米濤

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300450)

1 引言

城市內(nèi)基坑開挖對(duì)于近鄰地鐵的擾動(dòng)是在所難免的，在面對(duì)基坑開挖導(dǎo)致地鐵隧道產(chǎn)生附加變形的情況時(shí)，采取相應(yīng)的加固措施是必要的。雖然前人對(duì)于加固方式的研究已經(jīng)已經(jīng)有大量研究，但是對(duì)于同一工程分別應(yīng)用坑底滿堂加固和隔離樁加固方式并比較二者的變形控制效果方面的研究鮮有報(bào)道。本文將依托天津嘉海深基坑近鄰地下直徑線工程，分別采取坑底注漿加固和隔離樁加固的預(yù)處理方案，在建立的有限元模型基礎(chǔ)上分析加固措施對(duì)于基坑開挖導(dǎo)致直徑線變形的控制效果，分析結(jié)果可為類似工程提供借鑒。

2 工程概況及模型建立

天津嘉海基坑工程場(chǎng)地南側(cè)為天津西站至天津站地下直徑線，由于此基坑屬于超大型深基坑，所以將基坑分為北部、中部和南部三部分。南部基坑開挖深度10.8 m左右，與直徑線相距16～20 m，平行并行約250 m。地下直徑線采用多種施工方法，隧道埋深較小，采用明挖法施工，中間埋深較深的段落采用盾構(gòu)法施工。工程周圍分布的土類主要有砂性土、粉土和黏性土等?？紤]采取兩種預(yù)處理方式進(jìn)行加固，基坑施工采取的預(yù)處理方案見表1。

表1 基坑開挖預(yù)處理方案

三維模型的尺寸：長(zhǎng)度250 m、寬度135 m、深度50 m，模型中各土層、地下連續(xù)墻用實(shí)體單元模擬，盾構(gòu)井、明挖段主體結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)管片用板單元模擬，帽梁及腰梁用梁?jiǎn)卧M；土體和結(jié)構(gòu)的本構(gòu)關(guān)系分別采用D-P模型和線彈性本構(gòu)模型，將模型50 m深度范圍內(nèi)的土體近似分為四層，層厚分別3.5 m、6.3 m、18.2 m和22 m，容重變化為19 kN/m3～20.3 kN/m3，彈性模量變化為20 MPa～55 MPa。

3 未加固分析

經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算得出未加固情況下直徑線的變形情況，其中盾構(gòu)管片和明挖段的水平變形最小曲率半徑分別為8920 m和9717 m，其他具體情況見表2。

表2 地下直徑線各結(jié)構(gòu)發(fā)生的位移情況

4 加固措施分析

4.1 位移分析

（1）盾構(gòu)井的位移

兩種預(yù)處理方案的盾構(gòu)井水平位移如圖2所示。采用坑底注漿加固后，盾構(gòu)井頂部出現(xiàn)1.18 mm的反向位移（即向遠(yuǎn)離基坑方向移動(dòng)），從而產(chǎn)生了8.71 mm的相對(duì)位移，比較未加固之前的相對(duì)位移而言數(shù)值加大了。采用隔離樁加固方案后，產(chǎn)生的最大水平位移為6.26 mm，出現(xiàn)在靠近基坑側(cè)的側(cè)墻中間部位，頂部最小位移為5.73 mm，從而使得盾構(gòu)井的相對(duì)位移值僅為0.53 mm，降低了相對(duì)位移。

圖2 盾構(gòu)井水平位移

盾構(gòu)井豎向位移如圖3所示?？拥鬃{加固方案，靠近基坑一側(cè)的盾構(gòu)井側(cè)墻（內(nèi)側(cè)）出現(xiàn)上浮，外側(cè)的側(cè)墻出現(xiàn)下沉。采用隔離樁加固后，結(jié)構(gòu)整體趨向下沉，豎向最大位移為0.32 mm。因此采用隔離樁方案后，盾構(gòu)井的豎向絕對(duì)位移及相對(duì)位移均大幅減小。

圖3 盾構(gòu)井豎向位移

（2）盾構(gòu)管片的位移

加固后的盾構(gòu)管片水平位移如圖4所示?？拥鬃{加固后盾構(gòu)管片的水平位移變化規(guī)律與未加固方案相似，最大水平位移出現(xiàn)在靠近盾構(gòu)井處的管片底部，最大位移值為6.82 mm，相對(duì)位移為5.0 mm，降低不明顯；隔離樁加固后，盾構(gòu)管片水平位移趨勢(shì)發(fā)生改變，管片位移沿橫斷面方向較均勻，靠近盾構(gòu)井附近管片的水平位移最大，位移值為6.09 mm，相對(duì)位移為3.19 mm。

圖4 盾構(gòu)管片水平位移

加固后的盾構(gòu)管片豎向位移見圖5?？拥鬃{加固后，最大豎向位移出現(xiàn)在靠近盾構(gòu)井并離基坑較近一側(cè)的“拱腰”位置，位移值為2.93 mm，最大豎向相對(duì)位移值為4.75 mm；采用隔離樁加固后，盾構(gòu)管片產(chǎn)生的最大豎向位移值為1.58 mm，最大相對(duì)位移值為1.57 mm，加固效果明顯。

圖5 盾構(gòu)管片豎向位移

（3）明挖主體結(jié)構(gòu)的位移

加固后的明挖主體結(jié)構(gòu)水平位移如圖6所示。采用坑底注漿加固后，明挖主體結(jié)構(gòu)的最大水平位移出現(xiàn)在靠近盾構(gòu)井部位的底板處，與未加固情況規(guī)律相似，最大位移值為6.20 mm，相對(duì)水平位移為5.10 mm，較未加固情況降低的不明顯。采用隔離樁加固后，靠近盾構(gòu)井附近位移最大，且沿結(jié)構(gòu)縱向呈明顯的均勻遞減趨勢(shì)，最大水平位移為6.09 mm，相對(duì)水平位移為3.38 mm。

圖6 明挖主體結(jié)構(gòu)水平位移

4.2 重要變形控制指標(biāo)分析

兩種方案對(duì)應(yīng)的盾構(gòu)管片底部縱向各點(diǎn)水平位移如圖7所示。對(duì)曲線進(jìn)行曲率求解，得到坑底注漿加固和隔離樁對(duì)應(yīng)的最小曲率半徑分別為11610 m和15275 m。規(guī)范規(guī)定地鐵變形曲率半徑應(yīng)大于15000 m，因此坑底注漿加固的方式不能滿足這個(gè)要求，此時(shí)結(jié)構(gòu)處于變形超限狀態(tài)。所以在選擇加固方式時(shí)，優(yōu)先選擇隔離樁加固方式。

圖7 管片底部水平位移曲線擬合

坑底注漿加固和隔離樁加固的明挖斷主體結(jié)構(gòu)底部縱向各點(diǎn)水平位移如圖8所示。對(duì)曲線進(jìn)行曲率求解，可得最小曲率半徑為18 362 m和20 217 m。

圖8 明挖主體結(jié)構(gòu)水平位移曲線擬合

5 結(jié)語(yǔ)

（1）總體而言隔離樁加固對(duì)于變形的控制效果要優(yōu)于坑底注漿加固，坑底注漿加固后各結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)與未加固情況下類似，只是位移值相對(duì)減小。

（2）隔離樁加固后，盾構(gòu)井產(chǎn)生的最大水平位移為6.26 mm，出現(xiàn)在靠近基坑側(cè)的側(cè)墻中間部位，最大豎向位移為-0.32 mm；盾構(gòu)管片與明挖段的位移變化規(guī)律類似。

（3）分別用兩種方案加固后，明挖段沿縱向的最小曲率半徑分別為18362 m和20217 m，在選擇預(yù)處理方式時(shí)可以優(yōu)先考慮隔離樁加固方式。