论隧道施工对周围桩基的影响与控制

摘 要：首先讨论了隧道施工对周围桩基的不利影响分析；然后利用有限差分软件，分析了既有群桩（2×2）受隧道施工的影响，考虑了桩长、桩距隧道间的水平距离等因素变化时桩及桩间土的响应；最后总结了几种常见的桩基控制保护措施。

关键词：隧道；群桩基；施工；影响

中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）11-0392-02

0 前言

当隧道施工近接已有群桩施工时，会打破承台、桩及桩间土三者之间原有的平衡，使桩处于被动受荷状态，在桩基中引起附加应力，这将对桩基的承载机制与变形特性产生不利影响，进而影响到上部结构的安全和正常使用。隧道掘进过程会引起地层损失，产生地层移动，导致隧道周围土体的应力应变状态发生很大变化。

1 隧道施工对周围桩基的不利影响分析

当桩端位于隧道水平轴线以上时，桩周土体发生向下的位移，会使桩周产生负摩擦力，桩身轴力增加，沉降增大，桩端土的端承作用降低，桩的承载能力下降，此时桩体以沉降变形为主，侧向弯曲变形和水平变形为辅。当桩端位于隧道水平轴线以下时，轴线以上桩周土体向下位移，使桩体发生沉降，轴线以下桩周土体发生隆起，使桩体向上位移，如图1所示，此时桩的两端受压，桩体以侧向弯曲变形和水平变形为主，竖向沉降变形为辅。在垂直于桩体纵轴方向，由于桩体具有一定刚度，隧道周围土层的移动会因为桩的遮拦作用而发生变化，靠近隧道一侧的桩周土体移动较大，可能会与桩体发生脱离，桩侧土压力大幅度减小，而远离隧道一侧的桩周土体移动较小，土体与桩体没有发生脱离或者脱离程度较小，桩侧土压力变化不大，这样桩体两侧存在较大的土压力差，也会引起桩体发生水平位移和弯曲变形。

当隧道由远逐渐向桩基位置掘进时，桩身的内力和变形会逐渐增大；当隧道掘进至桩基位置时对桩基的影响最不利，即桩的内力和变形最为明显；当隧道由近逐渐远离桩基位置而向前掘进时，桩身的内力和变形逐渐趋于稳定。

2 桩与隧道水平距离变化时群桩及桩间土的反应

设定前排桩与隧道间的水平距离d分别为4.5m、6m、7.5m、9m，桩长25m。

2.1 前排桩

随着桩与隧道水平距离的增大，桩身轴力、弯矩、水平位移和竖向沉降等均有不同程度减小。因为离隧道越近，土体受隧道施工的扰动程度越大，土体的水平位移和竖向沉降越大。土体水平位移增大，引起桩身弯矩和水平位移增大。土体竖向位移增大引起桩土之间的差异沉降增大，桩周土提供的侧向摩阻力越大，所引起的桩身轴力比远离隧道的桩身轴力要大，轴力的增大必然导致竖向沉降增加。如图4所示，当桩与隧道距离分别为4.5m，6m，7.5m，9m时，桩身最大轴力分别为670KN，530KN，480KN，380KN，桩身弯矩最大值分别为229KN•m，114KN•m，65N•m，31KN•m，水平位移最大值分别为12.7mm，9.4mm，7.5mm，6.4mm，竖向沉降最大值分别为6.6mm，6.0mm，5.8mm，5.3mm。

2.2 后排桩

对于后排桩的弯矩、水平位移和竖向沉降，在分布形式上与前排桩相似，由于受前排桩“遮拦作用”的影响，在数值上要明显小于前排桩。对于后排桩的轴力，在分布形式与前排桩不同，后排桩的轴力最大值在桩顶，而前排桩的轴力最大值在隧道轴线处；在数值上，后排桩的轴力大于前排桩的轴力。后排桩的轴力、弯矩、水平位移和竖向沉降的分布曲线如图5：

3 减小隧道施工对周围桩基影响的控制措施

3.1 积极的保护控制措施

积极的保护措施是指通过优化施工参数来减小对周围既有桩基的不利影响。首先根据当地的地质条件和水位条件，以及隧道的设计要求来选择合理的隧道开挖方式。然后根据经验确定施工参数，同时对隧道施工可能引起的不利影响进行预测，优化选取和本工程相适应的施工参数。做好信息化施工，加强隧道内部围岩的变形以及地面的变形量测，利用反馈信息及时优化施工参数，严格控制地层移动，以保证周围桩基的安全和正常使用。对于盾构隧道，如果能够控制好盾构附加推力和注浆参数、减小超挖、及时衬砌，就可以减小隧道开挖对周围桩基的影响。

3.2 工程控制措施

工程措施主要是指通过设置隔断、加固桩周土体、进行桩基托换等工程方法来保护周围桩基。对于地层变形比较敏感和上部结构变形控制标准较高的隧道，仅通过优化施工参数来减低对桩基的影响是不现实的，有必要采取一定的工程保护措施。

（1）隔断：隔断就是在地层中引入结构单元来加强地层结构。这种结构单元不是在建隧道的一部分，与被保护的结构也没有联系。隔断可由钢板桩、地下连续墙、树根桩、深层搅拌桩和挖孔桩等构成，主要用于承受由地下工程施工引起的侧向土压力和由地基差异沉降产生的负摩阻力，它能阻断由于隧道开挖引起的围岩应力的传播，使应力通过桩体传递到下面的持力层中，即隔断了岩层中变形的传递，从而达到降低开挖对建筑物基础累积沉降及差异沉降量的影响。还需注意，隔断墙本身的施工也是近邻施工，故施工中要注意控制对周围上体的影响。

（2）土体加固：土体加固包括隧道周围土体的加固和建筑物地基的加固。前者通过增大隧道周围土体的强度和刚度，以减少或防止周围土体产生扰动和松弛，从而减少对近邻建筑物的影响，保证建筑物的正常使用和安全。后者通过加固建筑物地基，提高其承载强度和刚度而抑制建筑物的沉降变形。这两种加固措施一般采用化学注浆、喷射搅拌等地基加固的方法来进行施工。当地面具有施工条件时，可采用从地面进行注浆或喷射搅拌的方式来进行施工。注浆技术，是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密的方式，将土颗粒或岩石裂隙中的水分和空气排除占据其位置，经一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”。注浆的实质在于胶结、增强与加固，它使松散、被扰动的低品质的土体材质变成高品质的材质。对桩侧进行压力注浆，即要解决因地铁隧道施工及降水施工引起的桩周地层的扰动、松散问题，改善桩周土体的工作性能，使土体固结、稳定，提高其抗压、抗剪的能力，进而保证桩基承载力正常发挥，达到加固桩基的目的。当地面不具备施工条件或不便从地面施工时，可以采用洞内处理的方式，主要是洞内注浆。

（3）建筑物本身加固：该方法实际上是对建筑物本身进行加固，使其结构刚度加强，以适应地基土变形而引起建筑物变形的一种工程保护方法。对建筑物本体进行加固的措施有多种，如可以通过加筋、加固墙、设置支撑等来直接对建筑物上部结构进行加固，也可通过加固桩，锚杆等对建筑基础进行加固。