哈爾濱某地鐵區(qū)間下穿某橋模型分析

彭濤

【摘 要】簡(jiǎn)要介紹了哈爾濱地鐵1號(hào)線(xiàn)某段區(qū)間隧道下穿四環(huán)某橋的工程施工方法及為減小路面和橋面沉降所施做的工程措施。本文的分析方法主要采用巖土和隧道有限元分析計(jì)算軟件Midas GTS nx對(duì)該下穿區(qū)段進(jìn)行3D建模以模擬并分析區(qū)間于該地段下穿四環(huán)路某橋的現(xiàn)實(shí)情況。計(jì)算得出的結(jié)果對(duì)于該工程具有預(yù)測(cè)及指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】地鐵 有限元 3D建模 下穿橋 Midas GTS nx

1 工程概況

哈爾濱城市軌道交通1號(hào)某區(qū)間與該市四環(huán)路某橋斜交（該四環(huán)路橋順橋向與哈爾濱地鐵1號(hào)線(xiàn)線(xiàn)路方向交叉角約67.5°），相交長(zhǎng)度約38.7m。該橋位于該市四環(huán)路上，因與市區(qū)某主干街道相交故施做橋梁橫跨該街道。該橋?yàn)槠胀ê?jiǎn)支梁橋，橋梁最大跨度約20.7m，橋墩與橋臺(tái)距離約11.5m，該橋橋臺(tái)及墩臺(tái)下均設(shè)橋樁支撐該橋，單排8根，共計(jì)4排（含橋臺(tái)）橋下為哈爾濱市某主干街道（與哈爾濱地鐵1號(hào)線(xiàn)線(xiàn)路方向同向），哈爾濱地鐵1號(hào)線(xiàn)區(qū)間線(xiàn)路設(shè)計(jì)從該橋的第一、二及二三排橋樁下穿過(guò)，其中線(xiàn)路左線(xiàn)區(qū)間結(jié)構(gòu)外皮距第一排橋樁最小凈距僅為1.75m。區(qū)間設(shè)計(jì)采用礦山法施工。拱頂采用管棚間插注漿小導(dǎo)管的措施加固，并于徑向采用打設(shè)錨桿的方法加固周?chē)馏w。施工斷面圖如圖1所示。

區(qū)間下穿土層由上至下依次為素填土層、粉質(zhì)粘土層及黏土層，其中區(qū)間結(jié)構(gòu)位于黏土層中，據(jù)該區(qū)域水文地質(zhì)資料，該區(qū)域地下水位年變幅在2.0～3.0m，且常年位于本區(qū)間結(jié)構(gòu)底板下5.0～6.0m。

2 施工方法及主要施工步驟

本段區(qū)間采用礦山法施工，由于區(qū)間上方為既有公路及橋臺(tái)堆土，施工中應(yīng)盡量較少對(duì)土體的擾動(dòng)，減少地面沉降和對(duì)橋梁基礎(chǔ)的擾動(dòng)。

為此施工采用了在拱頂180°范圍內(nèi)打設(shè)φ108管棚間布φ42注漿小導(dǎo)管的方法加固拱頂上部土層。其中管棚為通長(zhǎng)布設(shè)，小導(dǎo)管長(zhǎng)度為3m，隔榀布設(shè)，水平傾角為10°，管棚中應(yīng)注水泥凈漿，小導(dǎo)管中應(yīng)注水泥水玻璃雙液漿，且注漿壓力不小于1.2Mpa。

斷面開(kāi)挖采用臺(tái)階法開(kāi)挖，上臺(tái)階開(kāi)挖后及時(shí)施做臨時(shí)仰拱使上部臨時(shí)封閉成環(huán)，待下部開(kāi)挖完畢并封閉整環(huán)后再拆除臨時(shí)仰拱。臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度不宜超過(guò)6m。

區(qū)間徑向采用φ42注漿錨桿進(jìn)行加固，錨桿長(zhǎng)度為1.5m沿區(qū)間側(cè)壁徑向梅花型打設(shè)，打設(shè)間距1mX1m，注漿漿液采用水泥漿。

3 模型的建立

3.1 關(guān)于模型的一些假定

模型中隧道噴射混凝土襯砌均按線(xiàn)彈性模型考慮且遵循廣義虎克定律，土體均以摩爾庫(kù)倫模型為基礎(chǔ)模擬，錨桿按Midas GTS nx中新添加的植入式桁架模型模擬。模型中對(duì)于因錨桿注漿而加固的的土體采用替換單元屬性的方式實(shí)現(xiàn)，即未加固土體按原土體屬性計(jì)算，加固后土體按硬化土體屬性計(jì)算。由于Midas GTS nx中的地表沉降量是個(gè)累積計(jì)算值顧本模型為了計(jì)算出最接近現(xiàn)實(shí)情況的結(jié)果，計(jì)算過(guò)程與實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程過(guò)程相同。

各土層材料屬性定義如表1。

模型建成后，為了增加模型的計(jì)算穩(wěn)定性，采用四面體網(wǎng)格劃分該模型。同時(shí)為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，本模型以1m為最小單元邊長(zhǎng)，共計(jì)劃分267000個(gè)單元。如圖2所示。

3.2 結(jié)果分析

從計(jì)算結(jié)果如圖3所示，可以看出隧道結(jié)構(gòu)最大位移處發(fā)生拱頂，有9mmz左右的豎向位移，其次為拱底，有5mm左右的拱底隆起，但均能滿(mǎn)足地鐵區(qū)間設(shè)計(jì)要求。地面沉降均保持在1～3mm范圍內(nèi)，橋體位于區(qū)間線(xiàn)路左線(xiàn)部分有1.7mm左右的沉陷，由于橋墩和橋樁的杠桿作用使得位于右線(xiàn)區(qū)間橋體有1.2mm作用的上浮，但均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程中的加固措施是在模型中經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)最終確定下來(lái)的，經(jīng)過(guò)多次計(jì)算，發(fā)現(xiàn)管棚對(duì)于控制地面沉降效果比較顯著，而小導(dǎo)管和錨桿對(duì)于控制區(qū)間內(nèi)部位移及變形有著較為不錯(cuò)的效果，故而在本工程中采用了二者結(jié)合的加固方式，對(duì)控制地面及其上方建筑物沉降和對(duì)控制區(qū)間內(nèi)部結(jié)構(gòu)位移變形都有著較為優(yōu)異的表現(xiàn)。