龔清華

摘 要： 近年來(lái)，我國(guó)的交通行業(yè)有了很大進(jìn)展，橋梁工程建設(shè)越來(lái)越多。本文討論在隧道結(jié)構(gòu)周圍近距離施工樁基及橋臺(tái)的情況，以某工程以橋梁形式上跨軌道交通5號(hào)線工程為例，采用MidasGTSNX有限元分析計(jì)算軟件，對(duì)明挖地鐵隧道結(jié)構(gòu)在上跨橋梁及其樁基施工過程中的內(nèi)力、變形等進(jìn)行了模擬分析。分析表明，隧道上方橋梁施工會(huì)使隧道結(jié)構(gòu)豎向發(fā)生沉降、橫向發(fā)生收斂、結(jié)構(gòu)整體發(fā)生扭曲，但本工程橋梁施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響在安全范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞： 橋梁樁基;近接施工;下伏隧道;內(nèi)力;變形

【中圖分類號(hào)】TV551 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.29.055

引言：近年來(lái)，隨著城市的高速發(fā)展，城市建設(shè)中高等級(jí)公路、地鐵隧道以及橋梁等工程規(guī)模得到空前擴(kuò)展，由于城市用地存在較大局限性，不可避免會(huì)出現(xiàn)橋隧相交問題。橋梁樁基礎(chǔ)施工過程會(huì)對(duì)既有隧道、建筑樁基以及施工區(qū)域周邊土體的變形產(chǎn)生影響，若施工前對(duì)樁基施工的影響研究不足，極易給橋梁與隧道工程留下安全隱患。因此深入研究樁基礎(chǔ)施工對(duì)橋隧相交工程的安全性具有重要意義。

1 明挖法施工技術(shù)要求及特點(diǎn)

整體來(lái)看，城市地鐵隧道施工是規(guī)模較大、工期漫長(zhǎng)、工序復(fù)雜且干擾因素多等多方面因素影響的施工，而且對(duì)于不同的城市地下段落，其地鐵隧道施工開挖的方法也會(huì)存在很大的差異。明挖法具有工程進(jìn)展迅速、施工過程簡(jiǎn)易、對(duì)施工操作面要求較低、經(jīng)濟(jì)投入低等特點(diǎn)，能夠保證工程質(zhì)量進(jìn)展順利。所以，在客觀條件允許的情況下，明挖法為首選。由于該方法施工過程簡(jiǎn)易、操作簡(jiǎn)便、可同時(shí)安排較多工人與工程機(jī)械同時(shí)施工，不僅提高了施工效率，節(jié)約投資，還壓縮了工期，且有利于保證施工質(zhì)量和安全。

2 工程概況

某工程位于軌道交通5號(hào)線某車站上跨。設(shè)計(jì)方案在機(jī)動(dòng)車道與聯(lián)絡(luò)線交叉口重合路段（含敞口段和暗埋段）均采用橋梁形式跨過。橋梁橫斷面全寬52.46m，設(shè)計(jì)為四幅橋，一幅橋?qū)?3.1m，每?jī)煞鶚蛑g留2cm的縫隙.橋梁上部結(jié)構(gòu)為單跨12m的T梁，下部結(jié)構(gòu)均采用樁柱式橋臺(tái)，樁基采用直徑為1.2m的鉆孔灌注樁。既有軌道交通5號(hào)線國(guó)鐵聯(lián)絡(luò)通道由敞口段與暗埋段組成，橋梁上跨范圍內(nèi)，敞口段U型槽頂標(biāo)高為22.5m，U型槽底板標(biāo)高約為16.6～15.7m，暗埋段隧道頂板標(biāo)高約為21.95～21.0m，暗埋段隧道底板標(biāo)高約為15.7～14.8m。軌道交通5號(hào)線及聯(lián)絡(luò)通道為已運(yùn)營(yíng)線路。

3 有限元模型

3.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

任何的基坑開挖都必然會(huì)引起基坑周邊地層發(fā)生不均勻的沉降變形，周邊建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生很大的反應(yīng)，特別是對(duì)于市政工程的影響最大，例如造成市政管網(wǎng)的破壞。結(jié)合鐵路沉降觀測(cè)技術(shù)規(guī)程以及鐵路線路維修管理標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)橋梁變形限值的要求，并參考浙江省《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程（DB33/T1139—2017）》《鐵路沉降變形觀測(cè)及評(píng)估技術(shù)規(guī)程（Q/CR9230—2016）》《鐵路線路修理規(guī)則（鐵運(yùn)[2006]146）》等規(guī)范對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)變形要求，綜合分析并考慮監(jiān)控量測(cè)技術(shù)措施，采用橋墩頂位移值和墩身傾斜率作為廣化南路施工對(duì)鐵路橋梁的安全控制指標(biāo)。

3.2 基本假定

巖土的構(gòu)成非常復(fù)雜，完全真實(shí)地模擬巖土材料的剛度特性非常困難，需要在適當(dāng)簡(jiǎn)化分析模型。根據(jù)本工程的實(shí)際情況和特點(diǎn)，將土層簡(jiǎn)化為水平層狀分布的連續(xù)材料。巖土體采用庫(kù)倫摩爾彈塑性模型，采用實(shí)體單元模擬土體。承臺(tái)、樁與橋梁板采用實(shí)體結(jié)構(gòu)模型，隧道結(jié)構(gòu)、泵房結(jié)構(gòu)、泵房管道采用板單元模型。在初始應(yīng)力場(chǎng)模擬時(shí)不考慮構(gòu)造應(yīng)力，僅考慮自重應(yīng)力的影響。

3.3 三維數(shù)值分析

基坑開挖時(shí)，通過地層應(yīng)力釋放與土層變形對(duì)周邊土層產(chǎn)生影響，因此基坑開挖的關(guān)鍵是分析其對(duì)周邊建筑物的環(huán)境影響?；娱_挖要對(duì)基坑的開挖方案與支護(hù)措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，并制訂基坑的開挖工序與合理的有效措施，確?；娱_挖和基礎(chǔ)施工順利、安全、可靠地實(shí)施。另外，基坑開挖的過程中，也要加強(qiáng)對(duì)周邊建筑物的沉降變形觀測(cè)，充分考慮基坑開挖對(duì)建筑物的影響，防止因基坑開挖導(dǎo)致周邊建筑物發(fā)生過大變形或不均勻沉降，從而導(dǎo)致建筑物開裂甚至倒塌，對(duì)于特大橋而言，如果沉降過大，相鄰兩橋墩沉降差過大，則可能影響城市域鐵路的行車舒適度、耐久性，更嚴(yán)重者可能發(fā)生安全事故。因此，控制基坑開挖對(duì)周邊建筑物的影響是避免周邊建筑物或構(gòu)筑物變形過大從而造成安全隱患。

3.4 對(duì)既有軌道交通5號(hào)線聯(lián)絡(luò)線隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，橋梁樁基開挖完畢后，隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力達(dá)到最大值。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果顯示，強(qiáng)度配筋情況下，最大正彎矩333.37kN·m，對(duì)應(yīng)軸力-45.14kN;最大負(fù)彎矩-298.23kN·m，對(duì)應(yīng)軸力-140.17kN。隧道結(jié)構(gòu)的配筋方案為：環(huán)向25@150，經(jīng)驗(yàn)算，配筋足夠。計(jì)算結(jié)構(gòu)裂縫寬度可得，背水側(cè)結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度0.085mm，小于0.3mm;迎水側(cè)結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度0.167mm，小于0.2mm。

3.5 地表沉降的影響

以東西隧道中心線為基準(zhǔn)，樁基礎(chǔ)施工范圍為40m，分別針對(duì)不同施工階段地表沉降變化情況進(jìn)行對(duì)比分析。隨著樁基礎(chǔ)開挖深度的增大，地表施工區(qū)域沉降值呈不斷增大趨勢(shì)變化，其中靠近樁基礎(chǔ)施工區(qū)域地表沉降值較大。當(dāng)樁基礎(chǔ)開挖至6m時(shí)，施工區(qū)域地表沉降出現(xiàn)較大幅度的增大，最大達(dá)到-7.5mm，相對(duì)于未開挖時(shí)增大了約-6.6mm，樁基礎(chǔ)開挖至12m時(shí)，地表沉降值再次出現(xiàn)增長(zhǎng)，最大值為-9.8mm，相對(duì)于開挖至6m時(shí)增長(zhǎng)了約-2.3mm，當(dāng)樁基礎(chǔ)開挖深度超過12m后，地表沉降值不再隨開挖深度而變化，說明樁基礎(chǔ)開挖對(duì)施工區(qū)域地表沉降具有一定影響，但樁基礎(chǔ)開挖達(dá)到一定深度后，地表沉降將不再受開挖深度的影響。

4 結(jié)論與建議

本文根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)文件、施工文件以及橋梁與軌道交通5號(hào)線聯(lián)絡(luò)通道的相對(duì)位置關(guān)系，建立了三維計(jì)算模型，通過模擬樁基施工及施作橋臺(tái)、橋面的全過程，分析了橋梁施工過程中對(duì)既有軌道交通5號(hào)線聯(lián)絡(luò)通道的影響。取得如下結(jié)論：（1）隧道上方橋梁施工會(huì)使隧道結(jié)構(gòu)在原有變形的基礎(chǔ)上繼續(xù)豎向發(fā)生沉降、橫向發(fā)生收斂、結(jié)構(gòu)整體發(fā)生扭曲;（2）隧道結(jié)構(gòu)由于橋梁施工產(chǎn)生的縱向位移最大值為0.08mm，橫向收斂最大值2.22mm，豎向最大下沉量5.80mm，均小于限值10mm，滿足要求;（3）強(qiáng)度配筋情況下，最大正彎矩333.37kN·m，對(duì)應(yīng)軸力-45.14kN;最大負(fù)彎矩-298.23kN·m，對(duì)應(yīng)軸力-140.17kN，結(jié)構(gòu)配筋足夠;背水側(cè)結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度0.085mm，小于0.3mm;迎水側(cè)結(jié)構(gòu)最大裂縫寬度0.167mm，小于0.2mm。計(jì)算結(jié)果表明，在本文采用的計(jì)算參數(shù)及施工步驟條件下，上跨軌道交通5號(hào)線聯(lián)絡(luò)通道橋梁施工的全過程中，既有軌道交通5號(hào)線結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范規(guī)定的要求。在橋梁施工過程中，建議采取以下措施以進(jìn)一步保證施工安全：（1）樁基施工過程中應(yīng)做好泥漿護(hù)壁，避免產(chǎn)生塌孔，引起隧道結(jié)構(gòu)受力不均;（2）樁基應(yīng)間隔施工，充分利用樁間土體的抗力平衡隧道結(jié)構(gòu)受力;（3）施工過程中應(yīng)控制施工荷載，避免在隧道結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)產(chǎn)生過大超載。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，在地鐵隧道明挖法施工中，基坑開挖引起的周圍環(huán)境的變化和施工的穩(wěn)定性，隨著基坑深度加大而變得更為顯著，而基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置及施工，才能有效保證其基坑的穩(wěn)定性，進(jìn)而確保周圍建筑物的安全。

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