論隧道施工對周圍樁基的影響與控制

1、論隧道施工對周圍樁基的影響與控制 摘 要：首先討論了隧道施工對周圍樁基的不利影響分析；然后利用有限差分軟件，分析了既有群樁（2×2）受隧道施工的影響，考慮了樁長、樁距隧道間的水平距離等因素變化時樁及樁間土的響應；最后總結(jié)了幾種常見的樁基控制保護措施。 關鍵詞：隧道；群樁基；施工；影響 0 前言 當隧道施工近接已有群樁施工時，會打破承臺、樁及樁間土三者之間原有的平衡，使樁處于被動受荷狀態(tài)，在樁基中引起附加應力，這將對樁基的承載機制與變形特性產(chǎn)生不利影響，進而影響到上部結(jié)構的安全和正常使用。隧道掘進過程會引起地層損失，產(chǎn)生地層移動，導致隧道周圍土體的應力應變狀態(tài)發(fā)生很大變化。 1 隧道施

2、工對周圍樁基的不利影響分析 當樁端位于隧道水平軸線以上時，樁周土體發(fā)生向下的位移，會使樁周產(chǎn)生負摩擦力，樁身軸力增加，沉降增大，樁端土的端承作用降低，樁的承載能力下降，此時樁體以沉降變形為主，側(cè)向彎曲變形和水平變形為輔。當樁端位于隧道水平軸線以下時，軸線以上樁周土體向下位移，使樁體發(fā)生沉降，軸線以下樁周土體發(fā)生隆起，使樁體向上位移，如圖1所示，此時樁的兩端受壓，樁體以側(cè)向彎曲變形和水平變形為主，豎向沉降變形為輔。在垂直于樁體縱軸方向，由于樁體具有一定剛度，隧道周圍土層的移動會因為樁的遮攔作用而發(fā)生變化，靠近隧道一側(cè)的樁周土體移動較大，可能會與樁體發(fā)生脫離，樁側(cè)土壓力大幅度減小，而遠離隧道一側(cè)的

3、樁周土體移動較小，土體與樁體沒有發(fā)生脫離或者脫離程度較小，樁側(cè)土壓力變化不大，這樣樁體兩側(cè)存在較大的土壓力差，也會引起樁體發(fā)生水平位移和彎曲變形。 當隧道由遠逐漸向樁基位置掘進時，樁身的內(nèi)力和變形會逐漸增大；當隧道掘進至樁基位置時對樁基的影響最不利，即樁的內(nèi)力和變形最為明顯；當隧道由近逐漸遠離樁基位置而向前掘進時，樁身的內(nèi)力和變形逐漸趨于穩(wěn)定。 2 樁與隧道水平距離變化時群樁及樁間土的反應 設定前排樁與隧道間的水平距離d分別為4.5m、6m、7.5m、9m，樁長25m。 2.1 前排樁 隨著樁與隧道水平距離的增大，樁身軸力、彎矩、水平位移和豎向沉降等均有不同程度減小。因為離隧道越近，土體受隧道

4、施工的擾動程度越大，土體的水平位移和豎向沉降越大。土體水平位移增大，引起樁身彎矩和水平位移增大。土體豎向位移增大引起樁土之間的差異沉降增大，樁周土提供的側(cè)向摩阻力越大，所引起的樁身軸力比遠離隧道的樁身軸力要大，軸力的增大必然導致豎向沉降增加。如圖4所示，當樁與隧道距離分別為4.5m，6m，7.5m，9m時，樁身最大軸力分別為670KN，530KN，480KN，380KN，樁身彎矩最大值分別為229KN•m，114KN•m，65N•m，31KN•m，水平位移最大值分別為12.7mm，9.4mm，7.5mm，6.4mm

5、，豎向沉降最大值分別為6.6mm，6.0mm，5.8mm，5.3mm。 2.2 后排樁 對于后排樁的彎矩、水平位移和豎向沉降，在分布形式上與前排樁相似，由于受前排樁“遮攔作用”的影響，在數(shù)值上要明顯小于前排樁。對于后排樁的軸力，在分布形式與前排樁不同，后排樁的軸力最大值在樁頂，而前排樁的軸力最大值在隧道軸線處；在數(shù)值上，后排樁的軸力大于前排樁的軸力。后排樁的軸力、彎矩、水平位移和豎向沉降的分布曲線如圖5： 3 減小隧道施工對周圍樁基影響的控制措施 3.1 積極的保護控制措施 積極的保護措施是指通過優(yōu)化施工參數(shù)來減小對周圍既有樁基的不利影響。首先根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)條件和水位條件，以及隧道的設計要求來

6、選擇合理的隧道開挖方式。然后根據(jù)經(jīng)驗確定施工參數(shù)，同時對隧道施工可能引起的不利影響進行預測，優(yōu)化選取和本工程相適應的施工參數(shù)。做好信息化施工，加強隧道內(nèi)部圍巖的變形以及地面的變形量測，利用反饋信息及時優(yōu)化施工參數(shù)，嚴格控制地層移動，以保證周圍樁基的安全和正常使用。對于盾構隧道，如果能夠控制好盾構附加推力和注漿參數(shù)、減小超挖、及時襯砌，就可以減小隧道開挖對周圍樁基的影響。 3.2 工程控制措施 工程措施主要是指通過設置隔斷、加固樁周土體、進行樁基托換等工程方法來保護周圍樁基。對于地層變形比較敏感和上部結(jié)構變形控制標準較高的隧道，僅通過優(yōu)化施工參數(shù)來減低對樁基的影響是不現(xiàn)實的，有必要采取一定的工程

7、保護措施。 （1）隔斷：隔斷就是在地層中引入結(jié)構單元來加強地層結(jié)構。這種結(jié)構單元不是在建隧道的一部分，與被保護的結(jié)構也沒有聯(lián)系。隔斷可由鋼板樁、地下連續(xù)墻、樹根樁、深層攪拌樁和挖孔樁等構成，主要用于承受由地下工程施工引起的側(cè)向土壓力和由地基差異沉降產(chǎn)生的負摩阻力，它能阻斷由于隧道開挖引起的圍巖應力的傳播，使應力通過樁體傳遞到下面的持力層中，即隔斷了巖層中變形的傳遞，從而達到降低開挖對建筑物基礎累積沉降及差異沉降量的影響。還需注意，隔斷墻本身的施工也是近鄰施工，故施工中要注意控制對周圍上體的影響。 （2）土體加固：土體加固包括隧道周圍土體的加固和建筑物地基的加固。前者通過增大隧道周圍土體的強度和

8、剛度，以減少或防止周圍土體產(chǎn)生擾動和松弛，從而減少對近鄰建筑物的影響，保證建筑物的正常使用和安全。后者通過加固建筑物地基，提高其承載強度和剛度而抑制建筑物的沉降變形。這兩種加固措施一般采用化學注漿、噴射攪拌等地基加固的方法來進行施工。當?shù)孛婢哂惺┕l件時，可采用從地面進行注漿或噴射攪拌的方式來進行施工。注漿技術，是指利用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密的方式，將土顆?；驇r石裂隙中的水分和空氣排除占據(jù)其位置，經(jīng)一定時間后，漿液將原來松散的土粒或裂隙膠結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構新、強度大、防水性能高和化學穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”。注漿的實質(zhì)在于膠結(jié)、增強與加固，它使松散、被擾動的低品質(zhì)的土體材質(zhì)變成高品質(zhì)的材質(zhì)。對樁側(cè)進行壓力注漿，即要解決因地鐵隧道施工及降水施工引起的樁周地層的擾動、松散問題，改善樁周土體的工作性能，使土體固結(jié)、穩(wěn)定，提高其抗壓、抗剪的能力，進而保證樁基承載力正常發(fā)揮，達到加固樁基的目的。當?shù)孛娌痪邆涫┕l件或不便從地面施工時，可以采用洞內(nèi)處理的方式，主要是洞內(nèi)注漿。 （3）建筑物本身加固：該方法