摘要：眾所周知，地鐵施工必然擾動周圍地層，因而有可能致使一定范圍內近接橋樁發生過大絕對沉降或差異沉降，從而影響橋梁的正常使用，甚至危及橋梁安全。因此在新建隧道施工過程中如何經濟有效的保證既有結構和施工的安全，已成為一項亟待解決的重要課題。本文針對這一課題淺談了隧道施工引起地層位移對橋梁樁基的影響分析。

　　關鍵詞：隧道施工,地層位移,橋梁樁基,影響

　　引言

　　隧道施工中伴隨著地層應力狀態的改變，相應地引起地層的位移和變形，從而可能影響到既有建、(構)筑物，當變形達到一定程度時，將影響到已有建(構)筑物安全及正常使用。因此，隧道開挖最為關鍵的問題之一就是對鄰近建(構)筑物影響的分析和評估。目前，國內外大部分研究都是集中于地表沉降的預測以及土體沉降對周圍建(構)筑物基礎不均勻沉降的影響。特別是對于建筑物樁基，運用樁土之間相互作用機理，就樁基在土體變形影響下的響應進行了一些研究。但是對于在施工中如何控制樁.基的變形，尤其針對既有橋樁，采用注漿加固地層的方式進行控制研究還很少。因此，本文以實例分別對注漿前后地層和樁基變形進行了數值模擬分析，通過實測結果評估注漿加固對控制樁基變形的影響。由此豐富了淺埋暗挖施工技術的內容，對以后的施工具有指導意義。

　　1.已有建(構)筑物樁基在開挖卸荷

　　作用下的變形機制在城市建設中，樁基礎以其巨大的承載潛力、抵抗復雜荷載的特殊性能及對各種地質條件的良好適應性而成為建(構)筑物的主要基礎型式。因此，在隧道施工中，將不可避免地穿越樁基。隧道、土體、樁基以及上部結構處于一個共同作用的完整體系中，四者之問的相互作用如圖l所示。

　　土體是上述體系的關鍵元素，隧道開挖對樁基的影響通過土體與樁基的相互作用關系直接體現為樁基承載能力的損失，樁基礎的極限承載能力主要包含兩層含義：一是樁基自身的極限承載能力;二是支承樁基的地基土極限承載能力。在施工過程中，樁基對整個橋體的沉降會產生較大的影響。一方面隧道的開挖破壞了周圍土體的密實性，使土中應力減小，減弱了下部土體對上部土體和構筑物樁基的承載能力;另一方面，由于隧道開挖斷面距橋樁較近，隧道的開挖將會減弱隧道兩側橋樁和土體間的摩擦力，使橋樁承載力產生較大損失，從而產生樁體的水平位移和豎直沉降。在這里地基土的極限承載能力占主導地位。在近接樁基隧道工程施工中，樁基承載能力損失的本質在于樁側負摩阻力的產生。樁側土層受到擾動而產生一定沉降，并且其沉降量將大于樁的沉降，即樁側土體將產生相對于樁向下的位移，從而產生沿樁側表面的負摩阻力。對樁產生附加的壓應力，引起樁基沉降。但負摩阻力并不是發生于整個土層深度內，它同樁與隧道的位置關系、土層的性質、樁底持力層的剛性以及樁的長度等因素有關。在隧道影響范圍(以45 + /2的塌落角，由隧道底部向地表延伸)之外，樁側土與樁之間不再發生相對位移，這時負摩阻力為0。在這深度以下，樁側仍為向上作用的正摩阻力，正負摩阻力變換處為中性點。因此，在考慮隧道施工對樁的沉降影響時(圖2)，主要研究中性點以上負摩阻力所產生的下拽荷載對樁的影響，如圖3所示。此時，樁身荷載的傳遞模式如圖4所示。由于樁周圍土體是分層的，所以，可將樁看成若干個等分的樁單元，并用連續分布的彈簧來表示樁與樁側土之間的相互作用，樁端與樁端下的土體相互作用也通過彈簧來表示。另一方面，在隧道施工中，由于樁基兩側土體應力的不平衡，樁基將產生偏向隧道方向的水平偏移，嚴重時可能造成樁體的屈曲變形。

　　2.注漿加固地層機制

　　土層中注漿是通過漿液在土體中的四種運動形式，即充填、滲透、擠壓和劈裂來達到加固土體的目的。這四種運動形式并不是單獨存在的，當漿液以綜合運動形式擠入土體時，注漿才最有效。對于不同土層，其注漿機制是不同的。

　　當地層主要以黏性土為主時，注漿形式主要為劈裂注漿。因黏性土的孔隙率較低，固結水平較高，難以滲透，在此情況下進行注漿，必須有較大的注漿壓力。當漿液積聚的能量快速增加達到某一值時，漿液才能注入到土層中去，這時土體發生劈裂，劈裂面發生在阻力最小主應力面(見圖5)。當注漿材料進入地層后，在鉆孔附近形成網狀漿脈，通過漿脈擠壓土體和漿脈的骨架作用加固土體，即在地層中形成固結體。隨著固結體強度的增長，地層性能隨之變化，即地層的重度提高、含水率及孔隙率降低、圍壓增大、孔隙的大小分布及地層的尺寸效應發生變化，從而改變土層力學性質，提高地層的強度和穩定性。因此，在隧道與樁基周圍地層進行注漿加固時，一方面，使樁周及樁底土體的密度和整體性都得到較大提高，從而增強了土體強度和剛度，減少開挖對土層的擾動范圍和變形量;另一方面，樁周摩阻力和樁底阻力大大提高，起到減小樁基沉降的作用。

　　3.工程實例

　　3.1實例概況

　　該工程區間隧道通過的地層主要有：①粉質黏土為褐黃色，可塑、局部硬塑;②粉土，為褐黃或棕黃色，密實，很濕;③粉細砂，為褐黃色，密實，飽和。地面標高為35.7m，結構埋深為15.893m。

　　擬建盾構區間隧道為雙線，區間南北走向，左右線間距約47.6m，隧道埋深約為17.42m，鐵路線路東西走向。在該處緊鄰設置了1座雙孔簡支梁橋和2座單孔框架式地道橋，梁橋在中間，地道橋在兩側。框架式地道橋的結構凈空為5.8m×8.5m(H×W);構件尺寸：頂板100cm，底板90cm，邊墻75cm;橋下使用凈高3.0m。簡支梁橋每跨12.5m，橋臺、橋墩均采用樁基，為 8oomm的鉆孔灌注樁。

　　盾構隧道與橋梁的關系見圖5

　　隧道采用土壓平衡盾構法施工.盾構管片外徑6m，厚度0.3m。

　　圖5 立面圖(單位：mm)

　　3.2計算模型

　　本模型采用FLAC巖土數值分析軟件來進行模擬，建模完全按照實際勘測資料進行，計算模型的建立按照如下規則建立：①樁體采用線彈性材料，土層為勻質體，土體為彈塑性材料，服從摩爾-庫倫屈服準則;②計算模型依據數值分析的建模理論，計算模型沿隧道縱向取為30m，沿隧道橫向取為120m.地表以下50m，見圖6;③邊界條件采用位移邊界條件，側面限制水平位移，底部限制垂直位移，模型上表面取為自由邊界;④樁和土之間用命令定義接觸面，接觸面上允許滑動或者分離接觸面，在樁土分析中，把樁土之間的作用通過兩側的連續彈簧來模擬。考慮法向和切向剛度。計算模型見圖6

　　表1為地質勘查資料。按照勘察資料。對土層進行分層，分層后的模型見圖7。

　　在地下工程開挖中首先要進行初期分析.即對初始地應力場進行模擬，一般情況下把施工前的狀態定義為初始狀態。這種狀態下，土體的壓縮變形及排樁的

　　圖6 計算模型圖

　　變形均已完成，土體與樁體達到平衡狀態。只有當初始地應力場符合實際，才能開挖，進行第二階段的分析研究。

　　圖7 土層分層圖

　　本模型所承受的荷載條件主要有： 土體自重應力;②模型頂面由鐵路列車傳遞下來荷載;③地道橋面上的人行荷載;④鐵路橋下的機動車荷載;⑤鐵路橋樁基頂部的荷載。計算時考慮來往列車動荷載的作用，換算為地面均布荷載100kPa施加于模型頂部邊界;框架地道橋的人群荷載取4kPa;鐵路橋下機動車荷載取20kPa。考慮鐵路橋上機動車荷載動荷載效應和梁、軌道、道床自重，傳到樁基頂部的荷載為400kPa。計算后豎直方向的應力狀態云圖見圖8

　　圖8 初始應力狀態云圖

　　3.3三維數值模擬結果分析

　　本工程中，右線區間盾構隧道開挖邊緣離西側橋臺樁基邊緣的最近距離為3.324m，盾構隧道的頂部離橋樁底部0.517m。

　　左線區間盾構隧道的開挖邊緣離東側橋臺樁基邊緣的最近距離為10.167m。盾構隧道的頂部離橋樁底為0.517m。橋樁與盾構隧道的位置關系詳見圖9

　　圖9 樁基與隧道的位置圖(單位：mm)

　　在本文分析中，因為右線盾構隧道處的樁基離盾構隧道距離最近，所以主要討論了右線隧道處樁基的變形。在數值模擬中，按實際施工方法先開挖右線隧道，再開挖左線隧道。每個盾構隧道模擬開挖時，采用循環語句進行模擬，盾構推力、管片背后注漿層都按照實際的情況進行模擬。

　　3.4豎向位移變化特征

　　地鐵盾構隧道掘進開挖破壞了原有的平衡狀態，盾構隧道上方及周圍土體必然會發生位移，同時。橋梁樁基受土體位移的影響也會發生位移和變形。在本工程中，主要討論臨近右線盾構區間的西側橋臺的樁基受盾構隧道開挖的影響，樁基礎平面布置圖見圖10。

　　圖10 樁基礎平面位置圖

　　數值模擬結果表明，最靠近盾構隧道的l，3，5，7號樁基的豎向位移最大，達到10.9mm，2，4，6，8號樁基為9.8 mm;中間橋墩的樁基豎向位移約為4.8mm;離盾構隧道較遠的東側橋臺的樁基樁頂沉降為3.6mm上下。經分析數值模擬結果，樁l樁頂的豎向沉降曲線圖見圖11。在自重平衡狀態下盾構開始掘進開挖，在盾構接近樁基的過程中，周圍土體及樁產生的應力場及位移場開始受到突然的改變。從圖11可以看出，這一段曲線斜率的變化較后面的劇烈，原因在于開挖掘進力使原本穩定的應力場發生了突然改變;盾構機通過樁基后，樁頂沉降穩步增加，同時地表沉降趨于平穩。

　　圖11 樁1樁頂豎向沉降曲線圖

　　盾構機遠離樁基時，樁頂沉降依然增加，但是增幅越來越小，也就是說樁頂的反應越來越小，可見盾構掘進的動態過程比較明顯，每一步的遞進效應也比較明顯，因為整個過程自始至終都存在開挖掘進和樁頂荷載的復合作用。

　　結束語

　　通過理論分析、數值模擬以及工程的實際應用可以看出，當隧道近接橋樁施工時，控制既有橋樁在隧道開挖過程中的沉降，采用注漿加固地層在技術上是可行的，效果也足非常明顯的。因此，在隧道施工過程中，對地層進行注漿加固以保證工程本身及周圍建(構)筑物的安全是非常必要的。

　　參考文獻

　　1.王杰，巖土注漿理論與工程實例[M],北京科學出版社，2001

　　2.劉軍,北京地鐵施工中若干環境巖土工程問題[J],市政技術，2004

　　3.劉軍,地下工程圍巖穩定性研究[D],成都理工大學，2001

　　4.劉曉蘋，顧強，上海漕溪路立交橋樁基受地鐵盾構推進的影響研究，上海市政工程，1996