鑒定技術(shù)文件之七盾構(gòu)穿越施工對建筑物影響研究鑒定技術(shù)文件之七盾構(gòu)穿越施工對建筑物影響研究盾構(gòu)穿越施工對建筑物影響研究1工程概況1.1穿越工程簡介本課題主要研究盾構(gòu)穿越施工對建筑物的影響，選取的穿越工程主要有盾構(gòu)穿越冶金賓館（樁基）、盾構(gòu)穿越經(jīng)委安監(jiān)局（條基）及盾構(gòu)穿越萬福橋（條基）。1.1.1盾構(gòu)穿越冶金賓館冶金賓館于98年竣工，竣工圖顯示：樓層結(jié)構(gòu)為四層砼框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型為獨立柱基擴大頭端承人工挖孔樁，埋深在8.6～13.08m，絕大多數(shù)樁長9～10米，位于隧道正上方3～4米，其中有１根長12.85米的樁位于隧道正上方，距離隧道拱部僅57cm。其重要性等級高，基礎(chǔ)荷載大、距洞頂近，隧道位于樁端主要受力層范圍，因此盾構(gòu)安全穿越施工難度較大。圖1.1和1.2分別為穿越建筑的西側(cè)和東側(cè)的結(jié)構(gòu)形式，圖1.3和1.4為盾構(gòu)隧道與建筑物樁基的平面和剖面關(guān)系示意圖，表1.1為冶金賓館范圍線路埋深及冶金賓館樁基埋深統(tǒng)計表。圖1.1穿越的建筑物西側(cè)結(jié)構(gòu)形式圖1.2穿越建筑物東側(cè)結(jié)構(gòu)形式圖1.3盾構(gòu)隧道與冶金賓館平面示意圖圖1.4冶金賓館基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與隧道剖面關(guān)系示意圖表1.1冶金賓館范圍線路埋深及冶金賓館樁基埋深統(tǒng)計表隧道冶金賓館里程至600長度

(m)軌面標高

(m)拱頂標高

(m)地面標高

(m)線路埋深

(m)樁埋深樁號ZDK8+513.586.52485.1901490.0501503.1313.07999.251-19.6091-29.681-3無1-4ZDK8+520.179.92485.145490.005503.1313.124999.02-19.62-210.052-39.22-4ZDK8+527.372.72485.0958489.9558503.1313.174188.653-19.153-213.083-39.03-4ZDK8+534.565.52485.0466489.9066503.1313.223379.354-18.674-29.654-38.64-4ZDK8+541.758.32484.9974489.8574503.1313.272569.225-19.55-29.355-39.35-4ZDK8+548.8851.12484.9483489.8083503.1313.32179.486-19.46-29.16-3ZDK8+556.143.92484.8991489.7591503.1313.370949.87-19.257-29.357-3ZDK8+563.336.72484.8499489.7099503.1313.420139.358-112.858-29.388-3ZDK8+56832.02484.8178489.6778503.1313.45224條基（2.1m）9a-19a-29a-3ZDK8+570.529.52484.8007489.6607503.1313.469328.859-19.359-29.69-3ZDK8+572.927.12484.7843489.6443503.1313.48572條基(2.1m)9b-19b-29b-31.1.2盾構(gòu)穿越經(jīng)委安監(jiān)局四川經(jīng)委、安監(jiān)局辦公樓為四川省經(jīng)濟委員會和四川省安監(jiān)局共用的辦公樓，是機關(guān)辦公用房。四川經(jīng)委、安監(jiān)局辦公樓為蘇式建筑，建于50年代，由于年代久遠，經(jīng)多方查詢，無法找到竣工圖，通過對建筑物實物調(diào)查，樓層結(jié)構(gòu)為四層磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型，經(jīng)人工開挖探明，為條型素混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)厚0.4m，寬1.3m，埋深1.3m。地鐵1號線盾構(gòu)隧道左、右線均從四川經(jīng)委、安監(jiān)局辦公樓下方穿過。四川經(jīng)委、安監(jiān)局辦公樓建筑如圖1.5所示，盾構(gòu)隧道穿越四川經(jīng)委、安監(jiān)局辦公樓平面示意圖如圖1.6所示，條形基礎(chǔ)與隧道關(guān)系如圖1.7所示。圖1.5四川經(jīng)委、安監(jiān)局辦公樓示意圖圖1.6四川經(jīng)委、安監(jiān)局辦公樓平面示意圖圖1.7條形基礎(chǔ)與隧道位置關(guān)系圖1.1.3盾構(gòu)穿越萬福橋萬福橋人民北路府河上方，經(jīng)查閱“成都市城市建設(shè)檔案館”館存資料，萬福橋在1996年1月至9月進行了改造，1996年以前的資料沒有存檔，當時建設(shè)單位是成都市府南河綜合整治工程指揮部，設(shè)計單位是成都市市政工程設(shè)計院，施工單位是成都鐵路局工程總公司二公司。萬福橋改造后橋梁結(jié)構(gòu)為16.8m+16.81m+16.83m三跨預(yù)應(yīng)力空心板簡支梁橋，基礎(chǔ)是利用原橋梁條形擴大基礎(chǔ)，改造前的基礎(chǔ)為三層臺階形總厚2.96m，改造時是利用原基礎(chǔ)頂面位置進行改造，改造后在河床頂整體做0.2m厚度C15砼護底，橋墩、橋臺為整體重力式，橋墩、橋臺、臺階形擴大基礎(chǔ)改建前的具體數(shù)據(jù)不詳。盾構(gòu)區(qū)間左右隧道從萬福橋上游位置正下方穿過，右線隧道處于橋梁人行道位置正下方，左線隧道處于由人民北路往南方向主車道正下方。經(jīng)計算，從橋面到河床護底位置高度為8.2m，從河床護底到條形擴大基礎(chǔ)底面距離為2.96m，條形擴大基礎(chǔ)底面到隧頂最近距離為9.485米。盾構(gòu)隧道穿越萬福橋平面示意圖如圖1.10所示，穿越段剖面圖如圖1.11、1.12所示。圖1.8萬福橋圖1.9橋墩細部圖圖1.10盾構(gòu)隧道穿越萬福橋平面示意圖圖1.11左線隧道與橋梁剖面關(guān)系圖圖1.12右線隧道與橋梁剖面關(guān)系圖1.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況1.2.1工程地質(zhì)由地質(zhì)詳勘報告可知，在冶金賓館范圍內(nèi)，自上而下的主要土層為<1>人工填筑土，〈2-3〉粉質(zhì)粘土，<2-8>卵石土，<3-7>卵石土，<4-4>卵石土，<5-1>全風化泥巖，<5-2>強風化泥巖和<5-3>中等風化泥巖，其中盾構(gòu)隧道主要穿越<3-7-3>密實卵石土。各土層的具體物理力學性質(zhì)如下：〈1〉人工填筑土（Q4ml）：以雜填土為主，褐灰、灰褐等雜色，松散～稍密，稍濕～潮濕。由碎石、砂土、磚瓦碎塊等建筑垃圾組成，其間充填粘粒，表層0.20m為瀝青混凝土路面，段內(nèi)分布于地表，層厚2.0～5.0m。該層土均一性差，多為欠壓密土，結(jié)構(gòu)疏松，具強度較低、壓縮性高、荷重易變形等特點?！?-3〉粉質(zhì)粘土（Q4al）：黃色、灰黃色，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及少量鈣質(zhì)結(jié)核。硬塑～軟塑，局部為粘土。段內(nèi)均有分布，頂板埋深2～2.6m，層厚0～2.90m。根據(jù)室內(nèi)試驗，天然含水量ω=23.7～34.1%，平均為29.17%；天然孔隙比e=0.68～0.87，平均為0.79；液性指數(shù)IL=0.32～0.94，平均為0.55；天然快剪粘聚力C=24.26～54.88KPa，標準值為41.09KPa；內(nèi)摩擦角φ=10.98～22.3°,標準值為16.42°；壓縮系數(shù)a0.1～0.2=0.22～0.31MPa-1，標準值為0.27MPa-1；壓縮模量ES=6.02～9.53MPa<2-8>卵石土（Q4al）：黃灰色，黃褐色，中密～密實為主，部分密實，潮濕～飽和。卵石成分主要為中等風化的巖漿巖、變質(zhì)巖、砂巖等硬質(zhì)巖組成。磨圓度較好，以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，卵石含量65～75%，粒徑以30～70mm為主，鉆探揭示最大粒徑145mm，夾零星漂石，充填物為細砂及圓礫。本層頂板埋深4.85～7.00m，層厚6.70～9.05m。根據(jù)超重型動力觸探資料，將本層按密實程度分為稍密<2-8-1>、中密<2-8-2>和密實<2-8-3>。本段缺失<2-8-1>層；<2-8-2>層平均校正擊數(shù)N63.5’＝18.47～22.62(擊/10cm)；<<3-7>卵石土（Q3fgl+al）：褐黃、黃色，以中密～密實為主，飽和。卵石成分主要為中等風化的巖漿巖、變質(zhì)巖、砂巖等硬質(zhì)巖組成。磨圓度較好，以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，卵石含量60～75%，粒徑以30～70mm為主，據(jù)鉆探揭示，最大粒徑150mm，夾零星漂石，充填物為砂及礫石，具弱泥質(zhì)膠結(jié)或微鈣質(zhì)膠結(jié)。頂板埋深11.70～13.70m，層厚5.90～8.60m。根據(jù)超重型動力觸探資料，將本層按密實程度分為稍密<3-7-1>、中密<3-7-2>和密實<3-7-3>，<3-7-1>層平均校正擊數(shù)N63.5’＝12.09～17.03(擊/10cm)；<3-7-2>層平均校正擊數(shù)N63.5’＝21.19～22.0(擊/10cm)；<<4-4>卵石土（Q2fgl+al）：灰色、深灰、蘭灰色，以密實為主，部分中密，飽和。卵石成分主要為中等風化的巖漿巖、變質(zhì)巖、砂巖等硬質(zhì)巖組成。磨圓度較好，呈園形～亞園形，分選性差。卵石含量65～75%，粒徑以30～80mm為主，據(jù)鉆探揭示，最大粒徑280mm，夾零星漂石。充填物主要為為砂及圓礫，具弱泥質(zhì)膠結(jié)或微鈣質(zhì)膠結(jié)，局部含腐植質(zhì)。本層頂板埋深18.40～22.00m<5-1>全風化泥巖（K2g）：紅褐、紫紅色，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖芯多呈土狀，少量呈碎塊狀。僅在MZ3-WL-014孔中揭示，層位頂板埋深28.83m，層厚0.87<5-2>強風化泥巖（K2g）：巖質(zhì)軟，巖芯多呈碎塊狀，礫徑為30～80mm。部分呈土狀。巖芯碎塊手可折斷。本層分布不均，部分孔缺失。層位頂板埋深26.80～28.90m，層厚0～0.3m。含水率ω=26.4～34.0%，平均為31.0%；天然密度ρ=2.0～2.2g<5-3>中等風化泥巖（K2g）：巖質(zhì)較硬，錘擊聲半啞～較脆。巖芯多呈短柱狀，少量長柱狀及碎塊狀。本層頂板埋深27.00～29.70m，此次勘探未揭穿。含水率ω=6.8～13.0%，平均為10.3%；天然密度ρ=2.3～2.5g/cm3，平均為2.4g/cm3；天然飽和抗壓強度RSa=3.1～10.0MPa1.2.2水文地質(zhì)地下水主要有兩種類型：一是松散土層孔隙水，二是基巖裂隙水。（1）第四系孔隙潛水第四系孔隙水主要都賦存于全新統(tǒng)（Q4）、上更新統(tǒng)（Q3）和中更新統(tǒng)（Q2）的砂、卵石土中，三層砂卵石層含水極其豐富，形成一個整體含水層，含水層總厚度約26.3～31.7m，為孔隙潛水，局部由于地形和上覆粘性土層控制，具微承壓性。本次勘察在附近區(qū)間(人民北路站至文武路站)做抽水試驗，滲透系數(shù)K＝46.22m/d，為強透水層。本區(qū)間隧道基本位于該層砂、卵石土中，受地下水影響較大。上部的粘性土層為弱透水層，地下水含量甚微，對工程影響較小。（2）基巖裂隙水基巖裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，基巖巖性為泥巖，透水性、富水性較差，水量較小。按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001），場地內(nèi)水的腐蝕性評價宜按Ⅱ類環(huán)境考慮。經(jīng)判定地下水及地表水對混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均無腐蝕性，但對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。1.2.3砂卵石地層特點盾構(gòu)隧道主要位于穿越砂卵石土層。砂卵石地層是一種典型的力學不穩(wěn)定地層，顆粒之間的孔隙大，幾乎沒有粘聚力，顆粒之間點對點傳力，地層反應(yīng)靈敏，盾構(gòu)周圍地層成拱性差。刀盤旋轉(zhuǎn)切削時，地層很容易破壞原來的相對穩(wěn)定或平衡狀態(tài)而產(chǎn)生坍塌，引起較大的圍巖擾動，使開挖面和洞壁失去穩(wěn)定，可能使隧道頂部樁基失去承載力，危及上部結(jié)構(gòu)安全。1.3研究目的成都以往沒有采用盾構(gòu)法施工地鐵隧道的工程經(jīng)驗，且本地區(qū)的地質(zhì)條件與國內(nèi)其他采用過盾構(gòu)法施工的城市有較大區(qū)別，具有較強的區(qū)域性，在此類地層中進行盾構(gòu)穿越樁基建筑物施工沒有成熟的經(jīng)驗可以借鑒。因此，通過數(shù)值模擬手段，結(jié)合盾構(gòu)穿越施工的實際情況，對盾構(gòu)穿越冶金賓館樁基礎(chǔ)、穿越穿越經(jīng)委、安監(jiān)局辦公樓和穿越萬福橋的淺基礎(chǔ)進行較為系統(tǒng)的研究，除能對成都地鐵1號線盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物提供直接技術(shù)支持與安全保障外，對成都地鐵后續(xù)大量的盾構(gòu)隧道工程在同類地質(zhì)條件下的穿越建（構(gòu)）筑物的施工也將提供重要參考，具有較好的借鑒意義。2盾構(gòu)施工對樁基的影響機理及對策樁基是設(shè)置于土中的豎直或傾斜的基礎(chǔ)構(gòu)件或支護結(jié)構(gòu)，它的橫斷面尺寸比長度小得多。樁的種類繁多，按不同標準可以有許多不同的分類。盾構(gòu)在市區(qū)中施工時不可避免的近鄰穿越建筑物基礎(chǔ)、構(gòu)筑物基礎(chǔ)、橋梁基礎(chǔ)等的垂直受荷樁、基坑圍護結(jié)構(gòu)等的水平受荷樁以及其它類型的樁基。本研究主要針對成都地鐵1號線盾構(gòu)穿越冶金賓館的垂直受荷的豎直樁進行研究，本章主要分析說明盾構(gòu)對樁基的影響的機理及穿越施工時采取的一般措施。2.1盾構(gòu)施工對樁基的影響機理樁在承受荷載時的效應(yīng)表現(xiàn)在變位、樁身內(nèi)力的變化以及承載力的發(fā)揮等方面。加荷方式的不同，樁的反應(yīng)也不同。盾構(gòu)隧道附近的樁基，由于受到盾構(gòu)施工所引起的周圍土體移動的作用而受到影響，樁身上受到的荷載是由于土體運動所產(chǎn)生的，屬于被動樁的范疇。2.1.1豎向承載樁的基本理論豎向承載樁是將作用于承臺的豎向荷載傳遞到深部土層，以滿足上部結(jié)構(gòu)物對于基礎(chǔ)的承載力和變形的要求。豎向承載樁可分為單樁和群樁。群樁樁頂與承臺相連，承臺將荷載傳遞于各基樁樁頂，形成協(xié)調(diào)承受上部荷載的承臺一樁群一土體系。(1)樁基荷載的傳遞對于豎向承載樁，當樁還沒承受外荷載時，作用在樁身表面上的是水平向的土壓力。在豎向荷載的作用下，樁上部受到壓縮而產(chǎn)生相對于土的向下位移，與此同時，樁側(cè)表面受到向上的摩阻力。樁身荷載通過發(fā)揮出來的摩阻力而傳遞到樁周土層并向周圍擴散，致使樁身荷載和樁身壓縮變形隨深度遞減。在樁土相對位移等于零處，摩阻力為零。隨荷載增加，樁身壓縮量和位移增大，樁下部的摩阻力也隨之調(diào)動起來，樁底土層也因受到壓縮而產(chǎn)生樁端阻力，并把樁基荷載向周圍擴散傳遞。樁端土層的壓縮加大了樁土相對位移，從而使樁身摩阻力進一步發(fā)揮出來，當樁身摩阻力全部發(fā)揮而達到極限后，如繼續(xù)施加荷載，其荷載增量將全部由樁端承擔，直至達到極限值。由樁基荷載的傳遞規(guī)律可以看出，樁基荷載一般由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力共同承擔，樁側(cè)摩阻力先于樁端阻力發(fā)揮，其中樁端阻力直接傳遞至樁端持力層，樁側(cè)阻力以剪應(yīng)力的形式傳遞給樁周土體并最終擴散分布于樁端持力層,如圖2.1所示。(a)軸向受壓的樁(b)截面位移(c)摩阻力分布(d)軸力分布圖2.1樁土體系荷載傳遞分析由圖看出，任一深度z樁身截面的荷載為：（2.1）豎向位移為：（2.2）由微分段dz的豎向平衡可求得為：（2.3）微分段dz的壓縮量為：（2.4）由式（2-3）和式（2-4）得：（2.5）式中A—樁身截面積；—樁身彈性模量；U—樁身周長。式（2.5）就是樁土體系荷載傳遞分析計算的基本微分方程。通過在樁身埋設(shè)應(yīng)力或位移測試元件，即可求得軸力和側(cè)阻力沿樁身的變化曲線。(2)樁基設(shè)計樁基設(shè)計實質(zhì)上就是對樁基的工作性能實行有效控制，以使其符合設(shè)計要求。其中地基、樁身的強度和變形是一般設(shè)計中最主要的控制參數(shù)。關(guān)于樁基的設(shè)計計算理論，主要有兩種類型，一是基于容許應(yīng)力理論的定值設(shè)計方法，一是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。前者為以往的樁基設(shè)計一貫使用，后者為近年來制定的樁基技術(shù)規(guī)范所采用。在這兩種設(shè)計理論中，定值設(shè)計法是通過控制地基與樁身強度同時又通過限制應(yīng)力來間接控制地基沉降來進行設(shè)計，而極限狀態(tài)設(shè)計法則既需控制地基強度又需限制地基沉降量，兩種方法對強度與變形都是分開來考慮的，倒是定值設(shè)計法還似乎默認強度與變形間的密切關(guān)系。樁基的極限狀態(tài)可分為兩類，即承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載力極限狀態(tài)對應(yīng)于樁基達到最大承載力或整體失穩(wěn)或發(fā)生不適于繼續(xù)承載的變形:正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于樁基達到建筑物正常使用所規(guī)定的變形限值或達到耐久性要求的某項限值。我國現(xiàn)行的樁基設(shè)計方法多數(shù)是按承載力來控制設(shè)計，近年來，國內(nèi)外學者針對承載力控制設(shè)計方法存在的弱點，提出和采用了按變形控制設(shè)計方法來進行樁基工程設(shè)計的方法。(3)樁基的豎向極限承載力樁基礎(chǔ)的豎向極限承載力包括兩層含義，一是樁基結(jié)構(gòu)自身的極限承載力，二是支承樁基結(jié)構(gòu)的地基土的極限承載力。在通常情況下，樁基承載力由地基土的承載力所制約。影響單樁承載力的主要因素為：樁側(cè)土的性質(zhì)與土層分布、樁端土層的性質(zhì)、樁的幾何特征、成樁方法等。根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標準值時，可按下式計算：（2.6）式中—單樁總極限側(cè)阻力標準值；—單樁總極限端阻力標準值；—樁側(cè)第層土的極限側(cè)阻力標準值；—極限端阻力標準值。單樁的承載力和樁的破壞模式密切相關(guān)，在確定單樁的承載力時必須根據(jù)樁可能發(fā)生的破壞模式來選取相適宜的確定方法。樁的破壞模式主要有樁身的曲折斷裂、剪切破壞或壓屈破壞和地基土體的整體剪切破壞、刺入破壞或局部剪切破壞。其主要取決于樁周圍土的抗剪強度和樁的類型，一般情況下多為地基土體的破壞。單樁豎向承載力的確定方法主要有原型實驗法、靜力學計算法、原位測試法和經(jīng)驗法。（4）樁基沉降單樁受到豎直向下荷載作用后，發(fā)生沉降變形，其沉降量由三部分組成:①樁本身的彈性壓縮量；②由于樁側(cè)荷載引起樁端下土體壓縮而產(chǎn)生的樁端沉降；③由于樁端荷載引起樁端下土體壓縮而產(chǎn)生的樁端沉降。單樁沉降組成不僅與樁的長度、樁與土相對壓縮、土的剖面有關(guān)，還同荷載水平、荷載持續(xù)時間有關(guān)。當荷載水平較低時，樁端尚未發(fā)生明顯的塑性變形且樁周土與樁之間并未發(fā)生滑移，這時樁端土體壓縮特性可用彈性性能來近似表示；當荷載水平較高時，樁端土將發(fā)生明顯的塑性變形，導(dǎo)致單樁沉降組成及其特性都發(fā)生明顯的變化。因此，應(yīng)根據(jù)工程問題的性質(zhì)以及荷載的特點，選擇與之相適應(yīng)的單樁沉降計算方法與參數(shù)。（5）水平承載性能對于豎向承載樁，設(shè)計中主要考慮了其豎向承載力和變形，而由于盾構(gòu)施工的影響，其將受到周圍土體水平移動的作用，當這種作用相對較大而不可忽略時，還必須對樁基的水平承載力和水平變位進行驗算。與單樁豎向承載力相比，單樁水平承載力問題顯得更為復(fù)雜。影響水平承載力的因素很多，包括樁的截面剛度、材料強度、樁側(cè)土質(zhì)條件、樁的入土深度、樁頂約束情況等。對于抗彎性能差的樁，其水平承載力由樁身強度控制，如低配筋率的灌注樁通常是樁身首先出現(xiàn)裂縫，然后斷裂破壞;對于抗彎性能好的樁，如鋼筋混凝土預(yù)制樁和鑰樁，樁身雖未斷裂，但當樁側(cè)土體顯著隆起，或樁頂水平位移大大超過上部結(jié)構(gòu)的允許值時，也應(yīng)認為樁已達到水平承載力的極限狀態(tài)。單樁水平承載力的確定方法，大體上有水平靜載試驗和計算分析兩類，宜從樁體水平變位和樁體受力兩方面去評價其水平承載力。由于盾構(gòu)施工而引起樁的內(nèi)力和變位可以通過樁一土相互作用或樁一土一盾構(gòu)隧道相互作用的方法來計算確定。2.1.2樁與盾構(gòu)隧道在橫斷面上的位置關(guān)系由于盾構(gòu)施工的影響，盾構(gòu)隧道周圍不同位置的土體可能受到不同程度的擾動，產(chǎn)生不同方向和大小的移動。在移動土體的作用下，隧道周圍不同位置的樁基將受到不同性質(zhì)和程度的影響。為方便分析，根據(jù)樁軸線與隧道輪廓在水平方向上相對位置的不同以及樁端與隧道輪廓在豎直方向上相對位置的不同分為如下6種樁,如圖2.2所示:樁軸線穿過隧道輪廓，樁端位于隧道輪廓頂部范圍(圖中1號樁)，可簡稱隧道頂部樁；樁軸線不從隧道輪廓范圍穿過，樁端在豎直方向上位于隧道輪廓上方(圖中2號樁)，可簡稱隧道上側(cè)樁；樁軸線不從隧道輪廓范圍穿過，樁端在豎直方向上位于隧道輪廓范圍(圖中3號樁)，可簡稱隧道中側(cè)樁；樁軸線不從隧道輪廓范圍穿過，樁端在豎直方向上位于隧道輪廓下方(圖中4號樁)，可簡稱隧道下側(cè)樁；樁軸線穿過隧道輪廓，樁端位于隧道輪廓范圍內(nèi)(圖中5號樁)；樁軸線穿過隧道輪廓，樁端位于隧道輪廓范圍的下方(圖中6號樁)。對于5，6號樁由于隧道從樁身位置穿過，一般需要基礎(chǔ)托換等工程處理措施。下面主要研究1、2、3、4號樁受盾構(gòu)隧道施工的影響。圖2.2隧道與樁位置圖盾構(gòu)隧道的施工使周圍不同位置的土體產(chǎn)生了不同大小和方向的位移，不同位置的樁將受到不同的土體作用，從而產(chǎn)生不同的反應(yīng),如圖2.3所示。為研究方便，可將土體位移以及土對樁的作用分解豎向和水平方向來分別考慮。圖2.3不同位置樁及位移矢量圖圖2.4樁與沉降槽的位置關(guān)系對于土體的豎向位移,如圖2.4所示，可以分為松動區(qū)和非松動區(qū)，對于非松動區(qū)可認為土體不發(fā)生豎向位移，對于松動區(qū)則可能發(fā)生沉降或隆起位移，但一般為沉降位移。樁1(隧道頂部樁)位于隧道軸線的上方，樁側(cè)和樁底土都發(fā)生變位，樁在樁側(cè)、樁底土的位移作用下發(fā)生相應(yīng)的下沉(或上抬)變形。對于樁4，樁端位于非松動區(qū)，故則是由于上部(松動區(qū)內(nèi)部分)受到移動土體作用而發(fā)生相應(yīng)的下沉(或上抬)變形。對于樁2和樁3(隧道上側(cè)樁)，它們的情況介于前二者之間，當距離隧道軸較近時，樁端位于松動區(qū)內(nèi)，樁在樁側(cè)、樁底土體的位移作用下發(fā)生相應(yīng)的下沉(或上抬)變形:當距離隧道軸較遠時，樁端位于沉降槽下，樁則是由于上部(松動區(qū)內(nèi)部分)受到移動土體作用而發(fā)生相應(yīng)的下沉(或上抬)變形。對于土體的豎向位移，由于盾構(gòu)掘進引起的土體變形規(guī)律可知:在豎向方向上，隧道軸線附近較大，往兩側(cè)則減小，特別是往下減少得非常快；在水平方向上主要發(fā)生在距隧道軸四倍隧道半徑的范圍內(nèi)。因此，當樁距隧道軸的水平距離超過四倍隧道半徑時，可以認為其不受盾構(gòu)隧道施工的影響，在范圍內(nèi)時則考慮其受到盾構(gòu)隧道施工的影響。對于樁1，其位置土體的水平變位相對較小，可以不考慮其受到土體水平移動的影響。樁2、樁3、樁4當距隧道軸線的水平距離不超過四倍隧道半徑時應(yīng)考慮土體水平變形引起的附加內(nèi)力和變形。2.1.3盾構(gòu)各施工階段對樁基的影響機理盾構(gòu)施工是一個動態(tài)的過程，由于施工中盾構(gòu)位置的不斷變化，沿隧道縱向，盾構(gòu)與樁的位置關(guān)系不斷變化，從而對樁產(chǎn)生不斷變化的影響。根據(jù)盾構(gòu)施工的特點，一般可把盾構(gòu)與樁相對位置關(guān)系的變化過程分為五個階段，如圖2.5所示，不同的階段盾構(gòu)對樁的影響機理和程度等有所不同。圖2.5不同推進階段樁和盾構(gòu)的位置關(guān)系示意圖（1）盾構(gòu)到達樁前(距離較遠時):指自盾構(gòu)隧道開挖面距樁還有相當距離(數(shù)十米)的時候開始，直到開挖面到達樁之前的階段。這階段主要是由于盾構(gòu)施工引起水位下降，地層有效壓力增加而產(chǎn)生的壓縮固結(jié)沉降。這種沉降一般是越靠近地表沉降值越大，由于地層的這種不均勻沉降作用，樁發(fā)生新的沉降，且會在樁的上部引起負摩阻力，加大了外力作用而減小了樁基的承載力。需對樁的沉降和承載力同時進行檢算。（；（4）盾尾脫出時:此時樁位于盾尾間隙處。由于盾尾間隙的存在、漿液的作用、管片的變形、管片漏水等引起地層應(yīng)力釋放或負載、土體有效壓力的增加而產(chǎn)生地層豎向和水平的彈塑性變形和壓密沉降，進而引起樁的水平位移和豎向位移以及相應(yīng)的內(nèi)力.如果盾構(gòu)從樁下穿過時，由于盾尾間隙的存在，可能會發(fā)生剪切破壞，應(yīng)進行驗算；對于隧道兩側(cè)樁的樁2,3也可能會因間隙的存在而發(fā)生滑動破壞；（5）盾構(gòu)通過樁后:由于前面各階段引起的土體擾動等導(dǎo)致的固結(jié)和蠕變殘余變形沉降，在樁上產(chǎn)生負摩阻力而引起樁的沉降和外力的增大。由以上各階段的分析可以看出，對于樁基，由于受盾構(gòu)施工的影響，可能會因周圍土體的移動作用而產(chǎn)生新的變形和內(nèi)力。并且，由于盾構(gòu)施工時開挖面土體的挖掘和盾尾脫出后間隙的存在，周圍土體可能會在樁基的作用下發(fā)生坍塌，從而引起樁的極限承載破壞。2.2盾構(gòu)穿越施工的對策2.2.1盾構(gòu)對樁基影響程度預(yù)測為確定近鄰樁基受盾構(gòu)施工的影響程度以及是否需要采取措施和采取哪些措施，設(shè)計中必須對已有樁基進行變形、內(nèi)力等預(yù)測分析，定量掌握其受盾構(gòu)施工的影響程度。主要有兩種預(yù)測方法:1)將樁基和地層分開考慮的隔離法；2)將樁基和土層作為一整體考慮的整體分析法。（1）隔離法隔離法的思想是把樁基和地基分開考慮，把地基對樁的作用簡化為相應(yīng)的力或位移施加在樁基上，然后進行求解?？煞譃榱Ψê臀灰品?。力法是首先通過相應(yīng)的假定求得因地層移動而在樁上產(chǎn)生的作用力，然后將此力作用在樁上進行求解。此法目前主要應(yīng)用于盾構(gòu)掌子面的推力作用引起地層水平移動而對樁產(chǎn)生水平變形和產(chǎn)生相應(yīng)內(nèi)力的情況。位移法是首先進行地基變形預(yù)測分析，然后將盾構(gòu)掘進引起的地基變化作為樁基的輸入條件進行結(jié)構(gòu)分析。分析中又可根據(jù)樁基結(jié)構(gòu)情況分為兩種方法:1)將地層的變形作為樁基的變形，主要適用于剛度相對較小的柔性樁；2)給樁施加相當于地層變形而產(chǎn)生的土壓力。該方法適用于剛度大，變形受自身剛度影響大的樁。對于此類結(jié)構(gòu)物在進行預(yù)測分析時，一般可以將盾構(gòu)施工時引起的地層變形對樁的影響轉(zhuǎn)化為作用力作用在結(jié)構(gòu)物上，可用地基梁模型來進行分析。（2）整體分析法將土層和結(jié)構(gòu)物作為一整體來進行分析。一般需要用有限元等數(shù)值方法來進行計算分析。在分析中，因為存在地層單元和結(jié)構(gòu)物分離的可能性，一般需要在樁基基礎(chǔ)和地基、管片襯砌和周圍土層之間設(shè)定特殊的接觸面單元。對于盾構(gòu)施工工藝影響的模擬，一般要考慮開挖面壓力的模擬、盾尾間隙和注漿的模擬、管片襯砌的模擬。對于注漿可以采用下面兩種方法來模擬：一是通過調(diào)整隧道周邊地層釋放荷載的大小來反映注漿遲早等注漿參數(shù)的影響；一是將注漿開始時間、注漿壓力、注漿量等作為地層移動的影響因素，在確定盾尾間隙量時綜合反映其影響。盾構(gòu)施工對樁基的影響是一個動態(tài)發(fā)展的過程，盾構(gòu)的位置不同地層的變形情況就不同，用三維模型進行分析比較合適，且在分析時應(yīng)模擬以下工況：1)盾構(gòu)開挖面接近樁基時；2)盾構(gòu)通過樁基時；3)盾尾脫出樁基時。盾構(gòu)隧道本身的三維模擬已比較復(fù)雜困難，再加上樁基結(jié)構(gòu)物，模擬起來就更有難度，對計算機的要求較高，比較費時，目前，僅有采用簡單的邊界條件或土體模型進行模擬計算的報道，工程實用還有一定的困難。2.2.2積極保護措施積極的保護措施指通過對施工參數(shù)的優(yōu)化來減少對樁基的不利影響。盾構(gòu)隧道沿線附近的樁基保護，應(yīng)首先把重點放在積極保護方法上。在施工前，首先根據(jù)經(jīng)驗選取施工參數(shù)，然后通過對地面變形和對樁基影響的預(yù)測，優(yōu)化選取和本工程相適宜的施工參數(shù)；施工時，通過信息化施工，進一步優(yōu)化施工參數(shù)，精心控制地層變形，使其不至于影響周圍樁基的正常使用或安全。（1）盾構(gòu)機型的選擇在隧道施工之前，一個首要的問題是選用何種類型的盾構(gòu)掘進機，這直接影響到施工的安全、經(jīng)濟。盾構(gòu)掘進機的選擇一般需要根據(jù)隧道所處土層的地質(zhì)情況等綜合考慮。當盾構(gòu)隧道需要近鄰穿越大量的樁基建筑物、結(jié)構(gòu)物，盾構(gòu)選型時應(yīng)對隧道沿線的樁基情況給予考慮。樁基的存在可能影響到隧道掌子面、盾尾間隙的穩(wěn)定，特別是盾構(gòu)近距從樁下或樁間穿過時，出于對上部建筑物、結(jié)構(gòu)物保護的考慮，宜選擇掌子面穩(wěn)定機構(gòu)性能優(yōu)越、后尾間隙能夠盡快充填的盾構(gòu)機型，即應(yīng)選擇土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)、復(fù)合盾構(gòu)等先進的機型。（2）開挖面穩(wěn)定的控制為了防止開挖面土體的坍塌破壞，必須在施工時對開挖面進行控制。由于土壓平衡掘進模式能夠?qū)﹂_挖面提供較大的支撐力，維持開挖面良好的穩(wěn)定，在通過樁基段時，應(yīng)采用土壓平衡掘進模式來維持開挖面的穩(wěn)定。本區(qū)間隧道施工采用的是德國海瑞克土壓平衡式盾構(gòu)。對于土壓式盾構(gòu)，主要是通過土艙內(nèi)開挖土體的塑流化控制和土倉內(nèi)的土壓力控制來實現(xiàn)開挖面的穩(wěn)定。為此，必須使刀具切下的土砂呈塑性流動，充滿于土倉內(nèi)以控制開挖面穩(wěn)定；能夠用螺旋輸送機和排土調(diào)整裝置來調(diào)整排土，使之與切削土量保持平衡，并使土室內(nèi)的土砂有一定壓力，以抵抗開挖面的土壓力、水壓力；能夠用土室內(nèi)和螺旋輸送機內(nèi)的土砂獲得止水效果。前者是將所開挖土體的流動性加以改良達到能夠用螺旋輸送機調(diào)節(jié)開挖土量的一種控制，后者是采用螺旋輸送機調(diào)節(jié)挖取土量而保持一定泥土壓力的控制。當僅通過刀盤切削、攪拌，所開挖土體的流動性不能滿足要求時，可通過添加水、泡沫、以粘土或膨潤土為主的制泥材料等外加劑來改善開挖土砂的塑性流動性和止水性能，使之能夠通過螺旋輸送機來調(diào)節(jié)開挖土量。一般應(yīng)先根據(jù)地質(zhì)勘查等資料所進行的計算和有關(guān)試驗來確定外加劑的物理性質(zhì)和注入率，然后再在施工中按照排土情況和坍落度判斷塑流是否適當，并對注入量進行必要調(diào)整。對于開挖面土壓的控制，首先要確定目標土壓，然后在推進過程中，用土壓計檢驗開挖面土壓力的變化情況，再通過調(diào)節(jié)排土量來維持目標土壓值。在盾構(gòu)施工過程中，目標土壓的設(shè)定要考慮地層土壓力、地下水壓力(孔隙水壓力)，并考慮預(yù)備壓力。地層的水土壓力可以按主動土壓力、靜止土壓力、松弛土壓力等理論公式來確定，根據(jù)實踐經(jīng)驗一般設(shè)定為理論值(靜止土壓+水壓)的105%-115%。也可以把盾構(gòu)停止推進時開挖面土壓計的測定值近似地看作為土艙壓力，并設(shè)定為目標土壓。目標土壓一般難以準確確定，再加上作用于開挖面的壓力隨土艙內(nèi)土砂狀況而不同，因此，在施工中還要根據(jù)掘進時的監(jiān)測、檢測等來動態(tài)調(diào)整，以確定最佳的控制壓力。對于土壓平衡盾構(gòu)，土艙壓力的調(diào)整是通過推進速度、排土量的正確匹配來實現(xiàn)的。若推進速度加快而出土率減小，則土艙內(nèi)壓力增大，地層損失減??；反之推進速度放慢，出土率增加，則土艙壓力下降，地層損失增大。一般可以在設(shè)定推進速度后，通過調(diào)節(jié)螺旋輸送機的排土量來調(diào)整正面土壓。不同的土艙壓力對應(yīng)著不同的土體位移狀態(tài)，當土艙壓力大于開挖面土體的靜止土壓力時，土體背離盾構(gòu)移動，地面隆起；當土艙壓力小于開挖面土體的靜止土壓力時，土體向盾構(gòu)土艙內(nèi)移動，容易產(chǎn)生地表沉降?？紤]到樁基超載的影響，在樁基段應(yīng)選取比一般地段略偏大的目標值，同時要注意調(diào)整掘進速度和排土量使前艙壓力的波動控制在最小幅度。盾構(gòu)推進速度與土艙正面壓力、千斤頂推力、土艙內(nèi)開挖土體性質(zhì)等相關(guān)。其選取應(yīng)盡量使土體受到的是切削而不是擠壓。不同的地質(zhì)條件推進速度不同，實際施工中可根據(jù)盾構(gòu)施工的實際情況選一較穩(wěn)定的值。另外，盾構(gòu)停止推進時，會因正面土壓力的作用而后退，增大周圍地層的變形，因此施工中宜保持施工的連續(xù)性，當必須停止推進時，務(wù)必作好防止后退的措施，以減少停機期間對周圍環(huán)境的影響。（3）盾構(gòu)機姿態(tài)的調(diào)整盾構(gòu)推進時，其姿態(tài)控制的好壞與周圍環(huán)境的受影響程度有很大的關(guān)系。當盾構(gòu)機姿態(tài)處于正常推進時，盾構(gòu)機行進在設(shè)計軸線上，地表的隆沉則會控制在正常的范圍內(nèi)；而當盾構(gòu)機出現(xiàn)偏移、叩頭、抬頭推進時，會引起過量的地層損失，帶來很大的地表變形。同時盾構(gòu)的位置直接決定了襯砌的位置，該位置是否符合設(shè)計要求，將決定隧道的使用功能，所以保持盾構(gòu)機姿態(tài)的正常位置，是盾構(gòu)法施工中的又一重要環(huán)節(jié)。盾構(gòu)在推進過程中，其受力狀態(tài)決定了它的姿態(tài)及其變化。當從樁下穿或側(cè)穿過時由于超載在盾構(gòu)機上的不均勻作用，容易引起盾構(gòu)機姿態(tài)的改變，因此在樁基段的施工中要加強盾構(gòu)姿態(tài)的控制。在盾構(gòu)進入樁基段前，事先對盾構(gòu)機進行調(diào)整或糾偏，使其處于良好的姿態(tài)；在進入樁基段后，要加強控制，及時調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，減少在樁基段因糾偏或超挖而引起的地層損失。（4）同步注漿和二次注漿由于盾尾殼板和便于管片盾尾內(nèi)安裝及盾構(gòu)糾偏需要，在盾尾內(nèi)面與管片外徑之間要留一定的空隙，為了減少此階段隧道周圍地層的變形、提高隧道的止水性能、確保管片襯砌的早期穩(wěn)定性，需要采用注漿的方式對此空隙進行填充。尤其是為了減少因盾尾間隙而引起周圍地層的變形。注漿主要參數(shù)為注漿材料、注漿壓力、注漿量和注漿時間。①注漿材料一般選用合理配比和性質(zhì)優(yōu)良的材料，稠度值一般控制在10.5～11.0，容重近似原狀土。②注漿壓力在理論上只須使?jié){液壓入口的壓力大于該處水土壓力之和，即能使建筑空隙得以充盈。但因?qū)嶋H注漿量大于計算注漿量，超體積漿液必須用適當高于計算的壓力方可壓入建筑空隙。但壓力也不能過大，因為會使周圍土層產(chǎn)生劈裂，管片外的土層將會被漿液擾動而造成較大的后期沉降及隧道本身的沉降。實踐上多采用注漿壓力為1.1～1.2倍靜止水土壓力。③注漿量的確定是以盾尾建筑空隙量為基礎(chǔ)并結(jié)合地層、線路及掘進方式等考慮適當?shù)娘枬M系數(shù)，以保證達到充填密實的目的。根據(jù)施工實際這里的飽滿系數(shù)包括由注漿壓力產(chǎn)生的壓密系數(shù)、取決于地質(zhì)情況的土質(zhì)系數(shù)、施工消耗系數(shù)、由掘進方式產(chǎn)生的超挖系數(shù)等。一個行程的注漿量：(2.7)式中：D1—理論掘削半徑；D2—管片外徑；m—行程長度；—注入率；主要和以下因素有關(guān)：注入壓力決定的壓密系數(shù)，土質(zhì)系數(shù)，施工損耗系數(shù)，超挖系數(shù)。根據(jù)《地下鐵道工程施工與驗收規(guī)范》要求，注漿時壁后空隙應(yīng)全部充填密實，注漿量應(yīng)控制在130%~180%之間。④注漿方式按實施時間可分類如下:同步注漿、半同步注漿、即時注漿和后方注漿。同步注漿是在盾尾間隙的產(chǎn)生與注漿充填處理沒有時差的狀態(tài)下實施的。在樁基段，為了較少盾尾間隙對樁基的影響，應(yīng)采用同步注漿。對注漿作業(yè)應(yīng)精細管理，分為壓力管理和數(shù)量管理。所謂壓力管理，就是進行注漿時須隨時保持預(yù)先設(shè)定的壓力值，因此，注漿量不是固定的。數(shù)量管理，就是每次都是注入一定數(shù)量的漿液，從而注漿的壓力是變化的。在樁基段特別是從樁下穿過時，要以壓力管理為主，同時兼顧數(shù)量管理。由于盾構(gòu)機在掘進中，同步注漿的注漿量很大，而且設(shè)備難免有時出現(xiàn)故障、人為操作因素等原因影響，難以使管片與圍巖之間的間隙達到100%密實，為確保施工質(zhì)量與施工安全，減少對樁基的不利影響，必要時需對管片環(huán)進行二次補強注漿(壓密注漿)。（5）管片拼裝在推進完成后，必須迅速地按照所定的方法正確、質(zhì)量良好地完成一次襯砌的施工。一般，一次襯砌是在推進完了后迅速地將幾塊管片組成環(huán)狀，必須使盾構(gòu)處于可隨時進行下一次推進的狀態(tài)。當管片受到樁基超載時，管片處于相對不利的狀態(tài)，因此，在施工中要保持管片襯砌的真圓度、接頭螺栓的緊固等，避免出現(xiàn)大的錯臺，同時防止管片裂縫、掉塊等削弱其剛度和強度等，使其實際狀態(tài)盡量和設(shè)計模型一致。為此，在組裝管片時，需依照組裝管片的順序從下部開始逐次收回千斤頂。組裝前必須徹底清掃，防止產(chǎn)生錯臺和存有雜物，管片間應(yīng)互相密貼。必須注意對管片的保管、運輸及在盾尾內(nèi)進行的安裝工作。對于管片的臨時放置問題，應(yīng)防止變形及裂紋的出現(xiàn)，防止倒轉(zhuǎn)時損傷防水材料及管片端部。組裝K型管片時，應(yīng)從微動裝置準確地插入，嚴防管片周圍受到損傷，嚴防產(chǎn)生錯臺和存有夾雜物。保持襯砌環(huán)的真圓度對確保隧道斷面尺寸，提高施工速度及防水效果，減少地表下沉等到甚為重要。除了在組裝時應(yīng)確保真圓度外，在從離開盾尾至注漿材料凝固時止的期間內(nèi)，采用真圓度保持設(shè)備，對確保襯砌環(huán)的組裝精度是有效的。必須用規(guī)定的力緊固襯砌接頭螺栓，但不準損害組裝好的管片。由于盾構(gòu)推進時的推力要傳遞到到相當遠的距離，故必須在此推力的影響消失后，進行再次緊固螺栓。2.2.3工程措施工程措施主要指通過諸如隔斷、土體加固、托換等工程方法來保護周圍樁基。對于對地層變形比較敏感且影響后果比較嚴重的樁基，僅通過盾構(gòu)各施工參數(shù)的優(yōu)化可能不能滿足安全控制要求，還需要采取有效的工程保護措施。下面是一些常見的方法。（1）隔斷法當盾構(gòu)從樁基側(cè)面穿過時，在盾構(gòu)隧道和樁基之間設(shè)置隔斷墻等，阻斷盾構(gòu)機掘進造成的地基變位，以減少對樁基的影響，避免樁基破壞的工程保護法稱為隔斷法。這種方法需要樁基基礎(chǔ)和隧道之間有一定的施工空間,如圖2.6所示。隔斷墻墻體可由鋼板樁、地下連續(xù)墻、樹根樁、深層攪拌樁和挖孔樁等構(gòu)成，主要用于承受由地下工程施工引起的側(cè)向土壓力和由地基差異沉降產(chǎn)生的負摩阻力。為防止隔斷墻側(cè)向位移，還可在墻頂部構(gòu)筑聯(lián)系梁并以地錨支承。同時還要注意隔斷墻本身的施工也是近鄰施工，施工時也要控制對周圍土體的影響。圖2.6隔斷法處理措施（2）土體加固土體加固包括隧道周圍土體的加固和樁基地基的加固。前者是通過增大盾構(gòu)隧道周圍土體的強度和剛度來減少或防止周圍土體產(chǎn)生擾動和松弛，從而減少對近鄰樁基的影響，保證樁基的正常使用和安全。后者是通過加固樁基地基，提高其承載強度和剛度而抑制樁基的沉降變形。這兩種加固措施一般都采用化學注漿、噴射攪拌等地基加固的方法來進行施工，如圖2.7所示。當?shù)孛婢哂惺┕l件時，可采用從地面進行注漿或噴射攪拌的方式來進行施工；當?shù)孛娌痪邆涫┕l件或不便從地面施工時，可以采用洞內(nèi)處理的方式，主要是洞內(nèi)注漿。圖2.7土體加固處理措施（3）樁基托換樁基托換就是將上部結(jié)構(gòu)對樁基的荷載，通過托換的方式轉(zhuǎn)移到新建基礎(chǔ)上去的工程方法。在盾構(gòu)隧道施工中可能存在以下兩種情況，①盾構(gòu)隧道從樁側(cè)、樁底近鄰?fù)ㄟ^；②盾構(gòu)隧道穿過樁體本身，樁成為盾構(gòu)施工的障礙，需要清除。對于情況①，如果盾構(gòu)施工引起樁承載力的大幅下降、變形超過限值，則可通過樁基托換來進行處理，對于情況②一般都需要進行托換處理。樁基托換因上部結(jié)構(gòu)物的型式、重量等不同而有不同的施工方法。常見的有①承壓板方式，如圖2.8所示；②樁基轉(zhuǎn)換層方式，見圖2.9；③樁基轉(zhuǎn)換層與承壓板共用方式。可根據(jù)盾構(gòu)機的靠近程度、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物狀況、地基狀況等分別選用。①承壓板方式本方法是把基礎(chǔ)樁的荷載盡可能地分布到盾構(gòu)上部的地層中，來保護上部結(jié)構(gòu)物的一種工程方法。在盾構(gòu)隧道施工前，事先在既有結(jié)構(gòu)物的下面設(shè)置承壓板(鋼筋混凝土的)，將結(jié)構(gòu)物的荷載用千斤頂頂替到承壓板上，再切斷基礎(chǔ)樁，以排除己有樁下沉造成的影響。盾構(gòu)通過時，要經(jīng)常觀測結(jié)構(gòu)物各點的位移，基于其數(shù)據(jù)調(diào)整千斤頂?shù)男谐?，防護結(jié)構(gòu)物。盾構(gòu)通過后在因盾構(gòu)機通過而產(chǎn)生松動的地基穩(wěn)定后，確認己有樁的承載力，在承壓板與基礎(chǔ)之間澆筑固定棍凝土，使其成為整體。圖2.8承壓板方法承壓板的施工范圍根據(jù)盾構(gòu)推進對地層的擾動范圍決定。設(shè)計時可以采用彈性地基梁或板模式計算，但應(yīng)考慮盾構(gòu)施工引起的地層松弛影響。承壓板方式宜用于重量較輕的建筑物，多在情況①時應(yīng)用。在軟弱地層中承壓板的承載力不充分時，應(yīng)進行地層改良或設(shè)支承樁。②樁基轉(zhuǎn)換層方式本方法是，在不妨礙盾構(gòu)隧道施工的位置重新設(shè)樁，在原基礎(chǔ)承臺下或附近設(shè)置轉(zhuǎn)換層，靠新建的樁和轉(zhuǎn)換層來支撐上部結(jié)構(gòu)物，從而把上部荷載傳遞到隧道以下深部地層或離隧道較遠的地層，如圖2.9所示。圖2.9樁基轉(zhuǎn)換層方法首先進行新設(shè)樁和轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的施工，然后采用液壓千斤頂進行預(yù)加荷載施工，將現(xiàn)有樁基支撐的建筑物荷載托換到新建轉(zhuǎn)換層和樁基上。對于新建樁，要根據(jù)工程實際選擇適宜的樁型。目前比較成熟的托換樁型有:室內(nèi)靜壓樁，微型鉆孔樁，人工挖孔灌注樁，室內(nèi)鉆孔灌注樁等。同時，要注意新建樁的合理布局，盡量減少盾構(gòu)施工對其影響，使新建樁與周圍舊樁保持合理的間距，也應(yīng)使轉(zhuǎn)換層的跨度不要太大。新建樁對于舊樁及上部結(jié)構(gòu)來說也是鄰近施工，在施工時也要盡量減少對周圍的影響。另外，為了提高新樁的承載力，減少新建樁的沉降變形，可在樁側(cè)或樁底采用后壓注漿施工。在托換結(jié)構(gòu)體系中，轉(zhuǎn)換層承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載并將這些荷載傳遞給下部托換樁基，起著承上啟下的作用。轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)型有板式、梁板式、梁式、拱式、析架式等。應(yīng)用是要根據(jù)工程的實際來選擇相應(yīng)的形式。其中梁式轉(zhuǎn)換層具有布置靈活、結(jié)構(gòu)合理可靠、造價較低，便于原樁與上部結(jié)構(gòu)分離等特點，在一般工程中應(yīng)用較多。對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來說，不僅要滿足承載力的要求，更要具有足夠的剛度以滿足變形的要求。當受客觀條件限制難以滿足要求時，可采用預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)形式來滿足變形要求。另外，還要處理好新建轉(zhuǎn)換層和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的連接問題。一般常采用鑿毛、企口、植筋、涂刷界面處理劑、樁換層結(jié)構(gòu)采用微膨脹混凝土等措施來對界面進行處理。預(yù)加荷載施工有兩種方式:1)在切斷支撐現(xiàn)有建筑物的基樁時進行預(yù)加載施工，將荷載傳遞到新樁，用于對結(jié)構(gòu)變形要求不甚嚴格的情況;2）在切斷支撐現(xiàn)有建筑物的基樁之前進行預(yù)加載，消除部分新樁和轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的變形，用于變形要求嚴格的情形。另外，托換時要密切監(jiān)視荷載變化、位移等。在盾構(gòu)通過前將被拖換樁與上部結(jié)構(gòu)之間切斷。如果被拖換樁侵入隧道輪廓，在盾構(gòu)通過前還需將其清除(木樁也可以在盾構(gòu)通過時用盾構(gòu)機挖除)。另外，在清除障礙樁后要進行回填處理，根據(jù)情況實施地基改良，以便使盾構(gòu)機能順利通過。盾構(gòu)機通過時一般伴隨著周圍地基的擾動，因此，該方式適用于新設(shè)樁固定在比盾構(gòu)機所處位置更深的地基上或離隧道較遠的位置，而受盾構(gòu)機通過影響較小的場合。③樁基轉(zhuǎn)換層與承壓板共用方式該方式是在盾構(gòu)機通過時新設(shè)樁受影響較大的情況下使用的。以新設(shè)樁和轉(zhuǎn)換層為耐壓板，在轉(zhuǎn)換層與現(xiàn)有建筑物之間設(shè)置液壓千斤頂和支撐千斤頂，在臨時支撐狀態(tài)下讓盾構(gòu)機通過。盾構(gòu)機通過時地基擾動造成的新設(shè)樁的位移用液壓千斤頂進行調(diào)整。然后，待地基松動穩(wěn)定后進行主體托換及修復(fù)施工。另外在進行托換設(shè)計和施工時，還要注意以下幾個方面的問題：a對于托換結(jié)構(gòu)體系來說，既有因托換荷載作用而產(chǎn)生的變形，又有受盾構(gòu)施工影響所產(chǎn)生的變形；b對于被托換結(jié)構(gòu)來說，己建好若干年，經(jīng)歷過一系列荷載作用與內(nèi)力重分布過程，對托換及盾構(gòu)施工造成的變形非常敏感，且托換結(jié)構(gòu)體系大部分變形是在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)分離后短時間內(nèi)完成的，故托換工程對控制不均勻變形的要求比新建工程更高；c上部結(jié)構(gòu)物一般僅是部分樁基進行了托換，而未托換樁基的沉降變形已經(jīng)穩(wěn)定，為避免托換區(qū)與非托換區(qū)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的相對沉降變形，要求托換結(jié)構(gòu)體系的沉降量應(yīng)盡量?。籨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下具有徐變性，采用其作為托換結(jié)構(gòu)時，既要考慮其在托換時托換荷載作用下的短期變形，又須考慮托換完成后使用階段的長期變形；e如果需要進行樁基托換的是建筑樁基，由于托換工作大部分需要在建筑物室內(nèi)進行，作業(yè)空間受到限制，托換結(jié)構(gòu)的施工一般需要采用小巧的設(shè)備。3施工對淺基礎(chǔ)的影響機理盾構(gòu)施工將引起一定范圍內(nèi)地層的變形。對于位于影響范圍內(nèi)的建筑物，由于地基土體的變形而導(dǎo)致其外力條件和支承狀態(tài)發(fā)生變化，而外力條件的變化又將使已有建筑物發(fā)生沉降、傾斜、斷面變形等現(xiàn)象。因此，外力條件和支承狀態(tài)有無變化及變化程度，將隨已有建筑物與盾構(gòu)隧道的位置關(guān)系、地基土的性質(zhì)、已有建筑物的結(jié)構(gòu)條件和剛度等的不同而不同。外力條件的變化類型主要有以下4種：(1)地層應(yīng)力釋放引起的彈塑性變形，導(dǎo)致建筑物地基反力的大小和分布發(fā)生變化。這主要由開挖面坍塌、盾構(gòu)蛇行與超挖、盾尾間隙的產(chǎn)生、襯砌變形等引起；(2)因有效覆土壓力的增大而導(dǎo)致的土體壓密沉降，使建筑物地基的垂直土壓力增大。這主要是由各種因素導(dǎo)致的水位下降而引起；(3)因土體負載而導(dǎo)致的彈塑性變形，使建筑物地基的土體壓力增大。這主要是由盾構(gòu)推力過大、盾構(gòu)與周圍土體間的摩擦、壁后注漿壓力等引起；(4)因土性變化而導(dǎo)致的彈塑性沉降和蠕變沉降，引起建筑物地基的反力分布發(fā)生變化。它主要是由于盾構(gòu)施工對周圍土體的擾動而使土性發(fā)生變化所引起。3.1隧道開挖對上部建筑物的變形影響盾構(gòu)隧道開挖對建筑物的變形主要體現(xiàn)在其開挖造成的沉陷糟對上部結(jié)構(gòu)的作用，這些變形參數(shù)包括：①地基土體的豎向位移(沉降)；②基礎(chǔ)兩角點的差異沉降；③水平位移；④壓縮應(yīng)變；⑤拉伸應(yīng)變；⑥沉降曲線的曲率半徑；⑦斜率。根據(jù)已有研究，相關(guān)的變形參數(shù)的橫截面的性狀示如圖3.1所示。當建筑物基底受到來自圖3.1中土體的變形時，會在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的梁柱以及基礎(chǔ)發(fā)生相應(yīng)的變形和內(nèi)力改變。以上變形參數(shù)對結(jié)構(gòu)的影響效果是不一樣的。對于磚石等結(jié)構(gòu)來說，沉降、水平位移及拉伸應(yīng)變是主要的破壞因素，而對某些尺寸的結(jié)構(gòu)來說，曲率的影響則是主要的。對鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，差異沉降有時則是最大的破壞因素。下面對主要的三種破壞因素進行說明。圖3.1沉降槽橫截面上的豎向位移、水平位移與水平應(yīng)變3.1.1地表不均勻沉降(傾斜)建筑物一般對地面均勻沉降(或隆起)并不敏感，造成建筑物破壞的原因主要是不均勻沉降(或隆起)。地表的沉降(或隆起)差值常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件受剪扭曲而破壞，尤其框架結(jié)構(gòu)一般對沉降(或隆起)差值比較敏感。地表的傾斜則對底面積小、高度大的建(構(gòu))筑物影響較大，能使高聳建(構(gòu))筑物的重心發(fā)生偏斜，引起應(yīng)力重分配。傾斜大時，還會使建筑物的重心落在基礎(chǔ)底面積之外而使其發(fā)生折斷或傾倒，但這種情況很少。3.1.2地表曲率由于地表曲率變化造成對建筑物的損害程度較大，在負曲率地表相對下凹作用下，建筑物的中央部位懸空，使墻體產(chǎn)生正“八”字裂縫和水平裂縫。如果建筑物長度過大，則在重力作用下，建筑物將會從底部斷裂，使建筑物破壞；在曲率(地表相對上凸)的作用下，建筑物的兩端將會部分懸空，使建筑物產(chǎn)生倒“八”字裂縫，嚴重時會出現(xiàn)房架或梁的端部從墻體或柱內(nèi)抽出，造成建筑物倒塌。建筑物因地表彎曲而導(dǎo)致的損害是一種常見的隧道開挖損害形式，這種損害與地基本身的力學性質(zhì)有關(guān)，更與開挖引起的地表變形有關(guān)。3.1.3地表水平變形地表水平變形有拉伸和壓縮兩種，它對建筑物的破壞作用很大，尤其是拉伸的影響，建筑物抵抗拉伸變形的能力遠小于抵抗壓縮變形的能力。由于建筑對地表拉伸變形非常敏感，位于地表拉伸區(qū)的建筑物，其基礎(chǔ)側(cè)面、底面均受自地基底外向摩擦力作用，基礎(chǔ)側(cè)面受來自地基底外向水平推力作用，建筑物抗拉伸作用的能力很小，不大的拉伸變形足以使建筑物開裂。地表壓縮變形對于其上部建筑物作用的方式也是通過地基對基礎(chǔ)側(cè)面推力與底面摩擦力施加的，其力的方向與拉伸時相反。一般建筑物對壓縮具有較大的抵抗能力，但若壓縮變形過大，同樣可以對建筑物造成損害。在盾構(gòu)施工中，地表隆起或沉降是動態(tài)發(fā)展的過程，因此，對建筑物的影響也是一個動態(tài)發(fā)展的過程。一般情況下，建筑物首先受地表隆起的影響(正曲率)，然后受下沉的影響(負曲率)，且下降的幅度越來越大。此外，建筑物的破壞往往是幾種變形共同作用的結(jié)果。在一般的情況下，地表的拉伸和正曲率同時出現(xiàn)；地表的壓縮和負曲率同時出現(xiàn)。3.2建筑結(jié)構(gòu)抵抗變形的性能當建筑物受到來自隧道開挖引起的變形時，結(jié)構(gòu)本身在不同條件下有不同的響應(yīng)，這包括：①基礎(chǔ)的剛度；②上部結(jié)構(gòu)的剛度；③結(jié)構(gòu)所處沉降槽的位置；④基礎(chǔ)的寬度；⑤結(jié)構(gòu)的尺寸及形式等等。不同的結(jié)構(gòu)形式對抵抗變形也許是關(guān)鍵的。箱形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)的整體剛度顯然較獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)要好，因而能抵抗沉降、差異沉降、水平位移、拉壓應(yīng)變等多種形式的地基土體的變形。而獨立基礎(chǔ)對抵抗拉壓應(yīng)變、差異沉降的能力相對弱些，因而在隧道修建過程中產(chǎn)生較大的位移，從而導(dǎo)致正常使用功能上的喪失。3.2.1基礎(chǔ)剛度基礎(chǔ)的剛度變化是一個重要的因素。圖3.2列舉了剛度變化時基礎(chǔ)與地基土體的相對變形情況，其中(a)為絕對剛性基礎(chǔ)在沉降槽中的沉降，由圖可知該工況下基礎(chǔ)只發(fā)生剛性位移，(b)為絕對柔性基礎(chǔ)在沉降槽中的變形，它完全順從于沉降曲線的線形變化，(c)展示的是基礎(chǔ)與地基均發(fā)生變形的情況，它符合大多數(shù)工程實踐。圖3.2凹曲區(qū)域中基礎(chǔ)各種可能的變形3.2.2結(jié)構(gòu)所處沉降槽的不同位置一般地來說，上部結(jié)構(gòu)相對于隧道中心的位置決定了結(jié)構(gòu)自身的內(nèi)力與變形的響應(yīng)情況。圖3.2所列為基礎(chǔ)處于沉降槽中心的情況，及隧道中心與結(jié)構(gòu)中心重合。圖3.3展示了基礎(chǔ)處于沉降槽不同部位的情況。(a)表示基礎(chǔ)一部分處于正曲率區(qū)一部分處于負曲率區(qū)的情況，(b)表示基礎(chǔ)處于正曲率區(qū)的情況。圖3.3基礎(chǔ)處于沉降槽正負曲率區(qū)域變形的情況3.3建筑結(jié)構(gòu)在地表變形下的破壞模式3.3.1上部結(jié)構(gòu)的破壞模式上部結(jié)構(gòu)的破壞以裂隙的發(fā)生與發(fā)展為特征，而裂隙的位置與形式則與處于沉降槽的位置有關(guān)。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，磚石結(jié)構(gòu)等剪切破壞一般有正八字形破壞及反八字形破壞，如圖3.4所示。其中正八字形的裂隙開展模式多發(fā)生在沉降槽的下凹段，反八字形多發(fā)生在上凸段。圖3.4上部結(jié)構(gòu)的裂縫開展部位拉伸破壞的模式如圖3.5所示。圖3.5拉伸破壞示意圖3.3.2基礎(chǔ)的破壞模式基礎(chǔ)梁板的破壞為彎曲破壞與剪切破壞，其裂縫的出現(xiàn)與開展如圖3.6所示。但是，在各種荷載的作用下，有時是彎曲與剪切綜合作用的情況，需要區(qū)別對待。圖3.6基礎(chǔ)梁板的純彎曲與純剪切破壞4穿越冶金賓館時采用的輔助措施4.1荷載轉(zhuǎn)移對于除8-2樁以外的其他樁基，采用荷載轉(zhuǎn)移措施進行保護。荷載轉(zhuǎn)移措施主要是在地面一層的框架柱之間加設(shè)臨時斜撐（鋼撐），變框架體系為桁架體系，在下部樁基由于盾構(gòu)掘進引起突然下沉時將力傳至兩側(cè)承臺上，在同步注漿及跟蹤注漿達到預(yù)期強度后再拆除，并實現(xiàn)受力體系的轉(zhuǎn)換，如圖4.1所示。其目的主要是利用鋼支撐將盾構(gòu)隧道開挖后由中間承臺分擔的一部分荷載有效的轉(zhuǎn)移兩側(cè)承臺，同時對上部結(jié)構(gòu)起到支撐作用，防止基礎(chǔ)發(fā)生過大沉降時建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生局部內(nèi)力增加和變形過大的情況。圖4.1樁柱荷載轉(zhuǎn)移示意圖在本穿越工程中，在盾構(gòu)機達到前對建筑物承力柱采用鋼斜撐將單樁承載力按照300t計算，使用兩根Ф400×12鋼管進行支撐，傳力至兩側(cè)承臺上，在注漿達到預(yù)期強度后再拆除，并實現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換,鋼支撐作業(yè)情況如圖4.2所示。圖4.2荷載轉(zhuǎn)移施工4.2樁基托換樁基托換即在既有樁基承臺下方施筑托換梁，把被托換樁與托換梁連接起來，使上部的荷載轉(zhuǎn)換到托換梁上，再通過托換梁傳遞到托換樁上，以替代原來的樁承受上部荷載，是目前盾構(gòu)近距離穿越樁基時較為常用的保護措施。在本穿越工程中，由于8-2號樁端距隧道拱頂僅57cm，盾構(gòu)從樁端下方穿越時引起的樁端和樁側(cè)的土體位移對樁體承載力影響極大。同時，由于樁端與隧道距離較近，作用在管片上的附加荷載對于結(jié)構(gòu)本身也是不利的。因而，經(jīng)綜合考慮，在穿越前對此樁樁基進行托換處理。本工程中樁基托換采用梁包樁的模式，即托換梁將既有樁包裹(在既有樁上植筋與大梁鋼筋相連,既有樁失去部分承載力后，將荷載有效地傳遞到水平大梁)，在水平大梁兩端靠近兩側(cè)樁基的承臺下方設(shè)置托換承臺將大梁托起，構(gòu)成新的受力體系。樁基托換體系如圖4.3所示，現(xiàn)場施工情況見圖4.4。圖4.3樁基托換示意圖圖4.4樁基托換施工4.3跟蹤注漿在對樁基進行荷載轉(zhuǎn)移和樁基托換的基礎(chǔ)上，同時采用在樁基附近打孔的方式進行跟蹤注漿，與盾構(gòu)同步注漿相配合，控制樁基的沉降。冶金賓館打孔在室內(nèi)進行，采用改進后的小鉆機進行施工，注漿加固的重點為隧道上方一排樁樁體的下部，兩側(cè)樁根據(jù)監(jiān)測結(jié)果判斷其是否注漿。在穿越施工時，在盾構(gòu)穿過樁基后，及時進行注漿，參照監(jiān)測數(shù)據(jù)確定注漿量和注漿壓力。所有孔位都要離開墻體1.5m（1.5～2.0m），避免傷及基礎(chǔ)。加固平面圖和剖面圖如圖4.5和4.6，注漿量見表4.1。圖4.5冶金賓館加固平面圖圖4.6冶金賓館加固剖面圖表4.1冶金賓館鉆孔注漿記錄表隧道冶金賓館里程至600長度

(m)軌面標高

(m)拱頂標高

(m)地面標高

(m)注漿水泥用量(t)樁號ZDK8+513.586.52485.1901490.0501503.1351-2ZDK8+520.179.92485.145490.005503.1362-162-3ZDK8+527.372.72485.0958489.9558503.1333-16.53-3ZDK8+534.565.52485.0466489.9066503.133.84-124-3ZDK8+541.758.32484.9974489.8574503.132.85-175-3ZDK8+548.8851.12484.9483489.8083503.133.46-13.86-3ZDK8+556.143.92484.8991489.7591503.133.47-13.27-3ZDK8+563.336.72484.8499489.7099503.132.18-12.18-21.88-238-3-1ZDK8+570.529.52484.8007489.6607503.1329-129-3袖閥管注漿工藝流程如圖4.7和4.8所示：測量定位測量定位鉆孔插入袖閥管移至下一樁位鉆機就位灌漿澆注套殼料圖4.7袖閥管注漿工藝流程圖4.8袖閥管注漿工藝流程圖（1）清理平整場地，清除地下障礙物，測定樁位。（2）鉆孔：孔徑為Φ100mm，鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆機、樹脂護壁，鉆孔至設(shè)計孔底標高以下0.3m處，成孔檢驗合格后鉆機移至下一樁位。（3）插入袖閥管：袖閥管采用內(nèi)徑Φ75mm的塑料管，每隔30cm鉆一組射漿孔，外包橡皮套，插入鉆孔，管端封閉，管內(nèi)充滿水下管。為使套殼料的厚度均勻，盡量使袖閥管置于鉆孔的中心。（4）澆注套殼料。套殼料為泥漿，要求收縮性小，脆性較高，早期強度高。套殼料的作用是封閉袖閥管與鉆孔壁之間的環(huán)狀空間，防止灌漿時漿液流竄，套殼在規(guī)定的灌漿段范圍內(nèi)受到破碎而開環(huán)，逼使灌漿漿液在一個灌漿段范圍內(nèi)進入地層。（5）灌漿：待套殼料有一定強度后，在袖閥管內(nèi)放入帶雙塞的灌漿芯管進行分段灌漿。采用水泥單漿液，水灰比為1：1，外加劑為早強減水劑，水泥為32.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)試驗：初凝時間5小時，24小時后強度可達到2MPa。每段注漿時，首先加大壓力使?jié){液頂開橡皮管，擠破套殼料，即開環(huán)，然后漿液在進入地層。（6）灌漿初期，可先憑經(jīng)驗預(yù)估的壓力灌漿，然后根據(jù)吸漿情況以及對地表的觀察，視有無冒漿或抬動變形情況，再做壓力調(diào)整。注漿時需重點解決好的幾個問題：（1）注漿時機的選擇：選擇在管片脫出盾尾前開始注漿，在脫出盾尾后及時填充飽滿，抑制建筑間隙引起的附加沉降。（2）注漿控制壓力：考慮到土層經(jīng)過盾構(gòu)刀盤的擾動和建筑間隙引起的跌落產(chǎn)生一定的松動，注漿具有可實施性，兼顧盾構(gòu)機所能承受最大壓力3bar，因此注漿壓力控制在0.3MPa以內(nèi)；（3）要求漿液具有較早的漿凝結(jié)時間和較高的后期強度；（4）有效擴散半徑：經(jīng)過松動的卵石地層具有較好的可注性，擴散半徑預(yù)計會達到３米以上，由于鉆孔會對地層有一定的擾動，在盾構(gòu)通過時必將比不擾動的地層產(chǎn)生更大的沉降，為此在保證注漿效果的同時，盡量加大孔間距，因此對有效擴散半徑的考慮是確定注漿管布置的關(guān)鍵因素，結(jié)合現(xiàn)場實際，孔距為房間開間寬度3.9米；（5）（6）洞內(nèi)管片在通過冶金賓館段應(yīng)設(shè)置加強型管片，同時對位于隧道上方的樁柱利用鋼支撐進行荷載轉(zhuǎn)移；（7）加強建筑物和地面監(jiān)控量測，及時反饋信息。5樁基荷載轉(zhuǎn)移在盾構(gòu)穿越施工中的效果分析為評價荷載轉(zhuǎn)移在盾構(gòu)穿越施工中對建筑物的保護作用，選取進行荷載轉(zhuǎn)移的典型斷面，建立數(shù)值模型，針對盾構(gòu)穿越施工對建筑結(jié)構(gòu)和樁基的影響及荷載轉(zhuǎn)移措施對建筑物的保護效果進行計算，并與實測數(shù)據(jù)比較分析。5.1荷載轉(zhuǎn)移的數(shù)值計算模型5.1.1斷面選擇選取斷面如圖5.1所示，此斷面為樁基礎(chǔ)四層砼框架結(jié)構(gòu)，共三跨，左跨2層，中跨和右跨4層，高14m，寬27.5m。基礎(chǔ)類型為獨立柱基擴大頭端承人工挖孔樁，埋深在8.6～13.08m，樁長約9～10m，位于隧道上方3～4m。圖5.1選取的計算斷面5.1.2計算簡化由于建筑物與隧道走向方向基本一致，且在其縱向延伸方向上長度相對較長，分析計算時選取典型斷面將空間問題簡化為平面應(yīng)變問題進行分析。在平面應(yīng)變計算中，根據(jù)剛度等效原則將樁簡化成樁墻，建模時采用對樁身彈性模量進行折減的方法模擬樁：（5.1）式中：Esp為樁墻的彈性模量，Ep為樁體彈性模量，Es為土體彈性模量，l為樁間距，D為直徑。5.1.3模型情況計算土層區(qū)域橫向取60m，縱向32m。隧道直徑6.0m，隧頂埋深13.6m，距正上方樁端3.1m。建筑物采用梁柱體系，建筑荷載包括結(jié)構(gòu)自重和活載，活載取5kN/m，由下部四根工程樁承擔，樁長和樁徑按實際情況選取，見表5.1。為便于分析，將樁從左至右分別編號為1，2，3，4，對應(yīng)的柱和承臺也按此編號。表5.1樁基參數(shù)參數(shù)1號樁2號樁3號樁4號樁樁徑/m0.911.21.2樁長/m109109建筑結(jié)構(gòu)、隧道襯砌和樁采用8節(jié)點線彈性板單元模擬，鋼支撐采用點對點錨桿模擬，土體采用Mohr-Coulomb彈塑性屈服準則。模型底部施加完全固定約束，在兩側(cè)施加豎直滑動約束，模型表面則取為自由邊界，樁頂和柱腳均與承臺剛接，而樁、隧道襯砌與土體的相互作用則是通過在型樁及模型隧道表面設(shè)置古德曼接觸面單元并選取合理的虛擬厚度因子及強度折減因子模擬。計算網(wǎng)格如圖5.2所示。盾構(gòu)隧道開挖考慮地層損失率1%。鋼支撐鋼支撐圖5.2計算模型網(wǎng)格5.1.4計算參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)按實際情況進行折算以后選取，見表5.2。表5.2結(jié)構(gòu)計算參數(shù)參數(shù)EA（kN/m）EI（kNm2/m）D（m）ν襯砌1.4×1071.43×1050.350.15柱4.8×1066.4×1040.40.15梁6×1062×1040.20.15樁14.0×1064.76×1050.90.15樁23.3×1062.8×1051.00.15樁33×1062×1051.20.15承臺11.1×1072.3×1061.60.2承臺21.7×1075.6×1062.00.2承臺32.4×1071.2×1072.40.2支撐1.2×105注：樁4與樁3同，承臺4與承臺3同5.2數(shù)值模擬結(jié)果及分析5.2.1（1）承臺承擔的建筑荷載變化盾構(gòu)隧道開挖后，一方面建筑物主體結(jié)構(gòu)（柱、梁、板、墻）位移和變形使內(nèi)力重新分布，另一方面2號柱兩側(cè)鋼支撐對部分荷載進行轉(zhuǎn)移，兩方面共同作用使各承臺承擔的建筑荷載發(fā)生變化。為明確兩方面作用對其影響，分別進行計算，結(jié)果如表5.3。表5.3承臺承擔的建筑荷載/kN計算方案1承臺2承臺3承臺4承臺開挖前186.0470.0658.1434.8未加撐開挖199.3457.7639.7447.4加撐后開挖218.8430.4647.8448.1由表5.3可見，對于未加支撐的情況，盾構(gòu)隧道開挖使建筑荷載分布發(fā)生變化，中間兩承臺承擔的荷載減小，轉(zhuǎn)由兩側(cè)承臺承擔。而在施加支撐情況下，盾構(gòu)隧道開挖后，相對于未施加支撐情況，2號承臺承擔的荷載進一步減小，兩側(cè)1號和3號承臺承擔的荷載則有相應(yīng)增加。同時，計算得左側(cè)鋼支撐軸力34.13kN，右側(cè)鋼支撐軸力17.77kN。由此結(jié)果可知，通過鋼支撐的荷載轉(zhuǎn)移作用可以有效減小隧道正上方的荷載，有利于減小盾構(gòu)施工引起的隧道上方結(jié)構(gòu)的變形，對結(jié)構(gòu)起到保護作用。（2）建筑結(jié)構(gòu)底層梁彎矩變化結(jié)合本穿越工程，對施加荷載轉(zhuǎn)移措施后盾構(gòu)隧道開挖引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化進行分析。由于底層梁受開挖影響最大，且變化主要體現(xiàn)在彎矩上，因此重點對此進行分析。圖5.3所示為盾構(gòu)隧道開挖引起的底層梁上的附加彎矩。由圖可知，盾構(gòu)隧道開挖對兩側(cè)兩跨梁的彎矩影響相對較大，對中跨影響較小，附加彎矩最值為底層右跨梁的兩端，梁左端彎矩減小21kN·m，變化量為25%，梁右端彎矩增加21kN·m，變化量為15.6%。圖5.3開挖引起的底層梁附加彎矩（3）建筑結(jié)構(gòu)最不利位置分析開挖引起建筑結(jié)構(gòu)變形后，在個別位置處其結(jié)構(gòu)內(nèi)力最大，而其中彎矩的變化對結(jié)構(gòu)安全性影響較大。圖5.4為盾構(gòu)隧道開挖后建筑結(jié)構(gòu)的彎矩圖。梁的最大正彎矩為58.17kN?m，發(fā)生在右跨底層的跨中，負彎矩最值為-155.95kN?m，發(fā)生在右跨底層的跨邊位置，該跨梁承受的軸力為18.9kN（下部受拉）。柱的最大正彎矩發(fā)生在4號柱與底層右跨梁剛接的位置，為115.18kN?m，相應(yīng)該點的軸力為408.93kN。經(jīng)檢算梁和柱在此內(nèi)力作用下均能夠滿足正常使用要求。圖5.4結(jié)構(gòu)彎矩示意圖5.2.2盾構(gòu)隧道施工對樁基的影響（1）樁體位移分析結(jié)合穿越施工的實際工況，對施加荷載轉(zhuǎn)移措施后，盾構(gòu)隧道開挖引起的樁體水平位移和豎向位移分別進行分析。圖5.5和5.6分別為隧道開挖后引起的樁體水平位移（圖中負號代表向左移動，正號代表向右移動）和豎向位移（負號代表沉降）沿樁身的分布。圖5.5樁體水平位移沿樁身分布圖5.6樁體豎向位移沿樁身分布從圖5.5可以看出，盾構(gòu)推進對樁體水平位移的影響主要分三種情況：①隧道兩側(cè)1號樁和3號樁發(fā)生撓曲變形，水平位移沿樁身向下的整體變化趨勢是逐漸增大的，最大值發(fā)生在樁端位置，分別為1.46mm和2.49mm，且均趨向隧道方向；②隧道正上方的2號樁整體向左側(cè)移動，最大值在樁端，為1.26mm，水平位移自樁頂向下逐漸減??；③由于盾構(gòu)隧道開挖后隧道周圍土體向洞內(nèi)收斂變形，導(dǎo)致樁身兩側(cè)土體壓縮性不對稱，在接近樁端位置尤為明顯，因此導(dǎo)致隧道兩側(cè)的1號樁和3號樁樁端向隧道方向位移，而樁上部變形較小，樁體產(chǎn)生撓曲變形。同時，由于盾構(gòu)在建筑物左側(cè)的2號樁正下方穿越，穿越后建筑向左側(cè)傾斜，帶動上方樁基均向左移動，而2號樁側(cè)土體由于處于隧道正上方，以豎向沉降為主，對樁體水平作用不強，故2號樁整體向左移動且最大位移發(fā)生在樁頂部。對于4號樁而言，由于其距隧道較遠，隧道開挖引起的土體位移作用已相對較弱，而建筑結(jié)構(gòu)向左側(cè)的傾斜帶動4號樁樁頂發(fā)生同方向的位移，而樁體本身剛性較大，故4號樁樁頂向左移動而樁端向右移動，樁體向左傾斜。由圖5.6可以看出，因樁體軸向剛度較大，沉降沿樁身基本不變。由于各樁與盾構(gòu)隧道的相對位置不同，1、2、3、4號樁的最大沉降分別為15.9mm,16.8mm，14.2mm及2.7mm。經(jīng)驗算，各樁之間的差異沉降滿足規(guī)范中規(guī)定的L2‰標準。（2）樁體內(nèi)力分析盾構(gòu)從樁底穿越時，擾動或破壞了樁的持力層，同時引起樁側(cè)土體的位移，將會對樁的內(nèi)力產(chǎn)生影響。圖5.7和圖5.8分別為盾構(gòu)隧道開挖后樁體軸力變化量和附加彎矩沿樁身的分布曲線。圖5.7軸力變化量沿樁身分布圖5.8附加彎矩沿樁身分布由圖5.7可知，盾構(gòu)隧道開挖引起的各樁軸力變化趨勢主要呈現(xiàn)出三種情況：①4號樁樁身軸力均有增加，且增加量自樁頂至樁端逐漸減小，最大增量17.6kN，最小增量11.8kN。這主要由于開挖后樁頂荷載增加，使樁身軸力增大；②1號樁和2號樁樁身軸力減小，減小量兩端小中間大。由于隧道開挖引起的荷載重分布導(dǎo)致樁頂荷載減小，使樁身軸力減小。同時，由于開挖后樁和樁周土體發(fā)生位移使樁側(cè)摩阻力的分布形式和量值發(fā)生改變，因此軸力減小量呈現(xiàn)中間大兩端小的趨勢；③3號樁軸力變化趨勢與前一種狀況類似，減小幅度最大為94kN，但樁端軸力增大了14.4kN。這說明開挖引起3號樁樁身軸力減小，樁端阻力增加?？傮w而言，盾構(gòu)從樁端下部穿越時，正上方和兩側(cè)三根樁軸力減小，且沿樁身變形趨勢類似，較遠處樁軸力增加。由圖5.8可知，各樁的附加彎矩變化可分為兩種情況，且成對稱分布。其中1號和2號樁樁身上部為正彎矩，下部為負彎矩；3號樁和4號樁樁身上部為負彎矩，下部正彎矩。1、3、4號樁的最大彎矩出現(xiàn)在樁身約0.75H處，分別為63.5kN·m、30.1kN·m及76kN·m。2號樁最大彎矩發(fā)生在樁頂附近，為32.2kN·m，由此可知盾構(gòu)從2號樁下部穿越對建筑物兩側(cè)樁基的彎矩影響較大，而對中間的兩根樁影響較小。但總體而言，盾構(gòu)從樁端下方穿越時，樁體產(chǎn)生的附加彎矩量值相對較小。5.3實測數(shù)據(jù)在盾構(gòu)穿越過程中對隧道上方1，2，3號樁的樁頂沉降及左側(cè)支撐的軸力變化進行監(jiān)測。結(jié)果見圖5.9和圖5.10。圖5.9樁基沉降時程曲線圖5.10左側(cè)支撐軸力變化時程曲線從圖5.9可看出，2號樁的最終沉降量與數(shù)值計算結(jié)果比較接近，為16mm。1號樁沉降7.4mm，3號樁8.9mm，沉降滿足規(guī)范標準，穿越施工對建筑影響較小。這說明本穿越施工對建筑物的影響較小，也說明采用數(shù)值計算方法預(yù)測盾構(gòu)穿越對建筑物的影響是可行的。圖5.10為左側(cè)鋼支撐軸力隨盾構(gòu)穿越整個過程的時程曲線。在盾構(gòu)通過后，支撐軸力迅速增加至60kN，之后逐漸穩(wěn)定。說明在盾構(gòu)施工時鋼支撐發(fā)揮了荷載轉(zhuǎn)移的作用，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以認為所采取的荷載轉(zhuǎn)移措施達到預(yù)期效果。5.4小結(jié)通過以上計算和分析，主要得到以下結(jié)論和建議：盾構(gòu)隧道從建筑中間樁基下穿越時，作用在各承臺上的建筑荷載發(fā)生變化，建筑物兩側(cè)承臺承擔荷載增大，中間承臺承擔荷載減小；采用荷載轉(zhuǎn)移方法可以將中間承臺承擔的荷載轉(zhuǎn)移至兩側(cè)承臺，同時對上部結(jié)構(gòu)起到支撐作用，可增加穿越施工時結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，在類似穿越工程可根據(jù)實際情況采用；（3）盾構(gòu)隧道開挖對兩側(cè)兩跨的梁的彎矩影響相對較大，彎矩變化最大值在底層右跨梁的梁端位置。梁和柱的最大彎矩出現(xiàn)在4號柱與底層右跨梁的剛接位置；（4）盾構(gòu)從樁端下方穿越會引起隧道正上方及兩側(cè)的三根樁軸力減小，兩側(cè)樁體下部向隧道方向產(chǎn)生撓曲變形，正上方樁體發(fā)生整體位移。穿越施工引起的建筑物整體位移帶動距隧道較遠位置的樁發(fā)生剛性傾斜，樁頂荷載增加使樁軸力增大。6樁基托換在盾構(gòu)穿越施工中的效果分析冶金賓館的8-2號樁樁端距隨頂僅57c