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【摘 要】当前，国内的地铁建设已进入了迅猛发展的时期，地铁工程规模日益增大，作为百姓工程的地铁建设也越来越受到社会的关注，盾构作为当今地铁施工中较先进且相对安全的工法而被广泛应用，但是，盾構掘进施工也必然会打破隧道周围原有土体应力平衡状态，从而使地层和地面产生变形或沉降，超过规定范围的变形和沉降严重时会影响到市政设施的正常使用，因变形过大造成市政设施破坏的工程事故时有发生。基于此，本文结合实例着重分析探讨了地铁盾构隧道穿越桩基综合处理技术，以期为以后的实际施工起到一定的借鉴作用。
【关键词】地铁；盾构隧道；桩基；技术
1、工程概述
某地铁5号线，元里站到星光道站起点里程为Y（Z）DK9+518.900，终点设计里程为Y（Z）DK10+569.561。隧道中部ZDK9+706.621～ZDK10+301.621长595m，YDK9+717.241～YDK10+322 241长605m采用矿山法施工，盾构空推拼装管片，其余隧道两端均是盾构法施工。在YDK10+197 415处设7.0m×7.0m竖井1座，由竖井分别向两端开挖矿山法段隧道。元里站到星光道站区间在YDK10+221.550处穿越狮岭公园人行天桥，隧道采用矿山法施工初期支护+盾构空推拼管片通过的组合工法施工。根据《景田路狮岭公园人行天桥竣工图》显示，狮岭公园人行天桥①号桥墩位置2根桩基已侵入隧道，必须采取桩基托换处理。隧道与天桥桩基断面位置关系见图1。狮岭公园人行天桥上部结构为3跨预应力连续梁，天桥顶盖为钢筋混凝土结构，下部结构为钢筋混凝土圆柱墩，天桥基础采用800钻孔灌注桩。区间左右线分别正穿天桥号桥墩和①号桥墩，隧道埋深约15.2m。天桥号桥墩下2根桩基桩长20m，桩底距离隧道顶约2.3m，①号桥墩下2根桩基桩长17.2m，桩基已侵入隧道，侵入长度为3.37m和3.97m，桩配筋段长度为13m，侵入隧道的为素桩部分，①号桥墩处需要进行桩基托换处理。根据计算，①号桥墩单桩承载力为1154.3KN。根据天桥桩基竣工图，推断该处天桥桩基为端承摩擦桩。
图1隧道与天桥桩基断面位置关系图
2、总体处理原则及思路
2.1、处理原则：隧道开挖期间保证临时支撑地基持力层有足够的安全度，杜绝隧道塌方、控制沉降，确保地面支撑体系稳定可靠；隧道开挖期间天桥的变形及沉降控制在结构允许范围之内；在隧道施工完成后，天桥①号桥墩下方桩基仍能提供足够的承载力保证上部结构的安全；在隧道施工完成后，隧道结构能够承受隧道围岩压力、桩基荷载、地铁运营荷载等。
2.2、处理思路：区间隧道穿越建筑物基础需进行基础托换和截桩时，采用可靠的技术方案和确保建筑物正常使用不受影响的施工方法。采用理论计算与工程类比相结合方式的施工前预设计，施工过程中应根据施工现场监控量测的信息反馈修正设计，指导施工。狮岭公园人行天桥①号桥墩的桩基托换方案为地面临时支顶+洞内托换。区间右线穿越狮岭公园人行天桥①号桥墩处，下方矿山法隧道初期支护外扩，同时增加一层二次衬砌作为天桥桩基的永久支撑结构。矿山法隧道初期支护仅作为隧道开挖阶段的临时结构承受隧道围岩压力及地面荷载；桩基截断后直接支撑在二次衬砌上，二次衬砌作为永久结构承受隧道围岩压力、地面上部荷载及桩基产生的附加荷载；盾构空推后拼装管片（三次衬砌）承受地铁运营荷载及作为结构的安全储备。
2.3、处理范围：洞内对桩基两侧YDK10+217.816～+223.816长6m范围内初期支护、二次衬砌、三次衬砌加强。拱顶超前预注浆各向两端增加1.5m长度，即注浆加固9m。地面支撑系统承台施工范围为6.6m×4.5m。
3、盾构隧道施工对邻近桩基的影响
3.1、模型与参数：利用大型通用软件ANSYS建立三维有限元模型，以初始自重应力场为基准，采用应力释放模拟盾构掘进施工。通过杀死隧道范围内的土体单元来模拟土体开挖，并进行应力释放，之后再激活管片和注浆层，来模拟盾构隧道的掘进和拼装管片。考虑到模型的简化和下穿的最不利状况，模型中地表、1，2#承台顶面和3#承台顶面平齐，模型中隧道中心埋深为22.5m。为消除边界效应，模型尺寸为150mx80mx100m，如图3所示。土体视为理想弹塑性模型，采用空间八节点Solid45实体单元，屈服准则采用D-P准则，承台和桩基采用S0lid45实体单元模拟，管片采用Shell63单元模拟，分别赋予对应的材料和几何参数，具体参数见表1和表2。
表1土体物理力学参数
表2结构单元物理力学参数
在本模型中，桩一土直接的连接单元采用Ansys支持的刚体一柔体的面一面接触单元，用Targe170单元来模拟桩基实体单元的目标面，用Conta173单元来模拟土体表面的接触面。一个目标单元和一个接触单元叫做一个接触对，ANSYS通过一个共享的实常数号来识别接触对，往往通过弹簧combini4来模拟。目标面主要设置定义目标面单元尺寸和各点自由度；而柔性接角虫面单兀主要参数为：自由度、法向接角虫刚度系数、最大接触摩擦应力、接触分离刚度、切向刚度系数和接触點聚力等，弹簧则主要是反映土体抗力，这些参数是通过土的抗力、极限摩阻力和基床系数换算得来。3.2、盾构掘进过程的景乡响分析：盾构隧道施工对沉降的影响。隧道开挖完成后，土场移场基变形，隧道程“横鸭蛋形”，隧道拱顶和拱底土体位移向隧道方向，侧墙两侧土体背离隧道方向，这主要是土体水平抗力较小的原因造成的。而桥墩墩身和顶部位移则偏向隧道方向，这是因为下部桩基水平位移背离隧道，桩基一承台一桥墩为刚性体，发生了偏转造成的。
4、具体施工方案
4.1、洞内拱顶预注浆加固、初期支护加强：增加隧道拱顶预注浆加固，注浆加固范围为开挖轮廓线内侧1m至外侧2m，注浆段长度为9m，上半断面共布孔19个，注浆孔自掌子面沿开挖方向，以隧道中轴为中心呈伞状布置，环向间距1.0m。初期支护加强，区间右线穿越狮岭公园人行天桥①号桥墩段矿山法隧道位于Ⅴ级围岩中，标准段衬砌断面类型为B型。桩基托换段初期支护加强，初砌类型为E型。4.2、地面支顶：区间右线穿越狮岭公园人行天桥①号桥墩处，下方隧道开挖过程中在地面对天桥采取临时支撑措施，临时支撑结构采用=609，t=14mm的钢管撑+型钢梁的形式，钢管撑之间采用L100mm×100mm的角钢互相连接形成整体，天桥与型钢梁之间设置4个110吨位的同步薄型自锁式千斤顶，钢管撑底部采用C30钢筋混凝土承台作为基础来承担上部荷载。4.3、洞内二次衬砌、三次衬砌补强：增加400mm厚C35，P10厚模筑混凝土二次衬砌作为天桥桩基的永久支撑结构。盾构空推后桩基托换处ZDK10+200.399～+206.399、YDK10+217.817～+223.817段管片配筋加强，衬砌混凝土强度等级为C50，抗渗等级为P12。
参考文献：
[1]何茂周.地铁盾构隧道穿越桩基综合处理技术[J].隧道建设，，：.
[2]何茂周.地铁盾构隧道穿越桩基综合处理技术[J].隧道建设，2014，10：981-989.
[3]魏纲，周琰.邻近盾构隧道的建筑物安全风险模糊层次分析[J].地下空间与工程学报，2014，04：956-961.
[4]付款峰.地铁盾构工程穿越市政设施风险源施工控制技术[J].铁道建筑技术，2014，09：55-61+100.
[5]许文.深大基坑施工对既有地铁盾构隧道结构影响的监控[J].现代城市轨道交通，2014，04：52-55.
[6]姚西平，宫全美，陈长江，刘东坡，程云妍.盾构隧道侧穿高铁桥梁桩基的影响分析与措施[A].中国岩石力学与工程学会地下工程分会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会、台湾隧道协会.第十三届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C].中国岩石力学与工程学会地下工程分会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会、台湾隧道协会：，2014：7.
【关键词】地铁；盾构隧道；桩基；技术
1、工程概述
某地铁5号线，元里站到星光道站起点里程为Y（Z）DK9+518.900，终点设计里程为Y（Z）DK10+569.561。隧道中部ZDK9+706.621～ZDK10+301.621长595m，YDK9+717.241～YDK10+322 241长605m采用矿山法施工，盾构空推拼装管片，其余隧道两端均是盾构法施工。在YDK10+197 415处设7.0m×7.0m竖井1座，由竖井分别向两端开挖矿山法段隧道。元里站到星光道站区间在YDK10+221.550处穿越狮岭公园人行天桥，隧道采用矿山法施工初期支护+盾构空推拼管片通过的组合工法施工。根据《景田路狮岭公园人行天桥竣工图》显示，狮岭公园人行天桥①号桥墩位置2根桩基已侵入隧道，必须采取桩基托换处理。隧道与天桥桩基断面位置关系见图1。狮岭公园人行天桥上部结构为3跨预应力连续梁，天桥顶盖为钢筋混凝土结构，下部结构为钢筋混凝土圆柱墩，天桥基础采用800钻孔灌注桩。区间左右线分别正穿天桥号桥墩和①号桥墩，隧道埋深约15.2m。天桥号桥墩下2根桩基桩长20m，桩底距离隧道顶约2.3m，①号桥墩下2根桩基桩长17.2m，桩基已侵入隧道，侵入长度为3.37m和3.97m，桩配筋段长度为13m，侵入隧道的为素桩部分，①号桥墩处需要进行桩基托换处理。根据计算，①号桥墩单桩承载力为1154.3KN。根据天桥桩基竣工图，推断该处天桥桩基为端承摩擦桩。
图1隧道与天桥桩基断面位置关系图
2、总体处理原则及思路
2.1、处理原则：隧道开挖期间保证临时支撑地基持力层有足够的安全度，杜绝隧道塌方、控制沉降，确保地面支撑体系稳定可靠；隧道开挖期间天桥的变形及沉降控制在结构允许范围之内；在隧道施工完成后，天桥①号桥墩下方桩基仍能提供足够的承载力保证上部结构的安全；在隧道施工完成后，隧道结构能够承受隧道围岩压力、桩基荷载、地铁运营荷载等。
2.2、处理思路：区间隧道穿越建筑物基础需进行基础托换和截桩时，采用可靠的技术方案和确保建筑物正常使用不受影响的施工方法。采用理论计算与工程类比相结合方式的施工前预设计，施工过程中应根据施工现场监控量测的信息反馈修正设计，指导施工。狮岭公园人行天桥①号桥墩的桩基托换方案为地面临时支顶+洞内托换。区间右线穿越狮岭公园人行天桥①号桥墩处，下方矿山法隧道初期支护外扩，同时增加一层二次衬砌作为天桥桩基的永久支撑结构。矿山法隧道初期支护仅作为隧道开挖阶段的临时结构承受隧道围岩压力及地面荷载；桩基截断后直接支撑在二次衬砌上，二次衬砌作为永久结构承受隧道围岩压力、地面上部荷载及桩基产生的附加荷载；盾构空推后拼装管片（三次衬砌）承受地铁运营荷载及作为结构的安全储备。
2.3、处理范围：洞内对桩基两侧YDK10+217.816～+223.816长6m范围内初期支护、二次衬砌、三次衬砌加强。拱顶超前预注浆各向两端增加1.5m长度，即注浆加固9m。地面支撑系统承台施工范围为6.6m×4.5m。
3、盾构隧道施工对邻近桩基的影响
3.1、模型与参数：利用大型通用软件ANSYS建立三维有限元模型，以初始自重应力场为基准，采用应力释放模拟盾构掘进施工。通过杀死隧道范围内的土体单元来模拟土体开挖，并进行应力释放，之后再激活管片和注浆层，来模拟盾构隧道的掘进和拼装管片。考虑到模型的简化和下穿的最不利状况，模型中地表、1，2#承台顶面和3#承台顶面平齐，模型中隧道中心埋深为22.5m。为消除边界效应，模型尺寸为150mx80mx100m，如图3所示。土体视为理想弹塑性模型，采用空间八节点Solid45实体单元，屈服准则采用D-P准则，承台和桩基采用S0lid45实体单元模拟，管片采用Shell63单元模拟，分别赋予对应的材料和几何参数，具体参数见表1和表2。
表1土体物理力学参数
表2结构单元物理力学参数
在本模型中，桩一土直接的连接单元采用Ansys支持的刚体一柔体的面一面接触单元，用Targe170单元来模拟桩基实体单元的目标面，用Conta173单元来模拟土体表面的接触面。一个目标单元和一个接触单元叫做一个接触对，ANSYS通过一个共享的实常数号来识别接触对，往往通过弹簧combini4来模拟。目标面主要设置定义目标面单元尺寸和各点自由度；而柔性接角虫面单兀主要参数为：自由度、法向接角虫刚度系数、最大接触摩擦应力、接触分离刚度、切向刚度系数和接触點聚力等，弹簧则主要是反映土体抗力，这些参数是通过土的抗力、极限摩阻力和基床系数换算得来。3.2、盾构掘进过程的景乡响分析：盾构隧道施工对沉降的影响。隧道开挖完成后，土场移场基变形，隧道程“横鸭蛋形”，隧道拱顶和拱底土体位移向隧道方向，侧墙两侧土体背离隧道方向，这主要是土体水平抗力较小的原因造成的。而桥墩墩身和顶部位移则偏向隧道方向，这是因为下部桩基水平位移背离隧道，桩基一承台一桥墩为刚性体，发生了偏转造成的。
4、具体施工方案
4.1、洞内拱顶预注浆加固、初期支护加强：增加隧道拱顶预注浆加固，注浆加固范围为开挖轮廓线内侧1m至外侧2m，注浆段长度为9m，上半断面共布孔19个，注浆孔自掌子面沿开挖方向，以隧道中轴为中心呈伞状布置，环向间距1.0m。初期支护加强，区间右线穿越狮岭公园人行天桥①号桥墩段矿山法隧道位于Ⅴ级围岩中，标准段衬砌断面类型为B型。桩基托换段初期支护加强，初砌类型为E型。4.2、地面支顶：区间右线穿越狮岭公园人行天桥①号桥墩处，下方隧道开挖过程中在地面对天桥采取临时支撑措施，临时支撑结构采用=609，t=14mm的钢管撑+型钢梁的形式，钢管撑之间采用L100mm×100mm的角钢互相连接形成整体，天桥与型钢梁之间设置4个110吨位的同步薄型自锁式千斤顶，钢管撑底部采用C30钢筋混凝土承台作为基础来承担上部荷载。4.3、洞内二次衬砌、三次衬砌补强：增加400mm厚C35，P10厚模筑混凝土二次衬砌作为天桥桩基的永久支撑结构。盾构空推后桩基托换处ZDK10+200.399～+206.399、YDK10+217.817～+223.817段管片配筋加强，衬砌混凝土强度等级为C50，抗渗等级为P12。
参考文献：
[1]何茂周.地铁盾构隧道穿越桩基综合处理技术[J].隧道建设，，：.
[2]何茂周.地铁盾构隧道穿越桩基综合处理技术[J].隧道建设，2014，10：981-989.
[3]魏纲，周琰.邻近盾构隧道的建筑物安全风险模糊层次分析[J].地下空间与工程学报，2014，04：956-961.
[4]付款峰.地铁盾构工程穿越市政设施风险源施工控制技术[J].铁道建筑技术，2014，09：55-61+100.
[5]许文.深大基坑施工对既有地铁盾构隧道结构影响的监控[J].现代城市轨道交通，2014，04：52-55.
[6]姚西平，宫全美，陈长江，刘东坡，程云妍.盾构隧道侧穿高铁桥梁桩基的影响分析与措施[A].中国岩石力学与工程学会地下工程分会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会、台湾隧道协会.第十三届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C].中国岩石力学与工程学会地下工程分会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会、台湾隧道协会：，2014：7.