1、第 39 卷第 1 期2023 年2 月结构工程师Structural EngineersVol.39，No.1Feb.2023盾构隧道穿越人行天桥桩基的变形控制技术研究周锦强1，*王海林1 杨雄1 毛明山2 王海超2（1.湖南省交通规划勘察设计院有限公司，长沙 410200；2.中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300120）摘 要 为解决盾构穿越自稳能力差地层桥桩沉降控制困难的问题，依托盐田路站北山道站区间穿越双拥公园人行天桥的工程实例，结合数值分析与现场沉降监测，分析了盾构下穿人行天桥桩基沉降变形特征，提出了针对性的施工控制技术。研究结果表明：盾构开挖面距桥桩-1010 m（-1.5D
2、1.5D）掘进期间，对下穿桥桩影响最大，7号桥桩沉降 3.10 mm，占桥桩最大累计沉降量的 83%，8号桥桩沉降3.90 mm，占桥桩最大累计沉降量的77%。盾构开挖面距桥桩-66 m（-1.0D1.0D）掘进期间，对侧穿桥桩影响最大，9号桥桩沉降1.82 mm，占桥桩最大累计沉降量的58%。提出的地表注浆联合洞内注浆加固和盾构控制掘进的方式确保了人行天桥整体结构的安全与稳定性，可为今后类似工程提供借鉴与参考。关键词 盾构隧道，桩基，数值分析，沉降变形，控制技术Study on Pile Foundation Settlement and Construction Control Techn
3、ology of Shield Tunnel crossing Pedestrian BridgeZHOU Jinqiang1，*WANG Hailin1 YANG Xiong1 MAO Mingshan2 WANG Haichao2（1.Hunan Provincial Communications Planing Survey and Design Institute Co，Ltd.，Changsha 410200，China；2.China Coal Tianjin Design Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300120，China）Abstract Bas
4、ed on the engineering example of crossing Shuangyong Park pedestrian bridge between Yantian Road station and Beishan Road Station，combined with numerical analysis and site settlement monitoring，this paper analyzes the settlement deformation characteristics of the pile foundation of the pedestrian br
5、idge under shield tunneling，and puts forward the targeted construction control technology.The results show that during the excavation distance between shield excavation surface and bridge pile-1010 m（-1.5D1.5D），the influence on underpassing bridge pile is the greatest.The settlement of No.7 bridge p
6、ile is 3.10 mm，accounting for 83%of the maximum cumulative settlement of bridge pile，and that of No.8 bridge pile is 3.90 mm，accounting for 77%of the maximum cumulative settlement of bridge pile.During the tunneling period between shield excavation surface and bridge pile-66 m（-1.0D1.0D），it has the
7、greatest influence on the side crossing bridge pile，and the settlement of No.9 bridge pile is 1.82 mm，accounting for 58%of the maximum cumulative settlement of bridge pile.The method of surface grouting combined with grouting reinforcement in the tunnel and shield controlled tunneling ensures the sa
8、fety and stability of the overall structure of the pedestrian bridge.The research results can provide reference for the construction of similar projects in the future.Keywords shield tunnel，pile foundation，numerical analysis，settlement deformation，control technology 收稿日期：2022-06-09*联系作者：周锦强（1989.3-）
9、，男，湖南邵阳，工程师及注册岩土工程师，主要从事岩土工程、地下工程等领域的设计工作。E-mail：DOI:10.15935/ki.jggcs.2023.01.016 地基基础 结构工程师第 39 卷 第 1 期0 引 言 城市轨道交通发展过程中，地铁盾构经常会遇到各种既有的地下建构筑物，如既有桥桩与管线等。盾构隧道下穿或侧穿桥桩会扰动周边土体，地层变形会对桩基产生负摩阻力，进而导致桩侧侧摩阻力损失和桩基承载力降低，最终桩基沉降变形传递至上部结构将会影响桥梁的正常使用甚至造成安全问题1-3。如何快速安全通过既有桥桩区域，减少对临近建（构）筑物施工扰动，对区间盾构隧道施工技术提出了新的挑战。目前众
10、多学者揭露了盾构隧道穿越桥梁桩基时桩基的力学特征及地面沉降规律，并根据分析结果提出了一系列的处理措施。乔世杰等4研究分析了双线盾构隧道先后下穿桩基引起的桥桩和地面沉降规律，并提出相应的处理措施。陈江等5分析了旋喷桩对盾构侧穿邻近桥桩时的隔断保护效果。王立新6通过数值计算分析群桩加固前后的力学行为，并提出了针对性的注浆加固措施。张火军7提出托换人行天桥承台后，提前从地表加固穿越区域，并破除桩基。潘路平8提出将人行天桥上部混凝土连续梁桥改换成简支钢梁，盾构推进时直接切削桩基，由壁后注浆体和周围土体形成新的持力层承担桥梁荷载。储柯钧等9通过建立三维数值模型优化设计方案，施工前对人行天桥桥墩支撑加固，
11、掘进过程中设置合理掘进参数，并加强管片背后注浆等措施。现有研究多集中于隧道侧穿或者局部下穿桥桩等情况，缺乏盾构隧道穿越整个桥墩时桩基变形规律及施工控制措施方面的研究。而人行天桥桩基间距往往不是很大，盾构下穿桥桩时，不可避免地穿越整个基础，本文依托盐田路站北山道站盾构区间隧道工程，通过精细化数值建模分析，探究了盾构隧道下穿人行天桥桩基沉降变形演化规律，提出了地表联合洞内径向注浆加固与盾构控制掘进参数的施工方案，并结合现场监测量测数据验证了数值分析结果和控制措施的有效性。1 工程概况 深圳盐田路站北山道站区间起讫里程为YDK52+169.671YDK52+840.3，全长约 700 m，采用土压平
12、衡盾构机掘进，管片内径为5.5 m，壁厚为0.35 m，环宽1.5 m。区间隧道于 YDK52+398YDK52+415 段下穿双拥公园人行天桥，天桥基础均为摩擦桩。隧道与人行天桥平面位置关系如图1所示，横断面关系如图2所示。区间左线下穿双拥公园人行天桥T8号桩基（桩长10 m），距离桩端最小竖向净距为 1.94 m；下穿 T7（桩长 10 m），最小水平净距0.21 m，距离桩端最小竖向净距为1.94 m；侧穿Z3号桩基（桩长20 m），最小水平净距1.08 m。区间右线隧道侧穿 T9、T10 号桩基，最小水平净距为2.6 m，距离桩端最小竖向净距为3.28 m。1.1水文地质情况盾构隧道穿
13、越人行天桥段覆土厚度 12.813.9 m，主要穿越素填土（块石）、砂质黏性土（局部含砂），盾构隧道底部为全风化花岗岩。地下水主要为松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。稳定水位一般高于含水层顶面，略具承压性。1.2工程重难点分析盾构隧道穿越人行天桥段紧邻北山道主干道，车流量大，交通繁忙，且盾构下穿期间必须确保交通不断，无条件实施交通疏解，施工过程中对桥梁变形及地面沉降要求高。此外，盾构隧道穿越人行天桥段紧邻盐田河，隧道距盐田河底最小竖向距离约7.5 m。该段地层为砂质黏性土及全风化花岗岩，且与地表水有水力联系，为微承压水。该地层盾构掘进过程中易出现黏附刀盘、堵管等现象，若施工控制不当，开挖面易失稳，
14、造成桥桩沉降超限。图1隧道与人行天桥平面位置关系图Fig.1Plane position relationship between tunnel and pedestrian bridge149Structural Engineers Vol.39，No.1 Foundation2 下穿人行天桥桥桩的沉降预测 2.1数值计算模型采用 Midas-GTS NX 对盾构隧道穿越桥桩的影响进行模拟及分析。模型尺寸为长 90 m、宽90 m、高 40 m，共 生 成 249 590 个 实 体 单 元、122 841个节点，建立的模型如图3所示。接触面单元模拟桩土间的关系，管片用梁单元进行模拟，其他均
15、采用实体单元进行模拟，土体采用摩尔-库伦模型，隧道开挖使用钝化单元来模拟。模型左右边界为水平约束，底部边界为竖向约束，顶部为自由边界。2.2计算参数计算中的地层划分及力学参数取值详见表1。盾构土仓压力按照主动土压力进行计算，取80 kPa，地面考虑 20 kPa超载，开挖进尺为 1.5 m（环宽），先掘进左线隧道，后掘进右线隧道。2.3计算结果分析无任何加固措施下，盾构隧道下穿7号和8号桥桩，累计沉降量曲线如图4所示。当盾构掌子面距离桥桩10 m（约1.5D），桥桩沉降速率达到最大；待盾构通过桥桩10 m（约1.5D）后，桥桩沉降量趋于稳定。盾构左线掌子面距桥桩-1010 m（-1.5D1.5
16、D）掘进期间，对7号和8号桥桩影响最大，7 号桥桩沉降 3.10 mm，占最大累计沉降量83%，8 号桥桩沉降 3.90 mm，占桥桩最大累计沉降量77%；当双线隧道贯通时，由于地层受到两次开挖扰动的叠加作用，7桥桩最大沉降量增长至3.75 mm，8桥桩最大沉降量增长至5.10 mm，右线掘进造成的桥桩最大沉降占桥桩最大累计沉降量的23%。盾构隧道侧穿9号桥桩累计沉降量曲线如图5所示。盾构掌子面距离桥桩6 m（约1.0D），待盾构通过桥桩6 m（约1.0D）后，桥桩沉降量趋于稳定。盾构左线掌子面距桥桩-66 m（-1.0D1.0D）掘进期间，对9号桥桩影响最大，9号桥桩沉降 1.82 mm，占桥桩最大累计沉降量的 58%。当双线隧道贯通时，由于地层受到两次开挖扰动的叠加作用，9桥桩最大沉降量增长至3.13 mm。表 土层及相关结构材料参数Table 1Parameters of soil layer and related structural materials地层名称素填土砂质黏性土全风化花岗岩强风化花岗岩桩体承台盾构管片加固土体重度/（kNm-3）19.218.2417.7619
