盾构隧道穿越房屋桩基受力变形分析

盾构隧道穿越房屋桩基受力及变形分析研究

摘要：简要介绍了盾构隧道穿越房屋桩基段时，盾构管片、房屋桩基承载力以及桩基沉降变形的计算分析，对盾构机直接通过该房屋段（不采取额外加固措施）提供了理论依据，同也节约了相应的工程费用。

关键词：盾构隧道；管片；房屋桩基；桩基沉降

abstract: this article introduces the building pile foundation of shield tunnel segment, calculates and analyzes the shield segment lining, houses and settlement of pile foundation bearing capacity of pile foundation deformation. for shield construction machine directly through the house section (don’t take extra reinforcement measures), it provides the theoretical basis for saving the cost of the project.

keywords: shield tunnel; segment; housing pile foundation; settlement of pile foundation

中图分类号：u459 文献标识码：a文章编号： 1工程概况

广州地铁广佛线鹤洞站~沙涌站区间全长2625.755单线延米，隧道采用盾构法施工。隧道在区间中部位置下穿广钢九层住宅楼。该房屋为9层框架结构，首层建筑面积约880m，首层层高4.6m，

现在底层设夹层，院内底层用作车库，层高约2.1m，靠近街道底层现为小商铺。广钢九层住宅楼东北侧为3层的裙楼（框架结构），在房屋北侧距离33层高层住宅楼距离为34m，在房屋东南侧为小区内花园。

广钢九层住宅楼基础为桩基础，桩型为人工挖孔桩，桩径为φ1200，单桩设计容许承载力3000kn~4000kn不等，共布桩61根，柱间距为3.5m~5m不等，采用无地梁的一桩一柱形式，桩身混凝土强度为c25，桩长16m~28m不等，桩顶标高统一为+9.10m，桩体钢筋笼长度为承台下9m，下部为素混凝土桩，桩端持力层均为中风化泥质粉砂岩且深入中风化岩层不少于2m，为端承型桩。 盾构隧道穿越该房屋段，隧道顶部标高约-6.70m（隧道埋深约18m）。由于盾构施工，使得其中的20根桩不同程度地受到隧道施工的影响。原加固方案拟采用桩基托换法处理，即通过在上行与下行的隧道两侧和中间施工托换的人工挖孔桩（其深度穿过隧道底）和桩顶的托换大梁将需截桩的荷载进行转移。但在后期施工阶段，现场协调难度大，以致于无法进行施工。考虑场地的地层条件较好，且该建筑采用框架结构，具有较大的刚度，其人工挖孔桩进入中风化泥质粉砂岩层，隧道在建筑物下方的中风化岩层中穿过，隧道埋深较大。为此拟采用线路下压、盾构机直接截桩的方案通过该段，本文采用线路下压5m方案。

本文根据该段场地岩土工程条件、该住宅楼的结构和基础特征、隧道盾构施工特点，对截桩后的桩基承载力进行分析，并结合地基、

基础和上部结构特点，对桩基础进行安全性评价，对截桩施工对建筑物的影响进行评估。

2对桩基承载力及变形进行核算 2.1对承载力进行核算 1）各计算参数的选取 （1） 各地层厚度的选取

广钢九层住宅楼附近地勘钻孔共5个（钻孔编号分别为：mgf3-bf-84、mgf3-hs-01b、mgf3-hs-02b、mgf3-hs-03b、mgf3-hs-04b），根据该5个钻孔揭露地层情况来看，该段岩面起伏较大，这跟各地层厚度的选取带来一定困难，现根据地勘钻孔柱状图以及该房屋竣工资料中地质柱状图（竣工资料中只明确桩基竖向范围内存在哪些地层以及桩基嵌入中风化岩深度，未标示各地层厚度）按地层就弱原则，深度就深（厚度就厚）原则以及强、中风化岩的埋深和厚度就施工记录原则对各地层厚度进行选取。 （2）桩身周长的选取

根据《建筑桩基技术规范》要求，当人工挖孔桩桩周护壁为振捣密实的混凝土时，桩身周长可按护壁外直径进行计算，本房屋桩基护壁混凝土强度等级为c20，为此对于全风化岩层以上地层中的桩直径取计算值1500mm，对于强风化岩层和中风化岩层中的挖孔桩直径只取1200mm，不再考虑护壁的扩大作用。 （3） 计算深度的选取

隧道在开挖的过程中，会在隧道顶部一定范围内产生松弛扰动

作用，对于截桩的桩基在计算分析时，考虑到盾构截桩对桩基的不利影响，在进行单桩承载力的分析计算时，对隧道上部3.0m范围的岩土层不再作侧摩阻力计算。

若隧道顶距离基桩底面小于3.0m，则影响范围内的桩体不参与侧摩阻力计算；若隧道顶距离桩底面大于3.0m，隧道上部3.0m范围的岩层不参与侧摩阻力计算，且不考虑桩底岩体的承载力。 2） 核算后各桩基的竖向承载力标准值

根据《建筑桩基技术规范》,采用公式q=q=对每根桩基侧摩阻力计算，计算结果如表4-1（q为桩的极限侧阻力标准值）。 2.2对桩基变形进行核算 1）结构计算模型

对本区间盾构隧道穿越广钢九层住宅楼的计算采用隧道与地层共同作用的地层—结构模式，模拟分析地层和结构的受力及变形特点。计算模型所取范围是：水平方向以洞跨的3倍为限，即隧道开挖宽度的3倍范围，而竖向以洞跨的3倍为限，即从地面至仰拱下3倍洞跨深度范围。计算中地层采用了dp材料的弹塑性实体单元模拟，而隧道衬砌采用弹性梁模拟。

图1 模型图 2）计算结果及附图

图2 盾构隧道掘进后桩基沉降图（单位：m）

图3 盾构隧道每延米管片弯矩图（单位：kn.m）

图4 盾构隧道每延米管片轴力图（单位：kn） 3）小结

（1）桩基的最终沉降量理论值约为7.8mm（未考虑原桩与土体之间的相对滑移、施工中破除原桩对桩基本身的影响）。鉴于柱（桩）间距l在4.3-6.8m之间，根据规范要求，两柱（桩）基的沉降差值应该小于0.002l，即差值在8.6-13.6mm之间。

（2）为加强安全储备，过此房屋段的管片亦作适当的加强。 3对原桩桩顶荷载进行核算 1）柱子分担荷载的面积

每根柱子承担的荷载投影从属面积分两种情况，即分中间柱和边柱两种情况，如图6. 。

a 中间柱承担荷载从属面积 b边柱承担荷载从属面积 图5 中柱和边柱承担结构荷载从属面积计算简图 2）从属面积范围内荷载计算

通常计算从属面积范围内荷载的大小，有两种方法，一为统一按每层竖向结构荷载标准值为q=14.0kn/m2进行计算，二为对结构构件、装修及活载分别计算，本文章采用第二种方法进行计算，主

要计算方法如表4-1。 4结论及建议

经原桩基承载力、变形以及桩顶荷载进行计算分析，重新得出安全系数如表4-1.

盾构截桩后桩体竖向承载力与安全系数汇总表 表4-1

桩号 桩顶荷载标准值（kn） 承载力标准值（kn） 数

71 1983.77 5053 2.547 72 1876.14 5166 2.753 73 1900.98 5317 2.797 75 1900.98 5279 2.777 76 1876.14 4846 2.583 77 1983.77 5505 2.775 88 2551.74 4827 1.891 89 2585.28 4842 1.873 90 2663.54 4865 1.826 92 2551.74 4873 1.909 93 2730.61 5618 2.057 94 2857.11 4873 1.705 105 2809.29 5363 1.909 106 2809.29 4964 1.767

安全系

108 2454.05 4883 1.989 109 2879.87 4885 1.696 125 2029.72 4970 2.375 126 2092.64 4907 2.344 128 2014.00 4781 2.373 129 1990.39 4894 2.458

（1）经对原桩基承载力进行核算，如不采取加固措施，盾构直接通过，承载力最小安全系数为1.696，满足规范要求。 （2）盾构施工过程中，桩基沉降变形经数值模拟分析，最大沉降量为7.8mm（本次计算未考虑原桩与土体之间的相对滑移、施工中破除原桩对桩基本身的影响）。鉴于柱（桩）间距l在4.3～6.8m之间，根据规范要求，两柱（桩）基的沉降差值应该小于0.002l，即差值在8.6～13.6mm之间。

（3）为加强安全储备，过此房屋段的管片亦作适当加强。 综上所述，不采取桩基托换加固方案，采取线路局部下压5m，盾构直接截桩的方案，从计算分析来看，是可行的。 施工过程中可采取措施主要有：

（1）施工前亦做好专项施工方案及相应的应急处理预案，施工时严格按方案施工。

（2）盾构机通过该段前，应检修调整好盾构机状态，确保盾构机刀盘完好，避免在房屋范围换刀等。控制好盾构机姿态，严格控制超挖量，加强二次注浆及同步注浆。

（3）盾构到达拟截断桩基前（3～5m），通过盾壳顶部或土仓隔板上预留的注浆孔往拟截断桩桩周注浆，以达到增强桩基的摩擦力及填充岩层裂隙的目的。 参考文献

[1] 唐长东，曾林海. 平行盾构隧道施工对不同位置桩基的影响研究[j]. 广东建材，2010,（09）：25-28.

[2] 李进军，王卫东，黄茂松，黄坤.地铁盾构隧道穿越对建筑物桩基础的影响分析[j].岩土工程学报，2010,32（2）166-170. 注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。