盾构隧道下穿对桩筏基础的影响分析

　　摘要：研究目的：地层损失是盾构施工引起土体变形的主要原因，地层损失导致周围土体变形既有竖向沉降，又有水平变形。本文以实际工程为依托，将盾构隧道、地基和基础作为一个整体，系统地研究了地层损失对桩筏基础的影响，并提出针对性设计措施。本文的研究成果可为同类工程的设计与施工提供借鉴和参考。
　　研究结论：有限元计算结果表明：（1）地层损失引起的地基土体竖向沉降，导致筏板与下部地基土体脱空；（2）地基土体竖向沉降在桩侧引起负摩阻力，导致桩基产生附加沉降；（3）地层损失引起的水平地层变形，使得桩身产生水平弯曲和内力；（4）随着地层损失率的增加，盾构施工引起的地基土沉降、桩基沉降变形、水平变形均有不同程度的提高，因此盾构施工中，应控制地层损失率在较小的范围内。
　　关键词：盾构；桩筏基础；地层损失率；竖向沉降；水平变形；内力
　　近年来，随着城市基础设施建设的飞速发展，出现了越来越多的地铁盾构隧道下穿既有结构物或构筑物的工程现象，且工程规模越来越大，邻近距离越来越近。盾构隧道施工对建筑物的影响不单是隧道工程或岩土工程的问题，它是隧道—土体—建筑物共同作用的结果[1]。盾构法施工中引起地面沉降的因素较多，主要因素可归结为地层损失引起的地层移动[2]，而地层移动势必会对邻近建筑物基础产生复杂的影响，从而致使建筑物产生②不均匀沉降变形，使建筑物结构内部产生附加内应力，对建筑物产生不利影响，严重时会危及邻近建筑物的安全[3-5]。
　　本文结合杭州地铁5号线隧道下穿杭州南站站房工程，采用数值模拟的手段，以杭州南站桩筏基础为研究对象，对不同地层损失率条件下的地基土和桩基变形及受力特性进行研究分析，探讨地铁盾构隧道施工对桩筏基础的影响特征，本研究成果对杭州南站桩筏基础和类似工程设计具有一定的借鉴意义和参考价值。
　　1 工程背景
　　国铁杭州南站位于杭州市萧山区中部，是杭州枢纽内重要的客运站。国铁杭州南站站场为南北走向，规模为7台21线，车场自西向东依次布置为普速场（3台10线）、杭甬客专场（2台6线）、杭长客专场（2台5线）。国铁站房东西向布置，建筑总建筑面积46973平米，采用高架候车模式，站房设计采用上进下出的旅客流线模式。
　　杭州南站站房共三层，其中地下一层地上二层，地下一层主要为地下通廊，通廊东西两侧是地下出站厅及市政广场地下空间。站房首层及地下层侧式站房面宽114m，进深27.5m。高架层侧式站房面宽108m，进深27.5m。高架候车厅面宽84m。地下通廊宽42m，层高8.35m，顺线路方向采用9m+24m+9m柱跨。
　　根据杭州市轨道交通线网规划，有两条地铁线经过该枢纽并在此设站，分别为规划地铁5号线和规划地铁11号线。其中，杭州地铁5号线区间隧道需要从杭州南站国铁站房下方穿越，区间隧道线间距10.8m，在国铁站房下的穿越长度达246m，站房范围内区间隧道纵向坡度30‰，隧道距离站房基础底板7.8m～14.9m。
　　由于杭州南站国铁站房的建设工期要求，国铁站房先期建成并投入使用后，杭州地铁5号线区间隧道后期下穿，因此，国铁站房基础设计需要考虑为杭州地铁5号线区间隧道预留后期实施条件，同时还应考虑5号线盾构隧道后期施工时对站房基础的不利影响。
　　杭州南站国铁站房采用桩筏基础，筏板厚1000m，桩基采用φ850mm的钻孔灌注桩，其中抗压桩桩长60m，以⑧3中风化砂岩或⑨3中风化泥岩为持力层，为减小基础沉降量，采用桩端后注浆。地下通廊底板下24m跨中设抗拔桩，桩长50m，以⑥3圆砾或⑥4砾砂为持力层。 　　24m柱跨处工程桩均采用柱下承台桩，为避让盾构隧道，所有承台均设置成长条形，东西方向的轴线下，单根轴线布设两排工程桩，桩基布置由柱下集中布置调整为纵向布置，盾构外皮距离工程桩水平距离仅1.5m～1.8m。而在24m柱跨下形成东西向承台梁，承台梁高2.5m，宽4.25m。
　　2 地质条件
　　场地属滨海平原区，局部为剥蚀残丘，地形开阔平坦。地层自上而下全新统、上、中更新统都有所揭露，第四系全新统（Q4）主要为黄褐色、灰褐色冲海积1-1粉质黏土、1-2粉土、3-1淤泥、3-2淤泥质黏土，厚度20～30m。第四系上更新统（Q3）主要为黄褐色、灰褐色冲海积4-1粘土、4-2粉质黏土、4-3粘土、4-5粉土、6-2粉砂、6-4细圆砾土，厚度18～35m。下伏基岩为泥盆系上统（D1-2）西湖组砂岩及泥岩。盾构隧道穿越处的土层主要为3-2淤泥质黏土，各土层的物理力学参数见表１。