盾構(gòu)隧道施工對(duì)鄰近立交橋地層及樁基的變形影響

汪云剛

（浙江明康工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310000）

引言

由于地面交通錯(cuò)綜復(fù)雜，在城市建設(shè)過(guò)程中隧道不可避免地會(huì)側(cè)穿既有立交橋樁基，當(dāng)隧道與立交橋樁基距離較近時(shí)，可能會(huì)對(duì)既有樁基產(chǎn)生不利影響。因此，研究隧道施工過(guò)程中鄰近立交橋樁基的變形規(guī)律以及如何采取防護(hù)措施具有重要意義。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一些研究，鳳霞和趙俊等[1-2]采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，重點(diǎn)研究了盾構(gòu)隧道開(kāi)挖引起地表變形以及對(duì)鄰近樁基的擾動(dòng)影響，得到了不同情況下開(kāi)挖面推進(jìn)引起樁基頂部沉降，并利用有限元軟件分析樁基軸線距隧道中心線之間的距離對(duì)不同樁身長(zhǎng)度的影響；董必成和伍廷亮等[3-4]通過(guò)建立數(shù)值計(jì)算模型，重點(diǎn)研究了橋梁樁基施工對(duì)鄰近地鐵盾構(gòu)隧道的影響規(guī)律，結(jié)果表明整個(gè)施工過(guò)程中隧道豎向位移和水平變形均滿足相關(guān)變形控制的要求；陳發(fā)東和任建喜等[5-6]以某盾構(gòu)隧道下穿既有機(jī)場(chǎng)線橋樁施工過(guò)程為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)盾構(gòu)施工造成臨近樁基及土體變形的響應(yīng)進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)既有樁基變形及沉降的影響機(jī)理，并對(duì)盾構(gòu)引起周?chē)馏w變形破壞區(qū)變化規(guī)律和變化形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)研究。

1 工程概況

某地鐵隧道工程下穿某立交橋樁基工程，隧道外徑為6 m，襯砌厚度為0.3 m，隧道埋深為8.8 ～13.6 m，本研究段隧道埋深約11 m，采用盾構(gòu)機(jī)施工。樁基長(zhǎng)為42 m，該位置處立交橋斷面上共有6 根樁基，分兩排布置，每排3 根，兩樁基之間水平距離為3 m，豎向距離為3.5 m，樁的直徑為1.3 m，采用鉆孔灌裝法施工，其中最右側(cè)樁基與隧道左線左邊界距離4 m，兩隧道中心間距為12.5 m，其中樁基采用C30 混凝土，隧道襯砌采用C50 混凝土。為了減小隧道施工對(duì)立交橋樁基的影響，擬采用袖閥管進(jìn)行隔離施工，袖閥管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度取22.2 m，管徑取1.6 m，間距為1.5 m，共設(shè)置9 根，隔離長(zhǎng)度共13.5 m，位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 位置關(guān)系

2 數(shù)值建模

采用大型有限元軟件Midas/GTS 建立的數(shù)值模型見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)值模型

建模時(shí)，模型的長(zhǎng)、寬、高分別取為80 m、50 m和55 m，研究斷面的隧道的中心埋深約為11 m，隧道直徑為6 m，除模型上邊界外，模型左右、前后邊界以及底部均進(jìn)行位移和邊界約束。研究區(qū)域內(nèi)主要土質(zhì)包括有填土、粉質(zhì)黏土和灰?guī)r層，厚度依次為2 m、5 m、11 m、13 m 和24 m。樁基長(zhǎng)為42 m，樁的直徑為1.3 m，袖閥管長(zhǎng)度取20 m，管徑取1.6 m，間距為1.5 m。承臺(tái)尺寸長(zhǎng)寬高分別為10 m、6.5 m 和4 m。襯砌厚度為0.3 m，襯砌背后注漿用注漿等代層模擬，等代層厚度取0.3 m。土體的本構(gòu)模型均采用摩爾- 庫(kù)倫本構(gòu)模型，建模時(shí)各部件均采用實(shí)體單元。土體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，襯砌、樁基以及注漿材料等相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 土體的物理力學(xué)參數(shù)

表2 隧道襯砌及注漿材料力學(xué)參數(shù)

3 數(shù)值結(jié)果分析

3.1 地層豎向位移分析

采用袖閥管加固前后地層豎向位移見(jiàn)圖3。

圖3 加固前后地表豎向位移曲線

由圖3 可知，隧道上部土體發(fā)生沉降，在拱頂位置處沉降量最大，下部土體發(fā)生隆起，最大隆起發(fā)生在拱底處。未采取加固措施時(shí)，土體最大沉降值為44.7 mm，為右側(cè)隧道拱頂處；采用袖閥管隔離措施后，土體最大沉降值為36.6 mm，也在右側(cè)隧道拱頂處，采用袖閥管隔離措施相比于未加固時(shí)土體最大沉降減小了18.1%，采用22.2 m 袖閥管注漿加固后，地層沉降曲線發(fā)生明顯減小，說(shuō)明采用袖閥管注漿加固隔離措施，可以一定程度上減小地層沉降。

3.2 地層水平位移分析

采用袖閥管加固前后地層水平位移見(jiàn)圖4。

圖4 加固前后地表水平位移曲線

由圖4 可知，隧道兩側(cè)土體發(fā)生水平位移，在隧道拱腰右側(cè)位置處發(fā)生向左方向水平位移，隧道拱腰左側(cè)位置處發(fā)生向右方向水平位移，即隧道發(fā)生水平擠壓變形。未采取加固措施時(shí)，土體最大水平位移值為24.8 mm；采用袖閥管隔離措施后，土體最大水平位移值為22.1 mm，采用袖閥管隔離措施相比于未加固時(shí)土體最大水平位移減小了10.9%。另外，在袖閥管注漿加固后，水平曲線發(fā)生明顯的減小，對(duì)于左線和右線，最大水平位移分別減小了7.1 mm和2.7 mm，說(shuō)明采用袖閥管注漿加固隔離措施后，可以一定程度上減小地層水平位移，尤其是左線隧道周?chē)?/p>

3.3 加固前后橋墩沿深度方向水平位移分析

由于隧道是側(cè)穿立交橋橋墩，橋墩的水平位移對(duì)于立交橋的整體穩(wěn)定性至關(guān)重要。圖5 給出了采用22.2 m 袖閥管注漿加固前后橋墩沿深度方向水平位移曲線，橋墩取最靠近左線隧道1#橋墩。

圖5 加固前后橋墩沿深度方向水平位移曲線

由圖5可知，橋墩發(fā)生偏向隧道方向的水平位移。無(wú)加固措施時(shí)，橋墩最大正水平位移值為22.6 mm，而采用22.2 m 袖閥管注漿加固前后橋墩最大正水平位移值為12.1 mm；無(wú)加固措施時(shí)，橋墩最大負(fù)水平位移值為5.3 mm，而采用22.2 m 袖閥管注漿加固前后橋墩最大正水平位移值為3.7 mm。采用22.2 m 袖閥管注漿加固后，最大正水平位移值最大負(fù)水平位移值分別減小了46.5%和30.2%，說(shuō)明采用袖閥管注漿加固后，可以明顯地減小橋墩的水平位移，起到較好的隔離作用。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用袖閥管注漿加固后，地層沉降曲線發(fā)生明顯減小，最大沉降值減小了18.1%，說(shuō)明采用袖閥管注漿加固隔離措施后，一定程度上減小了地層沉降。（2）采用袖閥管注漿加固后，水平曲線發(fā)生明顯減小，最大水平位移減小了10.9%，說(shuō)明采用袖閥管注漿加固隔離措施后，一定程度上減小了地層水平位移，尤其是左線隧道周?chē)＃?）采用袖閥管注漿加固后，橋墩最大正水平位移值最大負(fù)水平位移值分別減小了46.5%和30.2%，說(shuō)明采用袖閥管注漿加固后，明顯減小橋墩的水平位移，起到較好的隔離作用。