摘要：基坑工程穿越或近接运营中的地铁区间隧道施工，由于开挖卸载作用，必然引起临近地铁隧道产生相应的变形，并在衬砌结构上产生附加应力。当隧道变形超过一定限度，轻则接缝漏水，重则导致地铁无法安全运营，所以对已运营地铁隧道的变形要求极为严格，变形的控制更是决定了工程的成败，如何准确预测和有效控制地铁隧道的变形已经成为此类工程成功与否的关键。
关键词：桩基础与既有地铁隧道相互影响的研究进展
为了更好地了解该问题的研究现状，作者针对桩基础与既有隧道相互影响所涉及到的关键问题研究进展进行总结分析，根据工程设计施工中主要关心的问题，主要考虑桩基施工对既有隧道的影响、荷载作用下桩基础对既有隧道的影响和既有隧道对后续施工桩基础承载力的影响。
一、桩基础与既有地铁隧道相互影响分析
1.工程实例概况。该研究对象为某广场建设工程施工项目，广场建筑物主要包括塔楼与裙房，其中，塔楼的高度大约有四十多层，其主屋面的高度可以达到约180m，裙房有7 层左右，主屋面的高度可以达到38.20m。在准备建设的项目中的裙房在地铁的上方，为了尽量降低隧道结构产生的附加荷载对建筑造成的影响，在对裙房进行设计时进行了跨越式设计，然后通过利用桩基础把隧道结构上部的荷载导入下部土层结构中，同时主要选用卵石持力层来作为桩端持力层，需要注意的是必须确保桩端持力层的顶面到隧道结构地面的距离控制在13m 左右，所以桩长需要29 到32m 之间。
2.离心试验模型。本次试验操作的模型箱尺寸为0.7×0.36×0.5（m），试验选取现场土样，有3 层土层：第一层为密实的砂土，厚5cm；第二层为粉质粘土，厚35cm，模拟地铁隧道上方土层，粒径约是122μm 左右，土粒的密度为2.27kG/m3，把现场收集的土样进行晒干筛分处理。采用有机玻璃模拟隧道，其弹性模量系数为6GPa，泊松比为0.3，模型管直径设计为100mm，壁厚约是10mm。
3.离心场桩基加载实验。为了对桩基加荷的工作过程进行模拟，在进行试验过程中需要采用离心机加荷载系统进行操作，主要有两部分组成这个系统，分别是机械手的主机与一些相关的电气系统，在过程中需加强的最大垂直荷载为15kn，通过Z 轴的拉压功能进行压桩及施载过程的模拟。
4.测量系统设计。因为在本次试验过程中，主要需要对地铁隧道的横向变形状况进行相关的考虑，其中，在隧道结构的纵向长度方向，由于隧道的刚度会影响到整个模型的试验结果，在具体的试验中，在对隧道长度进行横向设计时要控制在630mm 左右，并且需要在横向隧道上设置2 个断面a和b用于监测工作的展开，并且需要分别将这两个断面命在断面上需要设置八个弯矩测点，同时将这些设置好的测点分别编号，测点需要均匀分布在截面边缘，在断面b 上要设置八个土压力测点，这主要用于监测隧道四侧土压力的情况。其中，主要是利用全桥电路来测量对进行弯矩，全桥电路由贴在管片的上下面四个应变片构成，而对土压力进行测量主要是依靠微型土压力计来完成。此外，还需要考虑在桩基础承载的时候，造成地铁隧道发生沉降的后果。一般需要设置四个激光位移传感器测点在断面上，这个点需要分布在隧道模型顶部、拱腰与和底部的位置。
5.结果研究。为隧道在荷载作用下的轮廓变形图。随着桩基承载，隧道结构竖向发生的位移情况比较大，而水平方向发生的位移则相对较小，经过先关的计算，隧道实际最大发生的沉降，最大水平方向发生的位移。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆拱顶发生下沉情况会伴随桩顶部荷载的变大而不断增加，当桩顶加载到10kN的时，拱顶的最大下沉量约3.8mm，当桩顶加载到15kN 的时（换算成原型为5.4×104kN），拱顶的最大下沉量达到6mm。隧道的受力变化将隧道拱顶定义为零角度，同时需要顺时针转动角，然后需要进行相关的隧道弯矩变化分布图，该分布图主要是关于桩基加载过程中的变化图的绘制。依照该分布可知，当桩基同时都出现在隧道的两侧之时，在拱顶会呈现弯矩的较大值，而此时最大附加的弯矩值的相应增加量，在拱腰区域和拱顶区域则出现了最大土压力，土压力变化值在最大的时候是8.14kPa。此外，将隧道结构视为一个平面圆，同时将圆水平切割，在圆的水平直径以下部分，土压力的变化相对较小。
二、地铁隧道变形保护要求
1.由于深基坑高楼桩基、降水、堆载等各种卸载和加载的建筑活动对地铁工程设施的综合影响，上海市建设委员会科学技术委员会对隧道变形控制作出规定，要求必须符合以下标准：1）在地铁工程（外边线）两侧的既有3 m 范围内不能进行任何工程建设；2）地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量不大于20 mm（包括各种加载和卸载所造成的最终位移量），由于建筑物垂直荷载（包括基础地下室）及降水、注浆等施工因素而引起的地铁隧道外壁附加荷载爆破产生的震动引起的隧道峰值速度不大于2.5cm/s。
2.变形控制的相关要求如下：轨道交通沿线设立城市轨道交通控制保护区，其范围包括：1）地下车站与隧道结构外边线外侧50 m 以内；2）地面和高架车站以及线路轨道结构外边线外侧30 m 以内；3）出入口、通风亭、车辆段、控制中心、变电站、集中供冷站等建筑物（构筑物）外边线外侧10 m 以内；4）城市轨道交通过江隧道两侧各100 m 范围内。为保护地铁结构安全，外部工程开挖、桩基、降水、加卸载等各类建设活动对轨道交通结构的影响限度必须符合以下要求：1）由于打桩振动、爆破产生的震动引起隧道的峰值速度不大于2.0 cm/s；2）隧道结构绝对沉降量及水平位移量，采用单测点累积变形10mm 或连续2 天同向变形2 mm 作为警报值，单测点累积变形15mm 作为控制值。如隧道病害严重，经鉴定和评估需要严控，则以评估意见为准。在新加坡，为了保障地铁隧道的安全，对地铁周边的工程建设进行了限制。对于隧道的位移控制，新加坡地铁要求隧道在任何方向的总位移不能大于15mm，并且平面的差异位移不能超过15mm 或1/1000（两者取小值）。对于桩基础施工过程，桩、临时或永久性的挡土墙以及开挖工作需要考虑三方面因素的影响，即距离、施工方法及附加荷载。需要采取一定的安全测量措施，例如：安全检查人员的密切监视；将桩打入预定长度以控制贯入。当桩接近高架桥桥墩下部的斜桩时，桩端与高架桥斜桩之间的距离至少为3 m，对于承担荷载的桩基础，为了使得荷载传递不影响既有隧道，要求在桩身进行脱黏处理，降低桩身的摩阻力传递，同时新加坡规范对脱黏处理亦有特定的要求。综上可知：地铁隧道变形保护通过设定隧道的变形限值，对于距离隧道特别近的区域，通常不允许或有条件地进行桩基础施工。但不同地质区域桥桩与地铁隧道相互作用影响问题的相关标准分级依旧空白，因此有必要出台该类可行性高的控制风险分区标准，才能在工程中达到有章可循。
桩基础施工对既有隧道影响：非挤土桩施工对既有隧道的影响较小，挤土桩施工对既有隧道影响较大，且理论计算方法欠缺。城市中高层建筑群桩基础大量应用，因此，桩基础对既有隧道影响问题的计算以及更加详细安全的指导、评估方法亟待完善。
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论文作者:孙学君
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/19
标签：隧道论文; 地铁论文; 荷载论文; 结构论文; 桩基论文; 位移论文; 桩基础论文; 《基层建设》2019年第5期论文;