摘要：地铁隧道开挖不可避免地会引起周围岩土体的移动，从而引起邻近桥梁桩基发生变形，产生附加应力，危害桩体乃至上部桥梁结构的安全。实际工程中的桥梁桩大多以群桩形式出现，且桩顶设有承台，地铁隧道施工对邻近桥梁桩基的影响分析更复杂。
关键词：地铁隧道；桥梁桩基基础；施工影响；控制保护技术；
1 地铁施工对既有桥梁桩基的影响理论研究
目前，关于地铁隧道施工对邻近桥梁桩基影响的理论分析多采用二阶段法，该方法是将地铁隧道施工对邻近桥梁桩基的影响分为两部分进行分析，即首先通过解析公式求得隧道开挖引起的邻近土体位移场或应力场分布，然后应用各种方法（如有限元法、边界元法、有限差分法、弹性理论法）将已求得的桩侧土体位移或应力作用于桥梁桩基上，建立位移（荷载）传递方程，得到桩身附加变形及内力。为了便于给工程施工及应用提供参考，地基模型二阶段法讨论隧道近接桥梁桩基施工造成的影响，考虑群桩遮拦效应，提出地层损失比为1。0%的条件下2R（其中R为隧道半径）的桩隧间距临界值。该方法可以通过改变地层损失参数，确定不同地质条件下的桩隧间距临界值，为精准反映隧道开挖对邻近桥梁桩基的影响提供了重要依据。基于桩位移离散点监控数据拟合挠曲线方程（1），计算盾构推进各工况下邻近桥梁桩基的弯矩和剪力。
EIy′′=−M（x），EIy′′′=−Q（x）。（1）
式中：EI为桩的抗弯刚度，y′′和y′′′分别为挠曲线方程y=f（x）的二阶和三阶导数，M（x）、Q（x）分别为桩的弯矩和剪力。基于某暗挖地铁隧道近接高架桥梁桩基工程（见图1），采用有限差分法和最小二乘法原理，以沉降允许位移（20mm）线、警戒值（14mm）线及预警值（6mm）线方程为标准，将邻近桥梁桩基基础沉降划分为4个区域，如图1、2所示。
图2桥梁桩基沉降分区示意图
根据分区确定各类桩基在掌子面推进前后一定范围内的沉降集中区，提出相应区域的加固方案。
2 模型试验
基于离心试验，地铁隧道邻近桥梁桩基基础施工引起的桩身附加变形和内力受桩-隧相对位置（桩-隧水平净距、隧道埋深）、桩身尺寸、隧道直径、地层损失率、土层性质等因素的影响。然而，由于实际工程现场的复杂性和模型试验研究环境的理想化，以及桩-土接触界面及土体的边界问题，离心试验结果与实际工程不可避免的存在出入。因此，将室内离心模型试验作为一种辅助研究手段，可以与理论和现场监测结果相互验证。
3 现场实测
随着监测控技术的不断发展，越来越多的工程开始采用实时监测数据以指导施工，现场的工程数据越来越受到广大研究者们的青睐，逐渐成为一种研究手段。结合盾构隧道下穿高架桥的施工监测数据，将桥墩竖向位移经历分为未到达时稳定、到达前下沉、盾构到达时快速增大、下穿时小幅波动、下穿后缓慢下沉、后续稳定6个变形阶段。
除上述施工过程中的实时监测指导，监测数据更多是用于验证数值模型及试验研究的合理性，可以更准确地对不同工况进行研究分析。鉴于工后荷载长期影响的问题，针对高风险的重大工程，现场监测应自施工前期、中期、后期开始至结构相对稳定后停止。总的来说，由于地铁隧道邻近桥梁桩基施工问题本身的复杂性和试验模拟的局限性，限制了理论和模型试验研究的发展。数值模拟从平面二维拓展到更真实的三维模拟，对问题的简化越来越少，所考虑的因素越来越全面，加之现场监测数据的有效验证，目前在研究中得到了较广泛的应用。
4 邻近既有桥梁桩基的地铁隧道施工影响控制技术研究
随着大量地铁隧道穿越桥梁桩基工程的不断出现，为了保护隧道与桥梁桩基的安全性，工程中逐渐形成了一系列的控制防护技术，一般可以分为主动控制（优化施工方法）和被动控制（防护加固）。当隧道与桥梁桩基相交时，可以采用桩基托换或直接切削技术保护既有桥梁和隧道的安全；当隧道与桥梁桩基邻近时，一般采用注浆加固并适当调控盾构施工参数；当穿越比较重要或敏感的桥梁时，可以采用隔断桩法保证工程的安全顺利进行；当隧道位于桥梁桩基正下方时，可以根据承载力的大小和桥隧道位置关系，采取顶升结合监测数据跟踪注浆的方式保证安全。
4.1 主动控制
在地铁隧道与桥梁桩基基础相交且不得改线的情况下，工程上多采取具有较高难度和风险的桩基托换或切削技术，并辅以监测和注浆措施保障安全，可以称为主动优化施工法。宋南涛以某地铁下穿桥梁桩基工程为例，采用“拱形门式”结构托换梁（板）技术，初期支护为型钢钢架＋喷混凝土，施以小导管注浆，可以有效地将桥梁沉降和变形控制在允许范围内。扩大板式基础托换及部分切削的方案和新桩扩大承台托换及局部切桩方案均为相应工程解决了难题，对施工安全性的影响不大。
4.2 被动控制
一般城市的地铁隧道线路为了避免“直穿”市政桥梁桩基的高难度施工，都会选择从桩身侧边“侧穿”或从桩端下侧“下穿”。这种避桩的设计思路往往采取隔离桩、旋喷桩、注浆等加固地层和结构以及外部条件控制方式减少施工影响，称为被动控制。提出地铁下穿立交桥群桩基础施工过程中，一方面通过注浆提高桩底持力层的弹性模量，以减小端承桩差异沉降和绝对沉降；另一方面应保证拱部和边墙处的注浆加固效果，以减小隧道开挖引起的边墙收敛，进而减小桩基的绝对沉降。采用全方位高压喷射工法（MJS）加固桩基的安全保护措施。
除了传统浆液加固，采用“钢筋束+注浆材料”复合锚杆桩方案对桥梁进行保护，严格控制了桥面结构与桥梁桩基的变形。陈辉发现设置隔离桩保护桥梁桩基，通过控制盾构掘进参数（土仓压力、顶推力、掘进速度、出土量、盾构姿态等）、加强监测的综合运用，对桥梁桩基的沉降及受力有一定的改善作用，能够较大限度地减少盾构隧道施工对桥梁桩基的影响。
4.3 地铁隧道邻近桥梁桩基工程风险影响分级
铁隧道施工会引起周围土体应力场的变化，极易对周围邻近的桥梁桩基造成不良影响；因此，探讨地铁施工邻近桥梁安全风险分级及应对措施具有重大的实践意义。针对上述对比可知，地铁邻近桥梁桩基工程的风险分级以及相应的工程施工对策建议，涉及到众多的复杂因素，虽然考虑了各自地区众多地铁邻近桥梁桩基工程特点，但仍待工程实践中的进一步补充完善，以保证其合理和可实施性；不同区域由于地层性质差异明显，施工方法选取各异，地铁隧道邻近桥梁桩基工程的施工风险分级尚需深入的研究。
结束语
桥梁桩基与地铁隧道的影响问题是一个十分复杂的研究课题，通过上文地铁施工对既有桥梁桩基的影响分析可以更好的帮助相关工程在施工时对于该类情况进行完善处理，以此更好的结合施工特点，提高施工稳定性，为工程的顺利完成奠定良好基础。
参考文献：
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[2]陈辉.盾构隧道近接施工对桥桩影响及保护措施[J].土工基础，2015，29（3）：1–5
[3]杨敏，靳军伟.桩基础与既有地铁隧道相互影响的研究进展[J].建筑结构学报，2016，37（8）：90–100.
论文作者:鲍国江
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
标签：桩基论文; 桥梁论文; 隧道论文; 地铁论文; 工程论文; 盾构论文; 地层论文; 《基层建设》2018年第35期论文;