高架橋下明挖隧道施工技術(shù)研究

謝 斌（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧 遼陽(yáng)111000）

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高架橋下明挖隧道施工技術(shù)研究

謝 斌
（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧 遼陽(yáng)111000）

摘 要：文章以某南京到上海方向某節(jié)點(diǎn)改造工程為例，對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況進(jìn)行了分析，然后提出了基坑維護(hù)的施工方案，通過(guò)模擬分析和對(duì)比，就圍護(hù)樁形變、基坑和高鐵橋墩之間的土體表面的形變進(jìn)行了研究，希望通過(guò)本次研究，對(duì)有效控制高鐵基坑變形和橋段始形變，控制高鐵正常運(yùn)行有一定助益。

關(guān)鍵詞：高鐵；橋梁施工；明挖隧道；安全分析

高鐵在建設(shè)和設(shè)計(jì)過(guò)程中特殊工程相對(duì)較少，對(duì)基坑和橋墩的形變控制還沒(méi)有特定的規(guī)范和操作標(biāo)準(zhǔn)，積極探索基坑形變和橋墩形變的控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保障高鐵正常運(yùn)行和安全使用有著顯著的促進(jìn)作用。

1　工程地質(zhì)情況分析

本次研究的地基層是由土層沉積而成，地基呈現(xiàn)層狀分布，各個(gè)層之間的分布比較均勻，但是各個(gè)層面之間的差距十分大，施工場(chǎng)地地面標(biāo)準(zhǔn)高度在 2.712m～7.851m之間，高度落差在5.141m之間。第一層為人填土層，第二層為褐黃土壤和灰黃粘土的混合在一起，第三層為灰土和青灰色粉砂混合在一起，第四層主要為灰色的粉狀粘土，最后一層為灰黃色和青灰色混合而成的青灰色粘土。施工現(xiàn)場(chǎng)，淺部土層中的地下水類型為淺水系，［1-2］擬建場(chǎng)地的微承壓主要存在于淺部第二層和第三層的粉土或者粉砂土中，其含水量一般，水源補(bǔ)充主要為大氣降水、地表水和上部存在的水源。

2　基坑圍護(hù)方案的確定

在基坑使用區(qū)域開(kāi)挖一個(gè)深度和寬度為8*33m的基坑，圍護(hù)采用的模式為石砌或者隔離樁，其中石砌擋墻為工程中已經(jīng)存在的建筑物，隔離樁通常為Φ1000mm～12000mm的鉆孔灌注樁，長(zhǎng)度一般維持在17m左右。在使用期間，應(yīng)該保持較低的地下水位，采用集水坑的方式降低水位。具體施工過(guò)程中，首先是開(kāi)挖 Φ1000mm的鉆孔圍護(hù)樁，然后開(kāi)挖一個(gè)深度為Φ500mm的高壓旋噴樁，接下來(lái)將上部的擋墻去除，做好土方開(kāi)挖工作，然后將下部擋墻去除，基坑底部鋪上相應(yīng)的建設(shè)材料，再然后安裝好基坑底部的地板鋼筋，最后用混凝土對(duì)地板鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行澆筑。

3　做好模式計(jì)算工作

3.1建立合適模型

本次研究采用的線彈性模型，塑性部分采用Mohr-Coulomb 模型，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，基坑以垂直方向穿越高鐵橋梁，其中存在的各種技術(shù)問(wèn)題按照平面應(yīng)變對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理。

3.2選擇合適的計(jì)算參數(shù)

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔要求灌注樁施工過(guò)程中應(yīng)該按照等效強(qiáng)度和剛度原理將其陸續(xù)轉(zhuǎn)化為連續(xù)墻結(jié)構(gòu)?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)該達(dá)到C30級(jí)以上，厚度維持在0.8m以上，其他材料的物理數(shù)據(jù)可以查閱相關(guān)表格獲取。基坑施工主要分以下幾個(gè)步驟，首先將上部分擋墻及時(shí)拆除，從2012年12 月16日開(kāi)始；其次，開(kāi)挖基坑的土方，在擋墻拆除后一周之后進(jìn)行；再次，將因?yàn)橥练介_(kāi)挖而裸露出來(lái)的部分不上擋墻及時(shí)去除，在 12月底進(jìn)行；最后，將基坑底部的墊層鋪好，并做好鋼筋結(jié)構(gòu)澆筑工作，一般在第二年1月上旬進(jìn)行，到一月中下旬結(jié)束。

4　結(jié)果分析

4.1高鐵橋墩沉降情況和實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析

該項(xiàng)工程是在正常運(yùn)行的高鐵橋梁下進(jìn)行，安全性十分重要。在施工過(guò)程中最為敏感的安全因素就是橋墩的形變量控制。通過(guò)本次模擬我們可以得到高鐵橋梁沉降各種數(shù)值模式，詳細(xì)情況如圖2所示。

圖1　高鐵橋墩沉降

在高鐵橋梁底部施工過(guò)程中，橋墩最大沉降主要發(fā)生在開(kāi)往南京方向的橋段中，最大的沉降度為0.64mm，隔離樁對(duì)預(yù)防過(guò)度沉降起到了良好的保護(hù)效果，通過(guò)對(duì)圖1a、b兩圖的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在項(xiàng)目工程施工過(guò)程中，距離基坑邊緣3.7m處的橋墩沉降值始終比距離基坑邊緣 5.7m處的要大很多，最大的差值超過(guò)了0.04mm，最大的沉降量差值相差0.03mm，這就顯示出，橋墩和基坑之間的距離是影響橋墩形變的重要因素。通常情況下，高鐵項(xiàng)目工程施工完畢后，最大的沉降要求應(yīng)該小于等于 30mm，路基施工完畢后，扣件可調(diào)整的總體沉降量應(yīng)該在15mm以下，路面和橋梁交界處的沉降差最大不得超過(guò)5mm。本次項(xiàng)目工程施工過(guò)程中，橋墩的沉降量始終控制在 1mm之內(nèi)，有效的控制橋面和路面之間沉降差值，可以將其作為高鐵橋梁下明挖隧道施工的安全控制指標(biāo)。通過(guò)模型數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)和現(xiàn)實(shí)測(cè)試結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，沉降規(guī)律基本符合要求，但是模型模擬出來(lái)的數(shù)值偏大，出現(xiàn)這種情況可能是與土體超固結(jié)現(xiàn)象有一定關(guān)系。

4.2基坑圍護(hù)形變情況分析

通過(guò)對(duì)圖2進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，圍護(hù)樁水平位移的最大值是在頂部，為4.22mm，模擬數(shù)值的最大值為4.96mm，樁頂部最大的沉降為1.45mm，維護(hù)樁整個(gè)形變主要發(fā)生在基坑土方開(kāi)挖過(guò)程中，在對(duì)存在擋墻進(jìn)行拆除過(guò)程中，圍護(hù)樁本身的深層水平位移較小，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)值進(jìn)行比較，模擬形變數(shù)值和實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合一致。但是目前，還不能確定一個(gè)合理的控制標(biāo)準(zhǔn)。在具體施工過(guò)程中，基坑圍護(hù)樁形變控制在5mm以內(nèi)，不會(huì)對(duì)高鐵正常運(yùn)行造成影響。

圖2　圍護(hù)樁樁頂變形及深層水平位移

4.3基坑和橋墩之間的土體表面形變分析

隔離樁和橋墩之間土體最大的水平位移為2.41mm，最大沉降數(shù)值為 2.32mm，數(shù)值模擬和現(xiàn)實(shí)測(cè)得數(shù)據(jù)形變相吻合，并且存在較小誤差。土體表面發(fā)生沉降主要發(fā)生在上部擋墻部分拆除過(guò)程中，而土體傾斜主要發(fā)生在下部擋墻拆除過(guò)程中，這說(shuō)明擋墻對(duì)形變產(chǎn)生了一定的作用。橋墩的動(dòng)壓力和圍護(hù)樁身的軸力擴(kuò)散主要集中在樁入土的12m的范圍之內(nèi)。結(jié)合圖2所示，土體發(fā)生形變的深度范圍較小，表面位移和沉降數(shù)值應(yīng)該控制在3mm以內(nèi)。

5　結(jié)束語(yǔ)

在高鐵橋梁下明挖隧道施工作業(yè)過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制好高鐵橋墩的形變范圍。本次項(xiàng)目工程施工發(fā)現(xiàn)，基坑形變量應(yīng)該控制在5mm內(nèi)，高鐵橋墩沉降應(yīng)該控制在1mm之內(nèi)，表面位移和沉降數(shù)值應(yīng)該控制在3mm以內(nèi)，這樣可以切實(shí)保證高鐵道路正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃傳勝，張家生.地鐵深基坑三維有限元模型尺寸效應(yīng)分析［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2011（02）: 47.

［2］熊春寶，雷禮鋼，葛有志.土的不同本構(gòu)關(guān)系對(duì)三維有限元分析的影響［J］. 天津理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2010（01）:30-31.

（責(zé)任編輯：雷 君）

中圖分類號(hào)：U455.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.019

文章編號(hào)：1672–7304（2016）01–0042–02

作者簡(jiǎn)介：謝斌（1987-），男，遼寧遼陽(yáng)人，研究方向：工程技術(shù)。

Research on the construction technology of open cut tunnel under the viaduct

XIE Bin
（China Railway nineteen Bureau Group Second Engineering Co.， Ltd.， Liaoyang， Liaoning 111000）

Abstract:This study mainly to a direction of a node Nanjing to Shanghai renovation project，and on the construction site geological conditions were analyzed， and then the maintenance of construction pit proposed scheme through simulation analysis and comparison， the strain on the envelope pile soil surface deformations，excavation and high-speed rail between piers were studied.

Keywords:High-speed Rail； Bridge Construction； Cut and Cover Tunnel； Safety Analysis