桥梁桩基施工对既有地铁隧道安全影响与防控对策研究
【成果名称】桥梁桩基施工对既有地铁隧道安全影响与防控对策研究
【成果属性】
【推荐单位】浙江交工集团股份有限公司
【学科分类】桥梁基础
【成果体现形式】新工艺
【鉴定/评价单位】浙江省交通运输厅
【成果研究形式】与院校或院所合作
【鉴定/评价日期】2019-12-15
【成果推广形式】
【被鉴定/评价的水平】国内领先
【成果内容简介】（一）主要技术成果 （1）项目采用理论计算的方法，计算得到钢管端阻力，侧壁压力，利用Mindlin解计算全套管钻孔灌注桩施工引起的地铁隧道轴线上一点的附加应力，采用最小势能法进行考虑刚体转动和剪切错台效应的隧道变形计算的方法验证良好。通过简化全钢套管钻孔灌注桩，考虑了桩端力和桩侧压力，计算了桩施工对临近隧道的沉降影响，计算结果和实测数据较为接近，这种应力、沉降的计算方法对相似的工程具有一定的参考价值。由本项目的计算结果和实测数据可以看出，在已运营地铁隧道旁，采用全钢套管钻孔灌注桩的施工方法满足地铁隧道的保护要求。 （2）本项目采用数值分析方法，建立桩？隧相互作用的三维有限元模型，通过改变桩？隧相对位置、隧道埋深、水平净距、桩基半径和考虑群桩因素，研究桩基施工对软土地区既有地铁隧道的影响。研究结果表明：桩基侧面施工时引起的变形较大；且随着桩身与隧道水平净距增大，变形在传递过程中的不断衰减，影响程度逐渐减弱；浅埋隧道受扰动影响较为敏感，产生变形较大；桩径增大也会增加隧道结构的变形；提出桩基邻近既有地铁隧道的施工影响分区由净距1.0D和2.0D（D为隧道直径）划分为强影响区、一般影响区和弱影响区；证实群桩中的已存在桩对挤土效应具有阻挡、遮拦效应。因此，实际施工过程中应优先考虑以上结论，减少施工所带来的影响。 （3）于BOTDR原理的分布式光纤传感技术，能够成功地应用于桩基的内力检测，不仅能测试出桩身的应变分布，再根据桩身的形状和材料力学参数计算出桩身内力、桩周摩阻力及桩端阻力，而且通过测试多个方位桩身应变还可对桩身形态和偏心荷载情况进行判断分析，更加全面地了解基桩承载特性。该技术不仅有着传感理念上的优势，而且操作简单易行，进一步完善和简化了桩基内力的测试工作，可在类似工程体检测中推广应用。 （4）邻近地铁隧道的大直径桥桩施工时采用全套管钻孔灌注桩施工（套管不拔除）对地铁影响较小，满足地铁隧道安全保护要求。全套管桩施工时上层土体位移较大，对埋深较浅的道床沉降产生较大的影响，而深层土体位移较小，对埋深较深的隧道影响较小。孔压对埋深较浅隧道的影响波动较大但恢复也较快，对埋深较深隧道的影响恢复较慢。在采用全套管桩施工且套管不拔除工况下，先施工近端桩再施工远端桩及跳开施工的方法更有利于控制施工过程中既有盾构隧道的变。 （5）桥桩基础对城市地铁隧道设施影响主要与桩基础选型（桩径、桩间距、桩长等）、施工工法、桩基与城市轨道交通设施的相互空间关系、工程地质等因素有关。在保护等级要求较高时，应优先采用对周边环境影响较小的措施和参数，例如：保证桩基的有效桩长、采用非挤土的端承桩或摩擦端承桩，采用较大桩间距等有效保护方法。桥桩邻近地铁隧道施工风险分区：要求非挤土桩和挤土桩距离隧道的最小净距分别为3m和15m；隧道两侧40m范围内构筑物建设应分区域对待；按距隧道的最小净距分为3m和30m两个区域分别对待。在实际工程中，应尽量避免邻近既有地铁隧道2.0D范围内存在施工扰动行为，最好是选择4.0D以外范围，以保证地铁结构的安全稳定。 （6）杭州湾软弱土地区桥桩邻近既有地铁隧道施工应该注意以下几点：1）正式施工前应进行试成桩，且数量不少于3根；2）设计时应综合考虑地层情况、工程特点对桩基选型与施工工艺等关键环节进行专项方案撰写和专家论证；3）合理适用群桩阻挡效应，成桩顺序应遵循先近后远的原则；4）桥桩施工时，可采取钢套管护壁、增加泥浆比重、地基预加固、间隔跳开施工等措施减少成桩施工影响；5）合理采用或结合新型施工与防护技术，如全套管全回转成孔工艺和邻近地铁桥梁群桩承台无底钢套箱施工技术；6）成桩前应建立地铁隧道监测系统，实行成桩全过程信息化施工。 （二）创新点 （1）提出了考虑实际施工过程中的全钢套管钻孔灌注桩的桩端力和桩侧压力的桥桩邻近运营地铁隧道施工的理论简化计算公式，可为工程提供良好的施工沉降预测。建议给出了杭州湾类似软土地区的近邻地铁隧道大直径桥桩施工的最佳群桩施工顺序、群桩间距和变形影响分区评价等近接施工的控制技术方案和注意事项，给实际工程提供了有效参考。 （2）发明了一种实时监测准确率高，精度高，监测全面的桥梁群桩施工对邻近隧道的土体扰动监测系统及监测方法，采用设置在桥梁标定桩基与隧道之间的测斜系统、孔隙水压力监测系统和分层沉降仪进行施工的监测，实时指导桥桩施工，保障地铁隧道的安全。 （3）研发了一种全钢套管钻孔灌注桩施工工艺，采用不拔除套管桩基施工保障了邻近地铁隧道的安全性。研发了一种针对邻近地铁的桥梁承台施工的新型施工系统及施工方法，采用在钢套管箱内壁设置气囊隔离层、在承台顶布置拔除装置，实现钢套箱整体拔起回收，有效保证了结构承台及邻近地铁隧道结构安全。
【成果前景介绍】
【成果登记日期】2019-12-15