两阶段法地铁盾构开挖对邻近桩基的影响

胡俊

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 湖北武汉 430074）

两阶段法地铁盾构开挖对邻近桩基的影响

胡俊

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 湖北武汉 430074）

随着社会经济的快速发展，城市交通发展的脚步也是愈来愈快，为了解决交通拥堵的问题，发达城市开始建立起地下铁路交通。因为地下铁路主要建立在城市繁华的中心地区，而且绝大部分建筑物是以桩为基础建造的，这便会遇到隧道经过建筑物桩基的现象，当列车经过时就会对附近桩基造成一定影响，对上面的建筑物也就造成了一定的威胁，而这对建筑结构的稳定性将带来一定影响。所以，通过探索盾构施工和邻近桩基础之间的关系，可以对桩基础上面的建筑进行保护，保证铁隧道顺利施工而又不对附近建筑物造成影响。

地铁；盾构；桩基；影响

1 引言

盾构法最早是欧洲人在20世纪创立的，灵感来自于蛀虫挖洞，英国想要在伦敦地下修运河隧道的想法提出之后，又对具体挖掘方案和工具等问题展开辩论，从那时候开始对盾构施工技术开始了深入研究。之后盾构技术机缘巧合被引入欧美，苏联等很多发达国家，虽然都在一定程度得到了发展，但是不同国家发展情况也是不一样的。20世纪中后期盾构技术传到了我国。随着盾构机制造业的发展，盾构施工办法和设备也处于世界前列。

很早以前的盾构，由于比较脆弱只是将盾壳作为支护，主要工作还是需要人去完成。随着科技的逐渐发展，盾构技术也进步了不少，通过对传统的盾构进行改进，软土隧道盾构机逐渐浮现在大家眼前，之后又研究出了岩石隧道盾构机和其它相应的技术，正是这个技术让盾构在岩石上进行作业成为了可能。

2 盾构法施工的特点

盾构机不仅可以支持地层压力还可以在地层中进行相应的作业，这种设备形状各种各样，圆形、三角形等许多形状都有。为了安装衬砌能顺利点，在设计盾构机的时候，一般它的口径要比隧道衬砌的直径稍大一些，支持盾构的还有开挖土体装置，一般在前面，二钢筒就放在了后面，盾构进行挖掘需要动力，而提供动力的就是由钢筒附近的千斤顶，盾构机尾部是一个壳体结构，中间是空的，然而隧道衬砌环的安装就是在这里进行的。伴随盾构逐渐推进，衬砌也开始安装，但是为避免土体开挖导致地面下沉，所以要求安装衬砌的时候通过在土体里注浆管致使土体稳定（如图1）。

3 桩基础理论

3.1 建筑物的基本要求

图1 盾构法施工示意图

桩基础能够把上面部门的荷载传到里面强度更高的土里面，这是建筑物的基本要求。由于桩基础抗压性强、不易变形、对各种不利的环境都有较强的适应能力，这就让它成为最基本、最广泛的形式，也被经常用在高层房屋建设、抗震建筑物等建设这些地方。

3.2 桩基受力分析

从桩基受力状况角度来分析，桩基受的力有竖向荷载和横向荷载，桩在遭受作用力时会产生竖向承载力，这时的竖向承载力有摩擦力和端承力。故桩基有竖向受荷桩、横向受荷桩及抗拔桩之分。依据桩的受力的特征，将桩基础分为四类：

3.2.1 摩擦桩

当竖向荷载作用时，桩侧阻力起到很关键的作用，桩端承担的荷载很小几乎为零。桩端没有持力层同时不扩底这就会产生摩擦桩，如果桩端位于持力层而桩径很大也会产生摩擦桩。

3.2.2 端承桩

在竖向作用力影响下，桩基基本靠桩端顶部来承担各种负载，而桩侧几乎不起作用。桩基遭受到压力之后就会产生竖向位移，也就出现了桩侧与桩端的阻力。要是桩底没有深入地下而停留在较浅的土层中，同时土层质地又不是很坚硬，这时桩端竖向荷载就会传到桩端持力层上。

3.2.3 端承摩擦桩

竖向荷载影响后，桩体就会发生竖向位移，桩侧摩擦阻力和桩端阻力就会同时产生效果，这时的桩顶荷载大部分是靠桩侧阻力。如果土质比较疏松，那么嵌入其中的桩就属于端承摩擦桩。

3.2.4 摩擦端承桩

桩顶荷载靠的是桩端阻力，桩侧阻力也有一定的作用，但是相比桩端阻力而言就显得比较少了。

4 盾构动态施工对邻近桩基的影响分析

4.1 桩体轴力的响应规律

隧道开挖以后，桩体会产生一定的附加轴力，其总轴力也随之变大。当桩顶荷载固定时，桩洞距越大轴力越小，桩长越长轴力越大，桩径越大轴力越大。桩身轴力的最大值在隧道水平轴线的地方。这种轴力的变化是因为桩和土层相对位移的变化导致的，也就是附加轴力形成的原因，附加轴力增大不是没有限制的，当达到一定范围就会出现桩身最大轴力值比桩体上部荷载大，此刻就要对桩体进行验证。

4.2 桩体竖向位移响应规律

桩体埋深方向，桩顶沉降比桩端沉降相对较高。在桩体参数变化之后，桩体竖向位移有不同的变化：①荷载不同桩顶荷载越大，桩体竖向沉降也会相应变大；②桩长不同桩体承载机理桩的长度与桩体的竖向沉降成反比，短桩的侧摩阻力发挥更加充分，桩和土之间位置前后相差较大，所以桩体的竖向沉降也就随之而变大；③桩洞距不同来分析桩底和隧道水平轴线对齐的情况，桩洞距变大桩体的竖向位移就越小。这是由于工程施工导致土体比较疏松，桩体也就会产生相应的变化，而这时桩身竖向变形小于轴线以上的竖向变形桩洞距越大，土体损失对桩体的影响就小，桩身竖向变形在埋深方向上基本不变。

4.3 对土体应力状态的影响

当隧道进行盾构掘进开挖时，处于稳定状态地层的周围土体将会发生原始应力状态改变，出现挤压与松动、加载与卸载；当其应力状态发生改变时就会对土体产生扰动，引起地层的隆沉。采用土压平衡盾构开挖隧道时，将改变土体的应力状态和应力路径，且处在不同位置的点应力路径也不相同。

4.4 对不良土层的影响

不良地层将会加大盾构施工难度，同理盾构也会对不良土层产生影响。例如，有些饱和的砂土或者砂质粉土会在刀盘的切削与旋转作用下发生土体的液化。由于衬砌都是环与环相连接，之间会存在缝隙，含有砂石颗粒的泥水渗透进入缝隙，将会导致土体的局部坍塌。

5 施工建议

虽然我国建筑行业经过多年经验的积累有能力建造出结构稳定、安全系数高建筑物，但地铁隧道真正开始施工的时候，对周边建筑物的保护还是有必要的，针对盾构施工的特点，提出几条建议：

（1）由于以往住宅楼的勘察资料不全面，仅仅根据桩基施工记录与地铁隧道邻近区域的勘察资料分析，土层差别较大，强风化岩与中风化岩交替变化，所以盾构施工过程要注意岩性变化对盾构掘进的影响。

（2）隧道穿越住宅楼时直接受影响的桩体尽可能的多一些，间接受影响的同时要均匀分布在这隧道的范围内，最好集中在隧道的中上部和侧边，也就等于在掘进中遇到较多的孤石，所以要求隧道盾构施工过程中，注意盾构姿态控制，避免发生线路偏移，一旦出现差错很难纠正，进而对桩体的安全性构成威胁。

（3）盾构机在穿越施工时要缓慢进行，要根据土层的变化与桩体分布进行，建议采用相对较快的推进速度施工并采用盾尾同步注浆，注浆的过程需要注意用量和注浆速度，也要留意盾尾注浆的浆体中加入少许速凝剂等加速凝固的材料，使浆液在短时间内凝固，来避免地面沉降。

（4）要注意防止管片环变形量过大对上部岩土体和建筑结构的不利影响，必须确保管片组装精度，同时充分紧固接头螺栓，必要时要作二次注浆。

（5）在盾构穿越施工过程中，加强对附近建筑物和周围环境进行监测（包括噪音污染等），及时反馈监测信息并指导盾构穿越施工。

6 结束语

隧道盾构法进行作业对附近造成影响是必定的，这种施工导致原有的土地结构被破坏，在实际施工的时候，隧道的掘进势必会对建筑物桩基有一定影响，进而对地面建筑物造成不同程度的影响，严重的甚至对建筑物的稳定性非常不利，最终对人们的人身安全构成较严重威胁，所以希望上述的意见会对之后的工程有一定的帮助。

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[2]姚爱军，向瑞德，衡朝阳.地铁开挖过程与邻近建筑地基变形的动态响应[J].2010.

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U455.43

A

1004-7344（2016）04-0172-02

2016-1-20

胡俊（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事地铁工程施工方面的工作。