隔离桩防护措施在地铁工程中应用的思考

郭垚伟

(中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510000)

0 前 言

近年来，为了解决日益严峻的道路拥堵问题、缓解交通压力，越来越多的城市选择地铁作为解决方案。然而，由于城市用地逐渐减少，建(构)筑物日益密集，地铁线路选择时不可避免要穿过许多建(构)筑物。对于地铁隧道近距离侧穿房屋建筑的情况，为了减少隧道开挖对已有建筑造成影响，防止建筑物产生较大沉降和变形，在隧道和受保护建筑物之间设置隔离桩已经成为一种常见的加固方法。但为了获得较好的沉降控制效果，需要加长隔离桩长度，相应的工程造价会大幅增加[1-2]。为解决这一矛盾，本文研究在隔离桩顶设置锚索，增强隔离桩抵抗由于隧道开挖产生变形的能力，同时控制工程造价。

1 工程背景

南宁某地铁盾构隧道于里程ZDK14+4～ZDK14+130范围侧穿3栋18层居民楼，其中侧穿建筑物最近水平净距约4.25 m，侧穿长度约20 m，该建筑物主体为筏板基础，四周裙楼为独立基础。盾构隧道直径6 m，该处线路坡度约28‰，隧道埋深约16.33 m，隧道上方地层主要为素填土、粉质黏土、含黏性土圆砾和泥岩、粉砂质泥岩。隧道侧穿建筑物剖面图如图1所示。为防止隧道开挖土体扰动对已有建筑物造成损坏，在盾构隧道与建筑物之间设置一排隔离桩，隔离桩采用钻孔灌注桩，直径0.8 m，桩中心距0.95 m，桩顶设冠梁。

图1 南宁某盾构隧道侧穿建筑物剖面图(单位：mm)

2 隔离桩保护效果分析

借助有限元分析软件，以南宁某地铁盾构隧道侧穿高层住宅楼为工程原型，建立隧道侧穿建筑物的有限元模型。分别比较不设置隔离桩、隔离桩深入隧道底部4 m、隔离桩桩底与隧道平齐三种条件下的建筑物沉降变形情况来分析隔离桩对建筑物的沉降控制效果。

2.1 建立模型

充分考虑隧道开挖对周围土体的影响，避免由于模型尺寸效应影响模拟结果，本次模型尺寸均超过隧道5倍直径影响范围，模型尺寸为125 m×94 m×50 m，模型四周采用水平约束，底部采用竖直约束，上表面为自由边界。侧穿建筑物形式根据其荷载等效简化。土体本构模型选取摩尔-库伦准则。盾构隧道衬砌、建筑物以及隔离桩采用弹性模型。选取建筑物地面四个角点作为沉降监测点。有限元分析模型如图2所示，地层基本物理力学参数如表1所示。

表1 地层基本物理力学参数

图2 有限元分析模型

2.2 分析比较

工况1：未设置隔离桩。

工况2：设置隔离桩，隔离桩直径0.8 m，中心距1.0 m，桩长22 m，桩底与隧道底平齐。排桩长度24 m，共设置25根隔离桩。

工况3：设置隔离桩，隔离桩直径0.8 m，中心距1.0 m，桩长26 m，深入到隧道底板以下4 m。排桩长度24 m，共设置25根隔离桩。

建筑物沉降对比如表2所示。

表2 建筑物沉降对比

3 监测数据

通过将数值模拟结果同施工过程中监测数据进行对比，结果表明本次分析结果基本上可以模拟地面和建筑物的变形趋势，建筑物沉降数据误差可以满足分析对比需求。建筑物沉降对比如表3所示。

表3 建筑物沉降对比

4 隔离桩保护新思考

综合上述分析可以发现，隔离桩越长，嵌固深度越大，对建筑物沉降的控制效果越明显。然而隔离桩在增加长度的同时工程造价也在增加，对于沉降的控制效果增加并不明显。综合国内大量隧道侧穿建筑物隔离桩设置形式及控制效果，同时考虑工程成本，本文考虑在隔离桩顶端增加设置锚索对沉降控制效果进行分析。分别对上文中两种隔离桩布置形式增加设置锚索进行对比分析，锚索直径42 mm,锚索长度20 m。分析结果如表4所示。

表4 建筑物沉降对比

5 结束语

本文以南宁地铁某盾构隧道侧穿高层建筑物所设置隔离桩为例，通过建立有限元分析模型，分析不同桩长条件下其沉降控制效果，并综合分析国内大量隧道侧穿建(构)筑物工程案例，结论如下。

1)在一定程度内增加桩长可提高隧道开挖对其附近建(构)筑物的沉降控制效果，同时其工程造价显著增加。超过一定范围后通过增加桩长以增加对沉降的控制效果并不明显，相应的工程造价显著增加。

2)在隔离桩顶设置锚索可有效减少建筑物不均匀沉降，同样桩长条件下，设置锚索可减少建筑物沉降约2～3 mm。相比增加桩长，该措施工程造价相对较少，工程实用性更强。

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