地铁盾构近距离下穿既有建筑结构影响分析

潘清

无锡地铁集团有限公司 江苏无锡 214000

1 设计方案数值模拟分析

1.1 三维模型建立

根据区间隧道与某特大桥的相对位置关系，采用岩土有限元软件Plaxis3D建立三维模型进行数值计算分析。模型总长度为124m，总宽度为108m，深度约为75m。模型包含了隧道穿越段某县特大桥桥墩、承台、桩基及左右线两条隧道。

(1)模型参数的选取。模型中的土体本构模型选用小应变土体硬化模型，可有效模拟软粘土的剪切硬化和体积硬化过程，也可考虑砂土的剪胀性，同时可以反映出不同应变水平下的刚度衰减规律，服从Mohr-Coulomb破坏准则。

(2)模型荷载的确定。根据盾构下穿的实际施工方案，下穿桥梁均为预应力混凝土连续箱梁，跨度为32m的箱梁重约900t，桥梁墩顶长宽分别为6.0m×2.8m，利用高铁桥梁桥面横载和活载计算得到高铁桥梁墩顶面荷载约为800kN/m2，结合模型中的隧道选取板单元进行模拟，隧道直径为6.2m，壁厚为0.35m，材料为C50混凝土[1]。

1.2 盾构下穿施工过程模拟

针对本工程的特点，结合工程设计方案，在Plaxis3D有限元软件中通过冻结隧道范围内土体单元，激活管片单元，并进行断面收缩来模拟盾构掘进过程。整个隧道施工过程模拟按照实际施工顺序进行分步开挖，先施工左线隧道，再施工右线隧道。

1.3 盾构下穿施工结果分析

分析隧道下穿某县特大桥桥墩顶面的位移影响，最大垂向位移为-0.413mm，施工过程中相邻桥墩最大差异位移为0.191mm。隧道下穿引起桥墩顶面横桥向最大位移为-0.558mm，横桥向位移的最大差异量为0.248mm。隧道下穿引起的桥墩顶面顺桥向最大位移为-0.936mm，顺桥向位移的最大差异量为-0.369mm。综上所述，隧道施工对特大桥桥墩顶面位移影响较小，各方向位移量及相邻承台的变位差异量均满足控制要求。

2 地铁盾构施工对邻近桥梁桩基影响的防护措施

地铁施工本身属于一项利国利民的工程，只有在地铁施工阶段，强化邻近桥梁桩基、建筑的防护，将地铁施工影响降到最低，才可保障施工的有序性，地铁盾构施工对邻近桥梁桩基影响的防护措施主要如下：

2.1 桥梁桩基表型防护措施

桥梁桩基表型防护，必须要合理掌控桥梁桩基变形策略，合理应用各种手段，强化指数的改善。在施工初期，工作人员需要依据自身阅历与工作经验，合理挑选施工指数，正确改善工程开展情况。在施工过程中，要依据实际的变形情况，改善盾构机械设备指数，降低其对附近桥梁桩基的干扰。桥梁桩基表型防护措施主要包括：掌控挖掘面，这也是地铁隧道施工中的核心步骤，此阶段需要采取有效措施，将土压值与工作压力维持在一定的范围内。不管土压值过大还是过小，均会影响隧道施工。一旦压力值超出规定范围，将会导致地面凸起，不仅影响美观还会增加交通事故发生的记录。若压力值较小，会导致地表沉降，影响地面交通结构。

2.2 地铁盾构工程施工策略

想要实现安全防护的最终策略，不仅要依据实际情况，合理改善地铁盾构施工设备指数，还需要合理优化地铁工程施工，针对不同的施工工序，采取针对性的解决对策。地铁盾构施工策略主要包括：①合理应用阻隔墙，在工程施工中阻隔墙防范技术得到了广泛应用，在施工过程要求具备一定的工作空间。在地铁施工过程中，是在挖掘过程中添加阻隔墙，其目的是为防止挖掘设备对地铁邻近桥梁的威胁与影响，在桩基与隧道之间增加一道阻隔墙。在实际应用中，阻隔墙能够在地表、地下开展施工，借助密排打孔灌注桩，袖阀灌注浆等开展作用。②科学应用桩基托换技术，针对陈旧的桩基需要及时将其替换，将新桩基作为地铁隧道上层构造物的负荷桩，促使桩基与工程地基基底构成全新的桩基系统，两者相互协作，共同承受上层荷载力，不断完善与优化原本的地铁工程地基应力，确保将桥梁下沉掌控在合理范围内。在地铁盾构施工中常用的桩基托换技术主要包括：桩基转变层技术、张继负压板技术。③提升土地牢固度，土体牢固在工程安全防范策略中属于关键性步骤，提升土地牢固度技术主要包括：喷射搅拌与化学注浆。喷射搅拌是借助桩基附近土壤的硬度，提升附近土壤的健全性，全面降低地铁施工过程中对周围桥梁桩基的干扰。化学注浆，是针对土壤开展相应的化学灌浆，提升土壤的硬度与刚性，以此降低地铁施工对周围桥梁桩基的影响。

3 施工监管

3.1 监测点的设置

为了更好的监测土层的变化情况，应当在管线的正上方布置监测点以确保第一时间发现管线的变化，具体施工方法为：①人工开挖探坑，管线探明后采集坐标并在现场做上标识。②人工开挖监测点时，管顶竖向位移监测点采用测杆形式埋设于管线顶部结构上，测杆地段采用混凝土与管线结构或周边土体固定，测杆外加保护管，保护管外侧应回填密实。

3.2 杂散电流防护

众所周知，地铁的供电为直流电，而与管道所并行的直流干扰会对日后地铁运行以及油管安全造成不良影响，因此根据相关部门的规定，应该由地铁的建设公司提供资金，对于管道的散杂电流进行排流保护以确保施工的安全以及日后的安全保障。

4 结语

既有地铁线路内双侧同时对称注浆的方法降低加固措施对既有线路的影响，通过自动化监测指导施工，全程进行信息化施工管理，保证了施工的质量和安全，对于繁华都市中心城区穿越既有线路区域，加固措施无法达到预期目标时，此方法可作为辅助工艺保证既有线路的安全，但同时应充分考虑到岩土工程施工的不确定性，做好应急响应措施，确定突发情况的处理机制，保证人身和财产安全。