都較大，往往成為整條隧道建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過本隧道側(cè)穿市政橋梁樁基的成功實(shí)例，提出如下建議：

（1）對(duì)暗挖隧道

施工采用合理的計(jì)算分析模型，針對(duì)各種施工工況對(duì)地層、結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行針對(duì)性的分析，將計(jì)算結(jié)果結(jié)合淺埋暗挖法理論及工程實(shí)際情況提出相應(yīng)措施以指導(dǎo)施工。

（2）針對(duì)隧道近距離通過既有樁基時(shí)，在采取超前深孔注漿等措施后，可有效控制樁基沉降在10mm之內(nèi)，通過加強(qiáng)監(jiān)測可有效保證工程安全實(shí)施，降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

（3）淺埋暗挖法施工隧道，應(yīng)盡量拉大左右線掌子面距離，減少左右洞開挖相互影響的效應(yīng)，高度重視施工現(xiàn)場的監(jiān)測，根據(jù)對(duì)隧道及地面建構(gòu)筑物的監(jiān)測情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，實(shí)施動(dòng)態(tài)施工。

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