雪松路橋施工對已建地鐵的影響分析

金花，顧濤，劉科

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西渭南714000；2.中鐵隧道勘測設計有限公司，天津300133）

雪松路橋施工對已建地鐵的影響分析

金花1，顧濤2，劉科2

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西渭南714000；2.中鐵隧道勘測設計有限公司，天津300133）

依托長沙市雪松路橋鄰近地鐵2號線西延一期工程梅溪湖西站配線段施工實例，結(jié)合場地所處的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，采用數(shù)值模擬方法，分析橋梁施工對地鐵配線段結(jié)構(gòu)的影響，并提出處理措施。研究結(jié)果表明：該橋梁施工所引起的梅溪湖西站配線段結(jié)構(gòu)的水平位移及豎向位移均處于變形控制標準內(nèi)；橋樁施工后，配線段結(jié)構(gòu)彎矩值小于結(jié)構(gòu)的承載力設計值，說明施工期間配線段結(jié)構(gòu)不會發(fā)生強度破壞，結(jié)構(gòu)的安全是可控的。

地鐵；橋梁；施工；數(shù)值分析

1　工程概況

長沙市雪松路橋梁工程位于湘江新區(qū)梅溪湖片區(qū)，該橋梁橫跨龍王港河道及梅溪湖西站配線段，西接雪松路，東接肖龍路；其跨徑為60 m，橋梁全長為61.66 m，橋?qū)挒?8～43 m，橋梁總面積為2 538.5 m2。梅溪湖西站為長沙地鐵2號線西延一期工程的起點站，長沙地鐵2號線西延一期工程梅溪湖西站配線段自西南-東北向布設，見圖1。該配線段下穿龍王港河道，為地下單層結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工。梅溪湖西站配線段標準段外包寬度為21.1 m，西側(cè)結(jié)構(gòu)邊墻距離最近的雪松路橋橋樁約4 m（西側(cè)墻趾邊緣距離西側(cè)最近的橋樁距離約2.5 m），東側(cè)結(jié)構(gòu)邊墻距離最近的橋樁約8.5 m（東側(cè)墻趾邊緣距離東側(cè)最近的橋樁距離約7 m），兩工程的位置關系見圖2。

圖1　2號線西延一期工程走向示意

圖2　雪松路橋與梅溪湖西站位置關系（單位：m）

2　數(shù)值模擬分析

2.1計算模型

三維數(shù)值模擬計算采用巖土工程有限差分軟件FLAC3D，模型中預設開挖單元和土體單元，開挖單元及土體單元均為實體單元。施工影響范圍內(nèi)配線段主體結(jié)構(gòu)為四跨鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu)，采用Shell單元模擬，橋樁采用Pile單元模擬，龍王港河道內(nèi)河水以超載形式施加在河底。建模范圍內(nèi)包括龍王港河道、兩側(cè)河堤、配線段主體結(jié)構(gòu)及橋樁結(jié)構(gòu)，三維模型寬度100 m，縱向長度68 m，深30 m，可以滿足計算精度要求。模型四周法向約束，底部固定約束，頂面采用自由邊界。計算模型見圖3。

圖3　三維計算模型（單位：m）

本工程主要關注上部基坑及橋樁開挖對下部配線段結(jié)構(gòu)的影響。三維計算采用常規(guī)庫倫—摩爾模型已不能滿足計算要求，故土層模型選擇修正劍橋模型（Cam-clay Model），此模型對于土體的加載壓縮、卸載回彈可分別指定不同參數(shù)，更符合土體力學特性。土層分布由上至下依次為殘積粉質(zhì)黏土、全風化板巖、強風化板巖及中風化板巖。根據(jù)地質(zhì)資料，施工影響范圍內(nèi)配線段全部位于中風化板巖之中，待開挖橋臺基坑坑底亦位于中風化板巖，地質(zhì)條件較好。

2.2計算工況

本次分析主要研究橋樁及其基坑施工對梅溪湖西站配線段主體結(jié)構(gòu)的影響，分4個工況進行：①地層處于原始應力狀態(tài)，配線段未施工；②開挖配線段主體結(jié)構(gòu)，進行應力平衡計算，作為評估的初始狀態(tài)；③開挖橋臺基坑，評價基坑開挖對配線段主體結(jié)構(gòu)的影響；④開挖橋樁，評價橋樁施工對配線段主體結(jié)構(gòu)的影響。2.3結(jié)果分析

2.3.1基坑開挖對配線段的影響

通過對比分析周邊土體在基坑開挖前后的位移云圖以及配線段主體結(jié)構(gòu)在基坑開挖前后的位移云圖發(fā)現(xiàn)：由于橋臺基坑的開挖導致土體卸載，下部土體產(chǎn)生回彈變形，最大回彈值為6 mm，并引起配線段主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了豎向位移，且距離基坑越近，變形越大，最大豎向位移為0.14 mm。開挖的同時還引起配線段主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的側(cè)向水平位移，最大水平位移為0.07 mm，分布規(guī)律與豎向變形基本一致。

通過對比分析配線段主體結(jié)構(gòu)在基坑開挖前后的彎矩分布云圖發(fā)現(xiàn)：配線段主體結(jié)構(gòu)彎矩圖在基坑開挖前后基本相同。

由以上結(jié)果可知，橋臺基坑開挖對配線段主體結(jié)構(gòu)的影響較小。

2.3.2橋樁施工對配線段的影響

通過對比分析周邊土體在橋樁開挖前后的位移云圖以及配線段主體結(jié)構(gòu)在橋樁開挖前后的位移云圖發(fā)現(xiàn)：橋樁施工時，配線段主體結(jié)構(gòu)向上位移量保持在0.14 mm不變，同時其側(cè)向水平位移最大值亦保持為0.07 mm。

通過對比分析配線段主體結(jié)構(gòu)在橋樁開挖前后的彎矩分布云圖發(fā)現(xiàn)：配線段主體結(jié)構(gòu)彎矩圖在橋樁開挖前后基本相同。

由以上結(jié)果可知，橋樁施工對配線段主體結(jié)構(gòu)的影響也較小。

2.3.3計算結(jié)果與控制標準的對比分析

根據(jù)地鐵結(jié)構(gòu)的安全等級，考慮到軌道已鋪設完成，制定位移控制標準：配線段結(jié)構(gòu)水平位移≤5 mm、豎向位移≤5 mm。根據(jù)地鐵前期結(jié)構(gòu)設計文件，配線段彎矩控制值≤550 kN·m。

雪松路橋梁施工引起梅溪湖西站配線段結(jié)構(gòu)的最大位移和最大彎矩計算值及對應的控制標準見表1。

表1　計算值及對應的控制標準值

由表1可見：①橋梁施工引起的配線段結(jié)構(gòu)的水平位移及豎向位移均處于變形控制標準范圍內(nèi)，說明橋梁施工期間引起的梅溪湖西站配線段結(jié)構(gòu)的變形是可控的；②橋樁施工后配線段結(jié)構(gòu)彎矩值小于結(jié)構(gòu)的控制標準值，說明施工期間配線段結(jié)構(gòu)不會發(fā)生強度破壞，結(jié)構(gòu)的安全是可控的。

3　結(jié)論與建議

1）根據(jù)數(shù)值模擬分析，結(jié)合項目所處的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，雪松路橋施工對梅溪湖西站配線段結(jié)構(gòu)的影響較小，安全基本處于可控狀態(tài)，設計方案總體可行。

2）雪松路橋橋樁距離梅溪湖西站配線段結(jié)構(gòu)的側(cè)墻最小凈距為4 m，距離結(jié)構(gòu)外伸墻趾的最小距離為2.5 m，側(cè)墻外側(cè)設置了2 m厚防沖刷的漿砌片石?？紤]到橋樁施工宜造成側(cè)墻防沖刷層及結(jié)構(gòu)防水層破壞，建議適當調(diào)整橋樁的位置，使之盡量遠離梅溪湖西站配線段結(jié)構(gòu)。

3）考慮到橋樁距離車站配線段結(jié)構(gòu)較近，為減少后期運營列車振動荷載對橋梁正常使用的影響，宜將西側(cè)部分距離地鐵結(jié)構(gòu)較近的橋樁適當加長，加長后的橋樁應伸到地鐵配線段結(jié)構(gòu)下方不小于3 m。

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Analysis on Influence of Xuesong Road Bridge Construction on Existing Metro Structures

JIN Hua1，GU Tao2，LIU Ke2
（1.Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000，China；2.China Railway Tunnel Survey&Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300133，China）

In this paper，the bridge construction at Xuesong Road was case-studied，which was near the W est M eixi Lake station wiring section of the first-phase project of metro line No.2 western extension project in Changsha.W ith consideration of the engineering geology and hydrogeology conditions，the influence of bridge construction on adjacent subway structures was analyzed and the corresponding measures were proposed based on numerical simulation.T he results show that the horizontal and vertical displacements of the structures in adjacent wiring section due to bridge construction are within the limits.W ith the completion of bridge piers，the actual moments of the wiring structures are less than the designed values.It indicates that these structures are safe and their strengths are adequate during construction.

Subway；Bridge；Construction；Numerical analysis

U445.4

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.20

1003-1995（2016）09-0079-03

（責任審編葛全紅）

2016-05-10；

2016-07-15

金花（1981—），女，講師，工學碩士。