地鐵隧道下穿既有鐵路橋施工影響分析

閆 鑫，葉陽(yáng)升，張 梅，馬偉斌

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081;3.鐵道部工程管理中心，北京 100844)

地鐵隧道下穿既有鐵路橋施工影響分析

閆 鑫1，2，葉陽(yáng)升1，2，張 梅3，馬偉斌1，2

(1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081;3.鐵道部工程管理中心，北京 100844)

近年來(lái)我國(guó)城市地鐵建設(shè)得到了較快的發(fā)展，隧道下穿既有構(gòu)筑物的工程增加，地鐵下穿既有鐵路橋施工，如處置不當(dāng)將影響列車安全運(yùn)行。本文結(jié)合哈爾濱地鐵隧道下穿既有鐵路框構(gòu)橋施工，對(duì)施工過(guò)程中框構(gòu)橋與土層之間出現(xiàn)的滑移和脫空進(jìn)行模擬分析，結(jié)合實(shí)際框構(gòu)橋差異沉降觀測(cè)結(jié)果，選擇注漿加固橋基。研究結(jié)果表明:隧道施工過(guò)程中，橋梁的不均勻沉降，改變了橋梁的受力狀態(tài)，但橋梁變形在允許范圍內(nèi)，根據(jù)需要可以加大注漿加固范圍，以保證施工期間橋梁能夠安全服役。

地鐵下穿 框構(gòu)橋 仿真計(jì)算 施工影響

地鐵隧道下穿既有橋梁施工時(shí)，隧道開(kāi)挖擾動(dòng)周圍地層，引起地層移動(dòng)和變形，可能對(duì)一定范圍內(nèi)鄰近的橋梁基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)造成損傷。北京、上海和廣州地鐵建設(shè)中都曾遇到類似問(wèn)題，給設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了極大難題。如果處理不當(dāng)，會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。結(jié)合哈爾濱地鐵1號(hào)線下穿哈爾濱南站既有鐵路橋工程，對(duì)地鐵隧道下穿既有鐵路橋產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究。

1 工程概況

哈爾濱地鐵1號(hào)線南站站至農(nóng)科院站區(qū)間段下穿哈爾濱南站1號(hào)—9號(hào)鐵路橋，其中7號(hào)橋?yàn)榭驑?gòu)橋，無(wú)樁基，橋梁底板距隧道頂部約6.3 m。該橋通行貨運(yùn)列車，車速不超過(guò)30 km/h。圖1為7號(hào)框構(gòu)橋與新建地鐵區(qū)間隧道關(guān)系。

圖1 7號(hào)橋和地鐵隧道關(guān)系(單位:mm)

2 地鐵下穿既有鐵路橋變形影響分析

2.1 計(jì)算模型

模型尺寸為62.88 m×41.00 m×32.25 m。劃分網(wǎng)格后的實(shí)體模型如圖2所示?？紤]到框構(gòu)橋與土層之間的滑移與脫空，在框構(gòu)橋與土層之間建立接觸面，地層參數(shù)如表1。

圖2 7號(hào)框構(gòu)橋有限元模型

表1 地層力學(xué)參數(shù)

按照實(shí)際的兩臺(tái)階工法進(jìn)行模擬，每循環(huán)進(jìn)尺0.5 m，上臺(tái)階預(yù)留核心土，保證掌子面與核心土間距2 m，上臺(tái)階掌子面與下臺(tái)階間距3 m，上、下行隧道前后錯(cuò)開(kāi)20 m開(kāi)挖，荷載按照實(shí)際情況折算施加。

2.2 框構(gòu)橋變形分析

橋監(jiān)測(cè)原點(diǎn)位于計(jì)算模型中框構(gòu)橋農(nóng)科院站一側(cè)的面上，計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿上行線隧道走向水平布置。見(jiàn)圖3，可以看出，按照上、下行線隧道間隔20 m的開(kāi)挖方式施工至變形穩(wěn)定后，公路主路與輔路下框構(gòu)橋底板最大沉降量分別為14.46 mm，14.15 mm，超過(guò)限值10 mm。7號(hào)框構(gòu)橋差異沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖4所示。

圖3 框構(gòu)橋垂向位移沿縱向分布

圖4 7號(hào)框構(gòu)橋差異沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置

計(jì)算結(jié)果顯示，在隧道施工過(guò)程中，7號(hào)框構(gòu)橋稍有傾斜，垂向位移最小為3.09 mm，位置在1#點(diǎn)，最大為8.57 mm，位置在8#點(diǎn)。差異沉降為8.57-3.09=5.48 mm，小于要求的0.001L=0.001×42 880=42.88 mm，L為橋跨長(zhǎng)。在7號(hào)框構(gòu)橋前期服役狀態(tài)正常的情況下，7號(hào)框構(gòu)橋可能出現(xiàn)整體沉降超標(biāo)，但結(jié)構(gòu)整體安全程度較高。

2.3 框構(gòu)橋脫空

隧道施工將會(huì)引起框構(gòu)橋底板出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，過(guò)大的脫空將導(dǎo)致框構(gòu)橋底板出現(xiàn)裂縫，框構(gòu)橋垂向位移見(jiàn)圖5，墊層垂向位移見(jiàn)圖6。由圖5和圖6可以看出，在施工過(guò)程中，將導(dǎo)致框構(gòu)橋在已有變形基礎(chǔ)上向下行線稍有傾斜。

框構(gòu)橋底板及墊層垂向位移最大變形均發(fā)生在正中位置外側(cè)，框構(gòu)橋底板最大變形為8.24 mm，相同位置處墊層的最大變形量為9.31 mm，有脫空現(xiàn)象發(fā)生;正中位置里側(cè)，框構(gòu)橋底板最大變形為6.24 mm，相同位置處墊層的最大變形量為6.42 mm，二者變形基本相近。

圖5 框構(gòu)橋垂向位移

圖6 框構(gòu)橋墊層垂向位移

3 結(jié)論及建議

地鐵下穿7號(hào)鐵路橋，框構(gòu)橋底板下沉超過(guò)限值10 mm，橋底板有脫空現(xiàn)象，差異沉降較小，在允許范圍內(nèi)。據(jù)此，建議加大監(jiān)測(cè)頻率，實(shí)時(shí)掌握橋梁變形情況，根據(jù)橋梁變形發(fā)展趨勢(shì)，必要時(shí)應(yīng)擴(kuò)大注漿范圍;由于脫空病害具有隱蔽性，施工時(shí)，在初期支護(hù)完成后，對(duì)區(qū)間隧道開(kāi)挖影響的范圍進(jìn)行物探，探測(cè)框構(gòu)橋底板的脫空位置、脫空程度，根據(jù)探測(cè)結(jié)果對(duì)框構(gòu)橋脫空區(qū)進(jìn)行注漿加固處理，避免底板脫空現(xiàn)象進(jìn)一步發(fā)展，改善橋梁受力狀況，保證區(qū)間隧道施工過(guò)程中鐵路橋的安全。

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U455

A

1003-1995(2012)06-0084-02

2012-04-05;

2012-04-20

閆鑫(1984— )，男，河北石家莊人，博士研究生。

(責(zé)任審編 王 紅)