隧道施工对桥桩受力及变形影响因素研究

宋庆毅　张良周

摘要：在城市化的建设发展过程中，为了更好的缓解交通压力，方便人们的生产生活出行，地铁隧道工程得到了一定的应用发展。但是本着其施工的复杂性，需要注意的问题依旧很多。为减少隧道施工对桥桩受力及变形的影响，很有必要在后期的工作中进一步强化隧道施工对桥桩受力及变形影响因素及控制措施的探析。

关键词：隧道；桥桩；受力变形；因素；措施

1、隧道施工对桥桩受力及变形影响因素

1.1因为隧道在实际开挖施工过程中会在很大程度上对桥梁的桩体周围土体造成影响，主要表现在桥桩周围的土会向隧道的开挖地方收敛，并且桥桩周围的土体和桩体也会随之产生位移。在土体地表的沉降中受到桥桩的作用，会导致peck曲线以及土层的地表沉降曲线存在相应的偏差。

1.2在隧道的施工过程中，桥桩体会产生竖向的变形，主要是在桩顶到桩端发生的竖向变形，他们不会存在很大的。与此同时，隧道的施工和桥桩的位置会导致桩体的竖向位移，并且靠近隧道工程的實际开挖位置，隧道工程桩体竖向沉降比较大，与此同时，隧道工程的土质发生变化的话也会在一定程度上导致桩体的竖向位移，这也主要是因为桩体和隧道施工之间的相互作用力。

1.3桩的变形通常是从桩顶的位置开始增大，通常情况下是在隧道的开挖位置达到了一个最大值，因为桥桩开挖面收敛的趋势，使土压力对桩的位移较大，最大水平位移。另外桩与桩的相对位置对桩的影响较大。当隧道拱顶桩底在桩身位置处于隧道的断裂面时，桩体几乎同步下沉，而水平位移较小。相比之下，当桩是在隧道开挖面井，大部分桩在隧道下的桥梁表面破裂，沉桩量非常小，但在隧道開挖的最大位移位置的桩的水平位移。

2、隧道对桥桩影响及施工方法优化

2.1工程概述

某隧道采用马蹄型断面，起讫里程为Z（Y）DK28+089.638-Z（Y）DK28+633.229。延一成区间线路左线长54.4.917m，右线长543.591m。

2.2隧道开挖对桩基变形的影响

通过对桩顶沉降模拟结果的分析，可得到隧道不同施工方法引起的桩顶沉降及桩顶x向水平位移。由表1、2可知，采用不同浅埋暗挖法进行施工时，地铁隧道开挖引起的桩顶竖向位移和水平位移与桩基距隧道的距离成反比，且桩顶向隧道一侧倾斜。隧道近侧桩基受到的影响最大。将不同施工方法按对桩基的影响由大到小排序为：上下台阶法、环形开挖预留核心土法、C R D法、双侧壁导坑法。究其原因，上下台阶法施工成拱时间较慢，对围岩扰动最大，故沉降最大。而且1#及2#桩所受影响最大，3#及4#桩所受影响次之，5#及6#桩所受影响更小，7#及8#桩所受影响最小。这是由于桩距隧道轴线越远，桩体受扰动程度就越小。

基于施工方法对地表沉降、桩体沉降及水平位移的影响，综合考虑各种施工方法的适用性及工程成本，本区间隧道开挖应采用环形开挖预留核心土法进行施工。对变形要求比较高的路段，从安全及控制变形的角度考虑，可采用CRD法或双侧壁导坑法过渡施工。

2.3施工注意要点

1）地铁隧道暗挖施工时，不同施工方法对周边环境的影响不同。数值模拟结果表明，环形开挖预留核心土法不仅能有效将地表变形控制在允许的范围内；同时，对邻近桥梁桩基的扰动较小；而且，该法施工工艺简单，工程造价低。故实际施工采用环形开挖预留核心法。2）结合现场实测，对环形开挖预留核心土法施工引起的地表沉降和桩体变形进行分析。实测分析结果表明，该法合理可行，桥基在施工期间未发生安全隐患，对类似工程具有参考意义。3）隧道开挖引起的地表沉降随距掌子面距离的变化大致分为超前微小沉降阶段、沉降急剧增大阶段、变形缓慢阶段及稳定变形阶段。沉降实测值变化基本符合Logistic曲线模型。4）采用信息化量测对地铁施工信息进行及时监测和反馈，能实现对工程的全过程控制与管理。同时，快速施工快速封闭有利于控制地层变形，也有利于有效控制邻近既有桥梁桩基的变形。

3、隧道施工对桥桩受力及变形影响的控制

3.1在隧道施工之前，应该对施工线路以及周围情况进行详细的调查了解，对于线路需要穿越的桥梁要掌握详细的资料。桥梁的设计、施工资料以及结构形式等都要获取详细信息。明确道路的荷载、施工材料以及结构，对桥梁的现状进行勘察检测，现阶段能够承受的荷载以及桥桩周围的土质、水位等情况。只有全面掌握桥梁的详细信息，才能够为隧道施工的后续工作奠定良好的基础。

3.2根据隧道与桥桩的位置，综合前期准备工作掌握的资料，制定出合理的隧道开挖方法，并且建立数据模型，分析施工方式可能会对周围区域可能产生的影响。如果位置相对比较近，则应该根据邻近的程度来分区域，并且分阶段的施工，制定出合理的施工方式。

3.3为了保证隧道施工的顺利进行，在按照事先制定好的施工工艺和方法的同时，还应该对桥梁的变形以及地表的沉降进行实时监测，监测桩体有无变形，桥桩周围的土体以及上部结构是否发生变化，然后将监测结果与既定变形允值进行比较分析，如果桥桩的变形已经超过了规定的范围，则需要及时采取有效的控制措施，防止安全事故的发生。实时监测是保证隧道工程顺利进行的重要保障，所以要采取适宜的方式进行监测。

3.4注重下穿既有线施工变形的监测。1）在监测项目中，主要包括道床、变形缝、结构、轨道等项目。在监测中，主要采用元件监测或专门仪器测量，同时辅以现场目测检查。要确保两侧数据的可靠性、完整性，对时态曲线进行绘制，采用回归分析对最终值进行推算。基于分析测试数据，对后续施工中可能出现的地表沉降、结构受力情况、底层稳定性进行预估。选择的测点应能够对时间与变形之间的关系进行反映。将监测结果及时通报给设计、运营、建设单位。2）在新建隧道上方10m范围内，利用远程自动监测方法，对既有线轨距动态扩张、道床沉降、结构底板沉降等进行监测。在隧道上方10-30m范围内，利用常规方法对既有线结构裂缝、结构水平位移、道床沉降、结构底板沉降进行监测。使用静力水准系统自动监测结构沉降，使用电容式位移计自动监测轨距动态扩张，使用精密水质仪监测结构常规沉降，使用高精度全站仪监测结构水平位移，使用测缝计监测结构裂缝。在测点布置上，包括结构沉降测点、轨道变位测点、道床裂缝测点、轨道水平间距测点、围岩变位测点等。3）在变形监测管理及数据处理中，测量资料包括了监测报告、监测数据、监测方案等。将收集到的资料进行整理，分析监测结果的相关性、一致性，对最终变化值及结构物安全性进行预测。在控制中，应严格遵循施工监测管理流程。通过整理测量得到的数据，对时态变化曲线图进行绘制，然后根据散点图数据分布，利用相应函数回归分析监测结果。在施工扰动变形控制标准的确定中，主要依据既有线实际情况、地铁运营安全要求、相关规范规程、设计图等决定的。在信息化施工当中，根据分级逐层管理的方法，管理变形值，并根据相关标准确定各级取值范围。根据监测得到的数据，对稳定性进行判断，同时在施工中进行及时反馈。

总而言之，作为城市功能中最活跃的因素，交通己成为可持续发展的关键问题，交通的好坏往往就成为了制约城市发展的一个重要因素，城市地铁工程的施工建设在整体城市化建设的发展过程中有着重要的现实意义，但是由于隧道工程的施工过程非常复杂，往往会在其实际施工过程中在不同程度上影响到桥桩稳定性，也就是说，为了更好的保证地铁施工的质量安全，并能够最大化的减少隧道施工过程中对桥桩受力及变形的影响，就要求我们在以后的实际工作中要进一步优化施工技术，强化施工管理水平，进而更好的促进我国城市化建设发展的更好更快发展。