盾構(gòu)近距離穿越樁基礎(chǔ)的影響分析及施工技術(shù)措施研究

董 宇

(中鐵十六局集團有限公司，北京 101100)

1 工程概況

廣州市軌道交通五號線首期工程區(qū)莊站～楊箕站盾構(gòu)區(qū)間隧道屬于典型雙線隧道，采用盾構(gòu)法施工，存在12～22 m的隧道頂埋深。隧道下穿內(nèi)環(huán)路高架橋和多棟建筑物樁基，工程涉及區(qū)間線路上高架橋和多棟建筑物的樁基托換施工，這也是本文研究的重點。區(qū)間隧道途經(jīng)建筑物樁基包括東風(fēng)廣場會所、省電力設(shè)計院綜合樓、鐘廠綜合樓A棟、廣發(fā)花園、環(huán)風(fēng)變電站的人工挖孔樁，以及電力設(shè)計院機修樓、宿舍的錘擊灌注樁。HC9A樁基(東風(fēng)廣場會所)距離左線隧道水平凈距為0.181 m，1#樁基(環(huán)風(fēng)變電站東北角)距離右線隧道水平凈距為0.405 m，采用注漿加固處理盾構(gòu)直接通過方法處理兩根樁，以此節(jié)省項目開支。區(qū)間需要進行托換處理的樁基包括高架橋的5根樁(30a、33b、34b、35b-2、36a)以及黃埔大道H8號樁(A2標(biāo))，其他樁基可不進行處理。

2 盾構(gòu)近距離穿越樁基礎(chǔ)的影響分析

工程不僅需要托換侵入隧道6根樁基，還會穿過32 a樁基底部正下方，結(jié)構(gòu)頂部距離樁基底部4.507 m。為對有樁基和托換后樁基在盾構(gòu)施工過程中受到的影響進行模擬，需開展針對性的三維數(shù)值模擬。為降低邊界約束效應(yīng)帶來的影響，以大于等于5倍洞徑的左右邊界距隧道中心線距離、以大于等于5倍洞徑的底部邊界距隧道底部距離作為計算范圍，采用94 m×60 m×63 m尺寸的x、y、z三個方向計算模型，y軸正向、z軸正向分別為盾構(gòu)隧道開挖方向、向上為正。采用六面體實體單元作為圍巖，采用shell單元模擬襯砌管片和盾構(gòu)機，pile單元用于模擬橋樁，整個計算模型的實體單元、grid-points、pile單元分別為67 150個、72 114個、56個。采用彈塑性材料的圍巖，以Drucker.Prager準(zhǔn)則作為屈服準(zhǔn)則，同時考慮巖土體受拉屈服。采用非關(guān)聯(lián)的流動法則作為巖土體的剪切屈服，采用關(guān)聯(lián)的流動法則作為受拉屈服，采用null模型用于土體開挖，按彈性材料計算管片和盾構(gòu)機，使用FLAC3D pile單元模擬橋樁，需充分考慮地層與樁之間的相互作用。

通過針對性計算可得，31a樁號橋樁的樁底、樁頂最大位移分別為-0.282 7 mm、-0.284 8 mm，31b樁號橋樁分別為-0.269 5 mm、-0.271 2 mm，32a樁號橋樁分別為-0.356 3 mm、-0.348 2 mm，32b樁號橋樁分別為-0.328 6 mm、-0.341 6 mm，33a樁號橋樁分別為-0.340 3 mm、-0.338 2 mm，33b(a，b)樁號橋樁分別為-0.334 8 mm、-0.321 6 mm?；谟嬎憬Y(jié)果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，32a樁號橋樁處出現(xiàn)0.36 mm的最大沉降位移，各橋樁樁底、樁頂間存在0.021 mm的最大沉降差，可見經(jīng)過計算區(qū)間的盾構(gòu)施工會引起很小的不均勻沉降，對橋梁結(jié)構(gòu)和樁基礎(chǔ)的影響較小，圖1為樁與盾構(gòu)隧道之間的關(guān)系，圖2為計算區(qū)間左右線隧道關(guān)系。

圖1 樁與盾構(gòu)隧道之間的關(guān)系

圖2 計算區(qū)間左右線隧道關(guān)系

3 盾構(gòu)近距離穿越樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)措施總結(jié)

3.1 施工方案

工程針對性設(shè)計了過接近樁施工方案和樁基托換方案，正是在施工方案的科學(xué)設(shè)計下，上文開展的仿真分析才能夠得出沉降量較小的結(jié)論。過

接近樁施工方案內(nèi)容主要包括加固HC9A樁基礎(chǔ)，加固基于沖積-洪積黏性土層開展，圍繞樁心6 m×6 m范圍進行5 m深度的加固，采用先外圍后中間的注漿順序，充填注漿先圍繞上部覆蓋層開展，隨后分段后退式注漿自下而上進行，盾構(gòu)掘進過程中跟蹤注漿需結(jié)合監(jiān)測反饋信息；樁基托換方案采用主動托換體系，采用人工挖孔樁進行被托換樁邊施工，新的受力體系由φ1 500～1 800的人工挖孔樁和普通鋼筋混凝土包承臺的大梁組成，柱沉降影響可通過預(yù)頂措施消除，隧道外邊線到托換樁外緣距離需控制在1 m內(nèi)。采用C35鋼筋混凝土進行托換梁施工，按簡支梁開展計算，同時基于強度控制開展中撓度和裂縫寬度驗算。采用C25鋼筋混凝土用于新設(shè)托換樁施工，在隧道開挖底面下1 m設(shè)置樁底。采用C40微膨脹混凝土用于梁樁結(jié)合部施工，施工液壓設(shè)備采用千斤頂(YD4000型)及配套油泵，采用1 1021 KN的最大支座反力。

3.2 施工技術(shù)措施

在盾構(gòu)過樁基礎(chǔ)施工過程中，需增設(shè)3個補勘點于特殊地段，并針對性開展房屋鑒定，相關(guān)材料的準(zhǔn)備、盾構(gòu)機全面檢修同樣不容忽視。通過掘進控制在施工過程中需得到重點關(guān)注，以此科學(xué)配置施工參數(shù)，并采用混合式刀具配置，刀具配置中刮刀、鏟刀、邊緣雙刃滾刀、正面雙刃滾刀、中心雙頭齒刀的數(shù)量分別為64把、16把、5把、8把、6把，特殊段的盾構(gòu)施工需做到平衡、平穩(wěn)、有序。通過后的補強處理同樣不容忽視，以此開展二次注漿、三次復(fù)緊、地表注漿，特殊地段補注雙液漿需要每推進4環(huán)進行1次，地面緊急開展的地層注漿加固屬于應(yīng)急預(yù)案。

為更好控制盾構(gòu)近距離穿越樁基礎(chǔ)的影響，工程還針對性制定了應(yīng)急措施，包括防止因失水導(dǎo)致建筑物沉降破壞措施、防止盾構(gòu)機碰觸樁基措施。防止因失水導(dǎo)致建筑物沉降破壞措施以針對性的建筑物沉降監(jiān)測為依據(jù)，如存在沉降量或沉降速率超過警戒值的情況，掘進必須停止，袖閥管需預(yù)留于地面，并開展補充注漿措施；防止盾構(gòu)機碰觸樁基措施要求對盾構(gòu)機姿態(tài)及掘進速度進行嚴(yán)格控制，以此規(guī)避盾構(gòu)姿態(tài)控制不當(dāng)、樁位與圖紙不符等情況導(dǎo)致的盾構(gòu)機碰觸到樁，如出現(xiàn)碰觸到樁情況，掘進必須立即停止，同時需上報。

4 結(jié) 論

綜上，盾構(gòu)近距離穿越樁基礎(chǔ)的影響較為深遠。本文研究工程將盾構(gòu)施工引起的最大沉降值控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，并基于針對性的有限元分析優(yōu)選了盾構(gòu)近距離穿越樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)措施，盾構(gòu)安全通過最終得到了保障，因此該工程具備較高借鑒價值。