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埋隧道穿越建筑物桩基的施工力学
埋隧道穿越建筑物桩基的施工力学【1】
【摘 要】随着科技的进步和经济的发展，我国城市隧道工程的数量不断的增多。
而在开挖城市隧道工程时，会影响到隧道周边的地质结构，使得部分地区的土质发生受力变形。
我国浅埋隧道建设大多离城市建筑物比较近，在施工过程中，难免会对建筑物的桩基造成影响。
浅埋隧道会穿越过上部的桩基础，从而引发土体移动，让隧道顶桩出现位移和轴力影响，从而危及建筑物的安全稳固。
本文就此对浅埋隧道穿越建筑物桩基的施工力学进行分析，通过实例来证明隧道开挖对桩基的影响程度，并深入的调查关键部分的受力特征和变形过程，从而为隧道施工提供科学合理的开挖、支护方法。
【关键词】浅埋隧道;穿越桩基;截桩施工;施工力学
我国国民经济水平的提高，促使我国城市地铁工程、隧道工程的数量不断增多。
虽然地铁隧道工程给城市交通带来了便利，但是浅埋隧道的开挖也给周边环境带来了一些负面影响。
在城市之中开挖浅埋隧道，会受到空间、线路的限制，从而造成浅埋隧道穿越建筑物的桩基。
在这样的状况下，必须要解决好隧道穿越的截桩处理，维护好建筑物和所建设的隧道安全稳固。
而如何才能将浅埋隧道影响周围环境的程度降到最低，需要深入研究施工力学的理论和行为。
在穿越施工的过程中，隧道结构和上部建筑物的安全稳固，和隧道工程内的支护体系、围岩体系有一定的联系。
如果围岩和支护体系受到了破坏，比如出现了水平收敛、拱顶下沉等现象，那么就会危及整体机构的安全。
因此，在浅埋隧道的过程中，需确定科学合理的开挖和支护体系。
1 工程概况
某隧道最终断面是3.0m×3.2m，纵坡i=0.30%，全程分为三段，隧道D2K180+ 110―D2K200+ 116段属于浅埋地段，地表内分布着夹碎石层和粉质粘土。
隧道出口地区土质为残积砂粘土和回填松土，约为5.7―8.9m厚度，隧道下层是砂岩、页岩组成的风化层，风化程度比较严重。
隧道周边土质结构不够稳定，有较差的整体性，围岩容易出现变形和坍塌。
其中，隧道需要开挖的范围属于砂岩、风化泥岩和页岩层，开挖的形式选择松动爆破。
隧道出口位于D2K196+830―D2K196+860中间，隧道穿过了某楼房的桩基，穿过有35m长度。
隧道开挖的设计为V级的衬砌整体，开挖隧道为10m的高度、8m的宽度。
2 浅埋隧道穿越建筑物桩基的平面受力状况
2.1 建模考虑
在建模之前，我们需对设计施工图进行调查，从而确定浅埋隧道工程在穿越建筑物桩基的不利工况。
在隧道DSK196+843处，桩底距离设计开挖的顶面有261cm，而路线中心距桩基中心有1.6m的距离。
为了得到更好的模型，隧道的围岩体系使用6节点单元，呈现三角形结构。
隧道的衬砌和桩基采用4节点单元，呈现矩形结构。
隧道周围以及桩结构周围采用细密的围岩体。
梁单元为钢拱架模拟，杆单元为锚杆模拟。
大管棚的超前支护模式以拱部岩体模量的提高为前提，从而组成有限元计算的网格。
设计的模型，其可为55m的长度、45m的高度，整个隧道结构和支护结构的确定都依据实际的尺寸。
在模型之中，考虑到了地下洞室的结构荷载以及地表的荷载问题，减去了构造的应力。
根据自重应力场决定地应力场。
边界的条件，其底面和侧面都受到法向的约束。
上部建筑的荷载力量，会作用在桩顶的部位，而单桩所承受的荷载量，大概为F=10.76× kN。
整个爆破开挖的模拟，按照80%初始量来进行模拟。
2.2 模拟的过程
在建筑物桩基的处理中，整个隧道的钢筋混凝土衬砌是最终承力结构。
离开挖轮廓近的部位，把桩基的前后设成钢架纵向的加固。
并将前后的钢架都焊在一起，从而形成整体的框架。
用框架拖住桩体的部位。
喷射40cm厚度、2.2m宽度的C20混凝土，要求C20混凝土要达到70%的设计强度，凿除掉开挖轮廓外的桩体。
隧道的暗挖区间内，使用二步短台阶的方法进行施工，无论是初期的隧道支护还是二次衬砌，所达到的厚度，都要保证不低于800mm。
下部围岩在衬砌初期阶段，设置好钢拱架，并做好仰拱。
支护在开挖轮廓的部位，将桩基截断。
再次进行二次衬砌。
3 分析浅埋隧道穿越建筑物桩基的施工力学
3.1 分析位移现象
为了能够更确切的得知浅埋隧道对桩基位移的影响程度，可在该隧道各部分设置好检测节点，并做好定期的监测。
在监测中我们得知，隧道在开挖完成以后，左下拱脚和桩底有比较大的位移量，桩底最大的位移达到了2.3cm，左下拱脚达到了1.7cm的位移量。
桩底和左下拱脚之所以会出现比较大的位移，主要有三个原因。
一是因为桩基受到了比较大的承载力，特别是受到了上部荷载的影响。
隧道开挖完毕，会出现斜向变形的现象。
如果没有桩基，隧道就会偏向于左右对称的形式;二是由于受到了隧道开挖的影响，桩基出现了侧向或者竖向的变形。
没有处理好桩基的变形，隧道和建筑物桩基出现了互相摩擦和影响。
需加强对桩基的加固，减少开挖所造成的影响;三是因为桩基是端承桩，底部受力集中。
没有截桩的时候，下部岩体支撑桩体，周边岩土会释放大量的应力，致使变形程度上升。
左侧拱脚是最薄弱的区域，仰拱两侧的位移有较大差异的变化。
右侧变形小、左侧变形大。
要保证底板不会出现断裂破坏的现象。
3.2 分析应力现象
从浅埋隧道开挖的竖向应力图中看出，拱部衬砌的部位受到桩基竖向应力值比较大，也比较集中。
应做好重点加固的措施。
整个隧道属于偏压构件，轮廓处的岩体开挖，支护体系没有较高的强度，会受到桩体侧向位移的影响，出现塑性破坏的问题。
在开挖毛洞时，两侧拱脚会释放比较大的应力值，容易受拉导致破坏。
3.3 分析衬砌结构的内力
钢拱架是隧道初期阶段最主要的支护构件，在开挖毛洞之后及时的进行施加，能够抵御隧道初期的过大变形。
钢拱架最大弯曲值在未截断的桩基岩体承重部位。
这是由两种原因引起的，一是因为该处是桩基的端承部位，应力比较集中，会受到竖向压力的影响。
二是因为围岩体早已完成了初期支护，应力释放值比较小，所以弯矩很大。
因此，截桩之后需及时做好二次衬砌，避免隧道底板出现剪切破坏的问题。
在截桩以后，桩基是由钢拱架、底部混凝土，加上二次衬砌一同承载。
有较均匀的受力情况，强度很高，因此剪力和弯矩值比底部的值要小。
而且该结构形式为偏压结构，开挖会使得桩体出现侧向的变形，钢架拱部轴力值比较大。
结束语：
本文为了更好的了解浅埋隧道在穿越建筑物桩基时，是否会对隧道的围岩、支护体系和建筑物的桩基造成影响，选择工程实例进行研究，组织了数值模拟系统，重点探讨了在开挖浅埋隧道时围岩的破坏规律。
浅埋隧道穿越建筑物桩基的施工力学方面，主要有桩基的位移现象、拱部衬砌的应力问题以及衬砌结构的内力受力状况。
对施工力学进行综合分析，尽量避免三种施工力学的影响，能够获得比较安全合理的支护衬砌方案，具有良好的浅埋隧道施工效果。
参考文献
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[2]张宏博，黄茂松，王显春，庄纪栋.浅埋隧道穿越建筑物桩基的三维有限元分析[J].物流工程与管理.2013，(1).
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[4]聂建春，郑文博，袁成海.不同偏压大断面浅埋隧道施工力学分析及优化[J].隧道建设.2012，(3).
[5]鲁荣刚.超浅埋偏压隧道加固前后施工力学分析[J].四川建筑.2007，(1).
埋暗挖施工电力隧道穿越桥梁桩基础技术研究【2】
摘要：本案例为西城区对接安置房外电源供电工程，通过浅埋暗挖电力隧道穿越回龙观桥梁桩基础施工实践，探讨了在城市复杂条件下浅埋暗挖隧道施工技术。
通过该技术的实施，使施工风险得到了有效控制，顺利完成了隧道施工;同时为今后类似工程施工提供借鉴。
关键词：浅埋暗挖：电力隧道：施工技术
一、 绪 论
随着北京城区的建设和发展，变配电线路设施地下化在强化城市防灾安全和改善城市环境显得尤为重要。
北京市电力公司规划分册指出一级城市优先采用电缆网方式供电，采用地下输、配电线路，采用明开、暗挖、顶管以及盾构等方法铺设，其中浅埋暗挖法是当前电力隧道主要的施工方法，且显示出较好的经济效益和社会效益。
与地铁隧道等大型地下空间开挖相比电力隧道跨度小、刚度大，在北京地区正常的土质条件下施工安全可靠，对地下管网及周边建筑物的影响较小。
根据市政管网总体规划，电力隧道主干线一般布置于其他管线下部，埋深较深，且靠近红线，隧道覆跨比较小.一般属于浅埋隧道.对于一些对沉降控制严格的建筑物、土质条件较差以及地下水高的区域，施工难度较大，风险等级较高，需要采取一系列施工技术措施来保证施工安全。
二、华融金晖10kv变电站电力隧道概况
1、工程概况
(1)10kv电力隧道项目概况
华融金晖10kv变电站进出线电力隧道穿过路回龙观桥，第1跨(1～2号轴)及1、3号通道桥，设计隧道2mx2.3m。
拱顶、直墙、平底板形式，复合衬砌结构。
初衬结构采用C20喷射混凝土，厚250mm，钢拱架，钢筋网钢筋直径不应小于8mm、纵向钢筋间距不应大于200mm，横向钢筋间距不应大于300mm。
二衬结构采用C30模筑钢筋混凝土，厚250mm，外包聚乙烯丙纶防水卷材，隧道埋深约11m，覆跨比约3.0，属浅埋隧道。
(2)回龙观桥基本情况
主线桥上跨南北向京藏高速，为3跨预应力混凝土连续箱梁(33m+42m+33m)，梁高1.6m。
下部结构：边墩台为钢筋混凝土桥台，中墩为矩形墩柱。
1号通道桥位于京藏高速辅路机动车道与非机动车道相交处，上部结构为16.4m预应力混凝土简支T梁(6根)，梁高0.9m，桥面宽9.6m;下部结构为重力式翼墙桥台。
(3)工程地质及水文情况
桥址处地质条件如下：表层为人工填土(素填土①层、杂填土①层)，其下为第四纪冲积性的亚黏土②层、亚粘黏土③层、亚黏土④层、亚黏土⑤层、亚黏土⑥层、亚黏土⑦层(夹粉砂⑦)、卵石⑧层(夹细砂⑧)。
各土层分布较稳定。
根据勘查报告.施工范同无上层滞水和地下潜水。
(4)现况桥梁监测评估结果
为保证桥梁安全使用，我方委托专业单位对穿越的回龙观桥进行监测，得出以下结论：
1)回龙观桥面铺装整体状况基本完好，局部存在小坑槽、纵缝;其他桥面铺装基本完好。
桥伸缩缝为沥青填充式伸缩缝。
2)桥梁上部结构为现浇混凝土连续梁和预制T梁外观基本完好。
混凝土强度及保护层满足设计要求。
3)桥梁下部结构墩台混凝土强度满足设计要求。
桥台、柱钢筋保护层厚度满足设计要求。
4)综合判定：桥梁状态完好为A级。
2、工程难点与风险分析
回龙观桥是连接京藏高速辅路的重要桥梁，车流量大，社会影响大，必须采取有效的施工组织措施和技术措施，才能确保施工安全。
主线桥为3跨预应力混凝土连续箱梁，桥台为重力式承台、钻孔灌注桩基础，桥中墩为双柱、承台、钻孔灌注桩基础，1号桥台桩基为摩擦桩.桩底标高13.80m，电力隧道底高程为27m电力隧道从主线桥边跨下穿，距1号轴桩距约5m，距离较小，属浅埋暗挖近接施工。
因此，电力隧道施工必须严格控制施工沉降，避免对结构产生破坏。
3、采取的施工预处理注浆加固措施
为确保桥梁的安全，在过桥段采用以下方案：过桥段采用喷射装加固地层;隧道采用台阶法法开挖，隧道拱顶、侧墙采用全断面注A、C微膨双液浆小导管超前注浆加固地层;开挖后及时施做钢筋混凝土初期支护。
(1)注浆加固原理
注浆过程中，当到达一定压力后，在注浆孔周围会产生一定大小的泡体。
随着压力的不断增加，在浆液泡体上方的土体会产生一个倒立锥形剪切面;另一方面，当浆液泡体的直径增大时，周围的土体将
提供越来越大的阻力。
因此，浆液向上总压力的增加幅度远大于总水平力的增加幅度。
在一定压力下，浆液泡体直径达到了一个极限值，此时。
水平和向上的压力足以使得浆液充填土体间的缝隙，从而改良达到改良土体的效果。
(2)注浆参数及浆液配比
1)注浆材料配比：A液(300L)：硅酸钠150L、水150L;B液(200L)：Gs8.5%、H剂6.7%、P剂4.5%、C剂7.1%、水;C液(200L)：水泥32.5级33.2%、DHP剂5.5%、GOX剂4.2%、XPM剂5.4%、水。
由A、B液组成溶液，由A、C液组成悬浊液。
注浆时，根据现场实际情况加入适当外加剂以调节凝结时问、改善和易性和增加早期强度。
2)注浆技术参数：注浆压力为0.2～0.4MPa;注浆扩散半径500mm，孔距为350mm～500，重叠200mm;黏土层注入率按20%进行控制：初凝时间一般40～60S。
该黏土层加固后土体强度达到1.0～1.2MPa。
3)注浆效果检测方法：注浆结束后，采用原位钻孔取芯验证检查方法。
检查孔数目约为总注浆孔数的8%～l0%。
重点检查地质条件不好以及注浆质量较差的部位。
(3)注浆施工方法
根据现场条件，采用在近桥台注浆加固施工方法采用XY一2B300型钻机钻孔，使用的注入管为旋转二重管，直径30mm，在端点装有混合器，使注浆液充分混合。
达到设计深度后，内管的喷水孔将关闭，以进行横喷射。
用注浆泵将A、B液分别压入外管和内管，并在二重管的端头混合，在水平方向实行喷射，使注浆液浸透到地层中。
4、暗挖隧道施工技术措施
(1)超前小导管双液注浆加固施工
为确保施工安全，在过桥段加注A、C微膨双液浆.对隧道拱顶、侧墙土体进行注浆加固。
加固范围为隧道结构外1.5m，注入率为20%，两个循环之间相互搭接长度约4m(如图4-1所示)。
双液浆加固主要改善土体物理性质，增加隧道周围土体的抗压强度和黏结性，达到稳定地层，减少沉降。
(2)隧道开挖
1)隧道开挖，采用台阶法，预留核心土，确保掌子面的稳定。
开挖步距严格控制在1m以内。
开挖掌子面土体时，严禁掏挖核心土，严控超挖量。
2)土体开挖时专职人员负责洞内支护状态监护，发现异常情况应停止作业，及时向有关人员汇报，查明原因并制定方案后再继续施工。
(3)初期锚喷支护施工
1)施工中坚持“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字原则，尽量减少对围岩的扰动。
开挖步距严格控制在1m内，在4～6h使隧道初期支护封闭成环。
2)加强拱脚处理。
安装钢拱架时，在两拱脚部位安设钢管，并注入早强水泥砂浆。
使其形成受力良好的锚管，保证隧道结构稳定。
3)保证喷射混凝土质量。
喷射混凝土从下往上确保每榀拱架上方喷实，使喷射混凝土与围岩密贴，喷头距喷射面小于0.5m，垂直喷射，施工中安排专人逐榀检查喷实情况。
如果有空洞但不大可以用混凝土填满即可，如果空洞较大必须二次喷实。
并且在该处预留注浆管，待下一榀闭合后马上压注水泥砂浆，进行壁后处理，确保隧道初期支护的密实。
4)及时进行注浆堵漏。
如发现有渗水应及时进行注浆堵漏，浆材料采用水泥砂浆，注浆压力小于0.4MPa。
5)严格控制注浆压力。
注浆时要密切观察注浆压力，防止压力过大造成附近管线破坏甚至地面隆起。
(4)防水层及二衬结构施工
在隧道初期支护稳定经整平后铺设防水层。
防水及二衬为一般常规施工，本文不再详述。
(5)市政管线的保护
施工中对管线进行监控，隧道8～1l号竖井之间需穿越多条市政地下管线，其中，两条1700mm雨水管线、两条1000mm污水管线，距拱顶较近，是保护的重点。
因此，为保证施工中地下管线不发生破坏，采取了以下措施：
1)专人现场对管线进行监测
2)先与管线管理单位取得联系，确定其准确位置，制定加固措施，经管理单位同意后对既有管线进行保护。
3)制定应急响应预案。
热力及给水管线：一旦发生故障，立即通知管理单位，并积极配合管线管理单位进行处理。
污水管线：一旦发生渗漏，立即启动备用水泵，防止污水向隧道内渗流，同时通知管线管理单位。
5施工监测
为保证桥梁主体结构以及电力隧道施工的安全，对桥梁变形、地面沉降进行监测。
通过对监测数据的分析，预报可能危及桥梁安全的隐患，避免发生事故。
监测的主要内容包括地面的沉降、桥墩台沉降、梁体结构裂缝等内容。
(1)监测内容
1)桥梁监测内容及监测方法
(2)监测控制指标
根据地质条件、注浆措施并结合其他工程经验选取计算参数。
计算的隧道中心处地面最大沉降3.01mm，4m处地面沉降2.39mm，6.5m处地面沉降1.32mm。
地面沉降计算值满足控制指标要求。
(3)地面沉降监测结果分析
1)桥台处最大沉降1.5mm略大于预测结果.但基本满足控制值的
要求。
满足桥结构安全运营。
2)桥区土质较好，施工时严格控制注浆工艺，获得了较好的效果，隧道中心最大沉降6.3mm;4m处地面最大沉降3.1mm，实际观测桥台最大沉降1.2mm，完全满足桥梁安全要求。
三、结语
目前，在城区复杂环境下隧道施工技术已较为成熟，关键在于按既定施工方案施工.严控施工过程。
目前该电力隧道已通过竣工验收，在建设单位、设计单位和监理单位的大力配合下，隧道施工风险得到了有效控制，顺利完成了隧道施工，收到了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
【1】 郭景伟.地铁施工中的二重管注浆超前支护技术【J】.市政技术 ，2006，24(1)：15―18.
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【5】郭松影.公路山岭隧道施工安全风险预警系统研究D1.重庆：重庆交通大学 ，2008：8-28.
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