呼和浩特市城市轨道交通建设管理有限责任公司 呼和浩特 010020
摘要：呼市轨道交通2号线某盾构区间侧穿小黑河大桥桩基，最近距离仅6.02m，穿越地层为第四系全新统至上更新统冲洪积砾砂、圆砾，均为松散土体且自稳性差、透水性强、地下水位较高。经数值分析验证在该地层下本次盾构侧穿时桥梁桩基最大竖向位移为1.09mm，最大水平位移为0.9mm，地表竖向位移为1.91mm，位移均在控制标准范围内。同时提出了相应建议措施，为同类型工程提供参考。
关键词：盾构隧道；桥梁桩基；砂砾层；数值分析；位移
分别对盾构施工中近距离侧穿高层建筑、近距离侧穿建筑群影响进行分析，得出在盾构到达建筑物之前临近影响区域内，建筑物向远离隧道方向一侧倾斜；盾构侧穿过程中，建筑物向邻近隧道方向一侧发生一定程度倾斜，直至后期稳定。正下方穿越比侧穿对建筑物的影响要大。文献[1]根据上海地铁2号线盾构近距离穿越既有隧道，得出盾构穿越对已建地铁隧道的扰动影响主要以隧道竖向位移为主且随着盾构推进，隧道结构纵向上呈波浪状，其隆起峰值不断沿推进方向移动。文献[2]结合实际工程对盾构侧穿高架桥桩、软土地区盾构侧穿建筑物的应用进行研究，得出侧穿时结合实时监测及时调整开挖仓压力及对地层进行注浆加固可有效降低盾构对邻近建筑物基础的影响。文献[3]依托兰州地铁1号线，对盾构区间穿越黄河粗粒径砂卵石地层施工开展研究，得出泥水盾构下穿黄河掘进参数对风险控制十分重要，深层沉降实测表明泥水盾构掘进对地层变形控制效果好，盾构顶部仅约0.5D范围为轻微扰动区。
本文结合呼和浩特轨道交通2号线，对盾构区间在自稳性差、透水性强、地下水位较高砂砾土层中侧穿桥梁桩基开展分析，结论及建议可供相关工程提供参考。
1工程概况
1.1工程简介
呼和浩特轨道交通2号线某区间侧穿小黑河大桥桥桩，小黑河大桥位于线路右线东侧约12m，桥梁桩基距离右线最近距离约6.02m，根据《地下铁道设计与施工》区间施工时该桥梁桩基位于盾构影响区内，侧穿桥基平面图见图1。
图1 隧道区间侧穿桥梁桩基平面图
侧穿处隧道顶板覆土约16m，左右中心线间距12m。小黑河大桥两侧桥台桩长32m，桩径1.5m，每侧各24根。桥下桩基桩长35m，桩径1.5m，共计84根。
1.2工程地质及水文概况
据资料，场地内地层主要为第四系全新统（Q4）、第四系全新统-上更新统冲湖积层（Q3-4）、第四系中更新统湖积层（Q2），现场钻探揭露场地地层为圆砾、细砂、粉质黏土。勘探深度内所揭露地层从上到下分述如下表1。
小黑河水位1039.28m，两侧钻孔地下水水位1034.6m，水位高差约4.68m，说明地表水与地下水无水利联系，原因为市政府对呼和浩特市河道景观治理，将小黑河河道底部和两侧都用混凝土进行衬砌形成景观河，致使地表水不能补给地下水。场地地下水埋深介于5.5~11.5m之间，主要赋存于第四系松散层中的孔隙潜水，主要含水层为第四系全新统-上更新统冲洪积砂类土、圆砾地层。
2盾构侧穿桩基数值模拟
2.1计算假定
建模过程中，对部分条件进行优化假设，考虑以下基本假定：
1、将同步注浆简化为析取类型2D板单元模拟，将桥梁桩基础简化为一维梁单元，桥梁上部结构采用等效桥梁荷载作用于承台表面，所有结构采用弹塑性分析，岩土层采用摩尔—库伦本构；
2、地层采用地质勘察报告提供地质参数值描述各层土物理力学特性；
3、采用施工步序模拟整个施工，考虑施工过程空间位移变化，不考虑时间效应。
2.2模型建立
模型计算采用MIDAS-GTSNX有限元软件，地应力场按自重应力场考虑，模型共划分94302个单元，44722个节点。计算模型中，采用位移边界条件，土体模型顶面为自由边界，底面为固定约束，四周为法向约束。数值模型见图2。
2.4桩体位移影响分析
数值模拟中将本次盾构侧穿桩基分为61个施工步，每个施工步前进两个盾构管片宽度即3m。盾构侧穿桩基必将引起相应结构应力应变产生变化，图3、图4分别给出本次模拟过程开挖30步、60步时桩身竖向、水平位移云图。
图3 开挖30步、60步时桩身竖向位移云图
图6 桩顶水平位移变化曲线图
由上图，在61个施工步中除桩3因处于施工步最后阶段，竖向位移未能展现出趋于稳定的趋势。桩1、桩2在盾构侧穿中，竖向位移累计值最大值分别为0.81mm、1.09mm，符合控制标准要求。桩顶水平位移随盾构进行变化曲线见下图6。
从图6可知，掘进过程各桩桩顶水平位移最大值对应桩1、桩2、桩3分别为0.58mm、0.81mm、0.9mm，处于控制标准范围内。
2.5地表竖向位移影响分析
下面给出本次模拟施工地表竖向位移云图，见图7、图8。
图8 开挖45步、60步时地表竖向位移云图
本次盾构侧穿桥基模拟分析得出地表竖向沉降最大值为1.91mm，隆起量最大值为1.32mm，均未超出控制标准。
3结论与建议
1、该盾构区间侧穿小黑河大桥桩基，桥梁桩基据盾构区间最近距离仅6.02m，经数值分析验证在该地层下本次盾构侧穿桥梁桩基桩基最大竖向位移为1.09mm，最大水平位移值为0.9mm，地表最大沉降值为1.91mm，地表最大隆起值为1.32mm，桩基位移及地表竖向位移均在控制标准范围内。
2、建议现场施工时注意以下：
（1）盾构机进入影响区域前，尽量将盾构机的姿态调至最佳，盾构推进速度控制在1.0～1.5cm/min范围；
（2）螺旋输送机转速保持在8～12r/min范围，排土量为理论值的98%，约46.4m3/环；
（3）同步注浆液采用惰性浆液，注浆压力为盾构覆土土压力+0.1~0.15Mpa，约为0.29Mpa，并根据盾构推进速度控制注浆量，实际注浆量采用理论值200%～250%。在确保压浆质量的前提下，方能进行下一环推进施工。
参考文献
[1]陈江,陈思明,傅金阳,等.盾构侧穿邻近桥桩施工影响及加固措施研究[J].公路交通科技,2016(07):97-102.
[2]怀平生.盾构隧道施工对某办公楼的影响分析[J].施工技术,2016(S2):159 -163.
[3]李承辉,贺少辉,刘夏冰.粗粒径砂卵石地层中泥水平衡盾构下穿黄河掘进参数控制研究[J].土木工程学报,2017(S2):147-152.
论文作者:麻永华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/1
标签：盾构论文; 位移论文; 桩基论文; 地层论文; 黑河论文; 桥梁论文; 隧道论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;