1、第37卷第11期建 筑 結(jié) 構(gòu)2007年11月深層攪拌樁施工對鄰近運營地鐵隧道影響的研究史世雍1蔣峰平2劉 濤3提要 為了減少基坑開挖引起地鐵隧道的位移,采用影響較小的大面積深層攪拌樁加固,但在變形要求控制十分嚴格的運營地鐵隧道兩側(cè)進行深層攪拌樁施工會對隧道產(chǎn)生很大的影響。通過考慮隧道等效剛度,推導(dǎo)出深層攪拌樁施工對鄰近隧道變形的計算方法,并將上海某工程實例的實測結(jié)果與計算結(jié)果進行比較,同時提出了控制隧道隆起的措施。關(guān)鍵詞 深層攪拌樁 地鐵隧道 等效剛度 隆起Researc h on Influen ce of Ad jac ent Runn ing Sub way T unne l Du e

2、 to Construct ion of Deep -mixing -p iles P Shi Shiyo ng 1,Jiang Fe ngping 2,Liu Tao 3(1Soil Improve ment Ce nter of Ning bo University,Ning bo 315211,China;2CAAC Ne w Era Air po rt Design &Resea rch I nstitute Compa ny,Shanghai 200335,China;3Depar tment of Geo technic al Enginee ring,Tongji Uni

3、ve rsity,Shanghai 200092,ChinaAbstrac t :To reduce the displac ement of subwa y tunnels due to the e xc ava tion,deep -mixing -pile s ground trea tment me thod whic h induces little influence of subwa y tunnel,is adopte d in many projec ts.Howe ver,it w ill produc e serious influence on tunnel due t

4、o the c onstruction o f dee p -mi xing -pile at both side s of running subway tunnel,o f whic h defor ma tion control is ve ry rig orous.The defor mati on c omputa tion method of a djace nt tunne l is deduc ed in vie w of the influence of dee p -mixing -pile c onstruction a nd the tunnel .s equivale

5、nt stiffne ss,a nd the co mputa tion results are c ompared with the actual mea sure me nt ones of an enginee ring exa mple in Shanghai.Mea nwhile,the mea sure s of c ontr olling tunnel blowups a re put for wa rd.K eyword s :de ep -mixing -pile;subwa y tunnel;equivalent stiffness;blo wup 1寧波大學(xué)地基處理中心,

6、315211;2民航新時代機場設(shè)計研究院有限公司,上海,200335;3同濟大學(xué)地下建筑與工程系,上海,200092。0 引言跨于已運營地鐵區(qū)間隧道的基坑開挖會引起坑內(nèi)土體回彈,從而引起地鐵區(qū)間隧道的隆起,故需在隧道兩側(cè)進行深層攪拌樁施工以作為抗拔樁使用,但深層攪拌樁施工也會使隧道產(chǎn)生隆起。對于環(huán)境變形控制要求嚴格的場地,控制開挖前的變形十分重要。上海東方路下立交工程位于六叉道路口,地鐵區(qū)間隧道沿東西方向斜穿基坑N01,N02段下方,隧道頂部距基坑坑底最近處僅為218m,如圖1所示,且隧道位于灰色淤泥質(zhì)粘土中。地鐵隧道直徑612m,攪拌樁樁長為2917,2915m,攪拌樁直徑850mm,相互搭

7、接250mm,樁邊線離地鐵隧道外邊線凈距僅1m,進入了3m 保護區(qū)內(nèi)1。在開挖之前已建隧道總隆起量已達到地鐵結(jié)構(gòu)容許隆起量的40%60%,顯然這對變形控制很嚴格的已建地鐵隧道是十分不利的。推導(dǎo)了深層攪拌樁施工引起鄰近地鐵隧道豎向變形的算法,方法既考慮了地鐵隧道的縱向等效剛度對隧道位移的影響,又考慮了群樁施工中打樁順序、連續(xù)成樁數(shù)量對隧道位移的影響。最后提出了控制隧道隆起變形的具體措施。1隧道變形計算方法的建立方法的基本原理是Sagaseta 的源-匯理論2-4,深層攪拌樁施工中土體會產(chǎn)生向外的擠出位移,波及到周圖1 深層攪拌樁與隧道相對位置剖面圖2 隧道發(fā)生豎向位移時地基土基床系數(shù)示意圍的地鐵

8、隧道,由于隧道的剛度比土體的大得多,因此隧道會對這種土體位移產(chǎn)生一定的約束。土體的位移可通過考慮地鐵隧道的剛度進行修正。111單樁引起的土體內(nèi)任一點的位移單根深層攪拌樁引起的土體任一點豎向位移2-4:$v =-116d 201Q 2+(z -L 021P 2+1Q 2+(z +L 021P 2-2Q 2+z 21P 2(136式中:L0為灌入泥漿樁的樁長(m;d0為灌入泥漿樁的等效樁徑(m;Q為小球體球心距任一點P(x,y,z的水平距離(m,Q=x2+y2。112考慮隧道剛度時單樁引起的隧道的位移深層攪拌樁施工時由于側(cè)向擠土作用使土體發(fā)生位移的同時,埋置在土中的隧道也發(fā)生相應(yīng)的位移。但由于土體

9、和隧道的變形剛度不同,兩者的位移不可能完全一致,然而正是因為隧道-土位移的不一致,隧道周圍的土體位移也受到隧道位移的制約,這樣最終使隧道位移和土體位移得以協(xié)調(diào)。土體和隧道的變形剛度主要包括兩方面:一是隧道斷面設(shè)計中使用的隧道徑向變形的剛度;二是隧道縱向彎曲剛度。當隧道受土體擠壓發(fā)生變形時,雖然隧道徑向壓力發(fā)生變化,可能導(dǎo)致環(huán)向內(nèi)力的增加,但其縱向變形所致的內(nèi)力增量要比環(huán)向大得多。故只研究隧道的縱向變形。設(shè)地鐵隧道直徑為D,隧道的等效抗彎剛度為(EIe q,計算隧道發(fā)生豎向位移時地基土的基床系數(shù)為k v(見圖2,基床系數(shù)的取值在未考慮埋深的情況下,經(jīng)驗數(shù)據(jù)k如表1所示?；蚕禂?shù)經(jīng)驗值(104kN

10、 P m3表1地基土種類與特征k0地基土種類與特征k0淤泥質(zhì)、有機質(zhì)土或新填土011015中密砂或松散礫石115215軟弱粘土015110密砂或中密礫石2154粘土及粉質(zhì)粘土軟塑12黃土及黃土性粉質(zhì)粘土45可塑24緊密礫石510硬塑410硬粘土或人工夯實粉質(zhì)粘土1020松砂110115軟質(zhì)巖石或風化堅硬巖石20100上海地區(qū)盾構(gòu)法隧道所處土層多為軟塑粘土、流塑淤泥質(zhì)粘土,含水量很高,對于天然土質(zhì),綜合考慮埋深因素后5,6,隧道所處土層的基床系數(shù)k v取表1中該類土的大值,不進行深度修正,即kv=015 104kN P m3;對于普通注漿加固的地段,取(24015 104kN P m3;對于攪拌

11、樁加固的地段,取(810015 104kN P m3。記隧道的豎向縱向彈性特征為K v7:K v=4K v P4(EIe q(2式中:Kv為計算隧道豎向位移時單位長度地基的基床系數(shù),Kv=k v D。考慮隧道剛度的豎向位移計算,采用溫克爾彈性地基梁理論對式(1進行修正,修正后計算式如下:$ v =-116d2e-K ycos(K v y+sin(K v y1Q2+(z-L021P2+1Q2+(z+L021P2-2Q2+z21P2(3113群樁施工引起的隧道豎向位移設(shè)某樁在空間上的位置為A j(x j,y j,z j,其引起某計算點P(x,y,z的豎向位移為$v j,考慮到打樁順序、數(shù)量、樁距等

12、因素的影響,則由m根樁對點P產(chǎn)生的群樁位移由下式計算。$v=A v E m j=1$v j(4式中A v為考慮打樁順序、連續(xù)成樁數(shù)量、計算點離樁的距離等影響因素的修正系數(shù),按下式計算:A v=A v1A v2A v3(5式中Av1為打樁順序?qū)ωQ向位移的修正系數(shù),Av2為連續(xù)成樁數(shù)量對豎向位移的修正系數(shù),Av3為計算點離樁的距離對豎向位移和水平位移的修正系數(shù)。從圖3可知,修正系數(shù)Av2隨著連續(xù)成樁數(shù)量的增加而逐漸減小,但不是線性地減小。當樁數(shù)達到一定值之后,由于樁離計算點的距離足夠遠時,連續(xù)成樁的數(shù)量對修正系數(shù)Av2的影響微乎其微,故Av2可以由下式得出:A v2=1( v2=1A v2=- 0

13、1087ln v2+1102(v22(6式中v2為連續(xù)成樁數(shù)量。從圖4中可知,修正系數(shù)Av3隨著樁距的增加在開始減小迅速,超過20m以后減小緩慢,當樁離計算點的距離足夠遠時,打樁對計算點的影響微乎其微,Av3可以由下式得出:A v3=1(v3=0A v3=0189e-0107K v3(v31(7式中v3為計算點離樁的距離,按整數(shù)考慮。圖3連續(xù)成樁數(shù)與A v2的關(guān)系圖4樁離計算點的距離與A v3的關(guān)系2計算結(jié)果與實測結(jié)果的比較分析為了驗證方法的有效性,以上述工程為背景選取計算參數(shù),用前面所推導(dǎo)的公式進行計算,并將計算結(jié)果與實測值進行比較分析。圖5為下行線隧道一側(cè)施工不同樁數(shù)時的隧道隆起實測值與計

14、算值的比較,根據(jù)上述公式計算出距打樁點不同距離處隧道的隆起值,并與隧道實測點的隆起值進行比較?？梢钥闯?距打樁點距離相同的情況下,隨著施工樁數(shù)增加,隧道隆起量逐漸增大,且計算值與實測值比較吻合。當施工2根深層攪拌樁時,距37離較近時計算值偏大,而超過8m 時計算值偏小,最大偏差0106mm,如此小的隆起量主要是由于測量誤差的影響;當施工6根深層攪拌樁時,其計算值較2根樁時更符合實測值,當計算點超過群樁中心12m 以后,打樁對計算點影響甚小,從圖中可以看出,考慮隧道剛度的隆起值隨距離的增加衰減比較迅速;當施工21根深層攪拌樁時,連續(xù)成樁數(shù)量較多時,隧道發(fā)生整體隆起。 由此可見文中公式能較好地符合

15、實際工程要求。圖5 不同成樁數(shù)量時的實測值與計算值的比較3 控制隧道隆起變形的措施311減少連續(xù)成樁數(shù)量隧道隆起最大值隨連續(xù)成樁數(shù)量的增加呈增加趨勢,但并不是線性增加,而是逐漸減緩。減少每次連續(xù)成樁數(shù)量,待打樁產(chǎn)生的孔隙水壓力部分消散后繼續(xù)進行深層攪拌樁施工是控制隧道隆起值的有效途徑6。312地鐵隧道上方地基加固地鐵隧道上方采用深層攪拌樁滿堂加固,攪拌樁直徑850mm,搭接250mm 。加固材料采用325#普通硅酸鹽水泥,水泥摻入比20%,水灰比118210,外摻劑采用特密斯。地基加固的作用首先為增大土體的c ,U 值,增大土體的彈性模量,使得基床系數(shù)k v 增大;其次,加固體形成的整體性很好

16、的空間厚板體系,在打樁產(chǎn)生的擠土作用時,增大土體對隧道的約束,可以有效地限制隧道的隆起;最后地基加固不僅有利于控制兩側(cè)深層攪拌樁施工對隧道的影響,而且可以減小基坑開挖產(chǎn)生的基坑回彈和隧道的隆起。4結(jié)論(1在控制要求十分嚴格的運營地鐵隧道鄰近進行深層攪拌樁施工,由于深層攪拌樁的擠土效應(yīng)以及暫時破壞土體的結(jié)構(gòu),降低了土體的被動抗力,使得運營地鐵隧道產(chǎn)生隆起,有時開挖前隧道隆起會達到開挖后隆起總量的40%60%。隧道隆起變形將導(dǎo)致襯砌的應(yīng)力重分布,會使隧道橫斷面繞其水平直徑轉(zhuǎn)動,這對襯砌的強度和襯砌間的連接強度及密封性都有不同程度的影響。(2隧道隆起最大值隨著連續(xù)成樁數(shù)量的增加呈現(xiàn)遞增的趨勢,但并不

17、是線性增加,而是逐漸的減緩,滿足對數(shù)關(guān)系,因此減少每次連續(xù)成樁數(shù)量是控制隧道隆起變形的有效途徑。(3在運營地鐵隧道鄰近進行深層攪拌樁施工前,應(yīng)先在地鐵隧道上方進行深層攪拌樁加固,待其達到一定強度后再進行鄰近攪拌樁施工,通過該方法可有效地控制隧道的隆起變形。(4對于軟土地區(qū)深層攪拌樁施工所引起的鄰近隧道隆起值可以使用文中方法進行計算,所得的結(jié)果較符合實際工程要求。參考文獻1上海市地鐵沿線建筑施工保護地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定S.上海市市政工程管理局,1994.2SAGASETE C,WHITTLE A J.Predicti on of ground movements due topi le dri

18、ving i n clay J.ASCE,2001,127(1:55-66.3邵勇,夏明耀.預(yù)估打樁引起鄰近結(jié)構(gòu)物樁基位移的新方法J.同濟大學(xué)學(xué)報,1996,24(2:136-141.4黃院雄,許清俠,胡中雄.飽和土中打樁引起樁周圍土體的位移J.工業(yè)建筑,2000,30(7:15-19.5蔣鋒平.大面積深層攪拌樁施工對地鐵隧道影響的研究D.上海:同濟大學(xué),2004.6劉濤,鄭建國,蔣峰平.深層攪拌樁施工引起下方隧道位移的研究J.建筑結(jié)構(gòu),2006,36(4:1-3.5消聲室工程技術(shù)規(guī)范6第一次編制工作會議在中國電子工程設(shè)計院成功召開由中國電子工程設(shè)計院主編的新編國家標準5消聲室工程技術(shù)規(guī)范6第一次編制工作會議于2007年11月1日順利召開。會議得到了信產(chǎn)部等上級主管部門建設(shè)部和信息產(chǎn)業(yè)部的高度重視,兩部的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)到會講話并對編制組提出了在國家空前重視標準工作的新形勢下的新要求和新任務(wù),對中國電子工程設(shè)計院及時啟動本規(guī)范的編制工作和為電子工程國家標準建設(shè)做出的貢獻給予了高度評價。參編單位的10余位專家共同出席了會議。副院長、總工程師婁宇出席會議并致歡迎辭,表示制訂國家標準使命光榮,責任重大,尤其新標準制訂更要綜合考慮新產(chǎn)