軌道橋梁基礎(chǔ)施工對(duì)對(duì)山立交臨近橋臺(tái)、橋墩的安全影響

馮 進(jìn)

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院 重慶 重慶 400074）

軌道橋梁基礎(chǔ)施工對(duì)對(duì)山立交臨近橋臺(tái)、橋墩的安全影響

馮 進(jìn)

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院 重慶 重慶 400074）

為評(píng)估軌道橋梁基礎(chǔ)施工對(duì)對(duì)山立交臨近橋臺(tái)、橋墩的影響。結(jié)合重慶軌道交通環(huán)線某區(qū)間軌道橋梁施工，采用有限元數(shù)值模擬軟件MIDAS—GTS建立了橋梁基礎(chǔ)以及橋墩、橋臺(tái)的三維實(shí)體模型，分析了軌道橋梁基礎(chǔ)在加載力的作用下對(duì)山立交匝道橋臺(tái)及橋墩的位移影響值。通過這些分析，對(duì)于施工過程中保護(hù)周邊建筑與施工安全有一定的參考價(jià)值。

軌道橋梁；對(duì)山立交；橋臺(tái)、橋墩；數(shù)值模擬；位移

隨著我國(guó)城市建設(shè)的迅速發(fā)展，便利的交通方式起到了關(guān)鍵性的作用。而軌道交通憑著節(jié)能、快捷、高效、暢通、可靠等多方面的優(yōu)勢(shì)，已成為了城市公共交通的重要組成部分。在錯(cuò)綜復(fù)雜的交通系統(tǒng)下，新建軌道交通的路線難免需穿越或影響已建或在建的軌道交通。

本文以某軌道施工為背景，通過其軌道橋梁基礎(chǔ)施工對(duì)周邊臨近橋臺(tái)、橋墩的數(shù)值模擬，分析在施工過程中對(duì)山立交臨近橋臺(tái)、橋墩的動(dòng)態(tài)位移影響。

1.概述

1.1 工程概況

本研究對(duì)象為軌道交通環(huán)線某區(qū)間軌道橋設(shè)計(jì)。軌道橋梁基礎(chǔ)施工區(qū)間起訖里程為 YDK24+631.067～YDK24+785.112，長(zhǎng) 154.045m，其中該區(qū)間的一邊與暗挖隧道相接，另一邊與既有框架通道相接。

1.2 位置關(guān)系

該軌道橋梁基礎(chǔ)基礎(chǔ)施工區(qū)間YDK24+631.067～YDK24+785.112區(qū)段與對(duì)山立交D、E匝道道路中心線大致平行，軌道中心線夾于D、E匝道中間。

1.3 工程地質(zhì)條件

該段地表水排泄條件較好，除在原溝心土層厚度較大位置有少量上層滯水外，其余范圍地下水量極少。原始地貌為斜坡，經(jīng)人工改造后，目前地面呈臺(tái)階狀，線路位于龍王洞背斜東翼，走向與構(gòu)造線走向大角度斜交，地質(zhì)構(gòu)造條件簡(jiǎn)單，沿線無斷層通過，場(chǎng)地穩(wěn)定。地表為第四系全新統(tǒng)人工填土，厚度約2～10m，

下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂質(zhì)泥巖，巖層傾角平緩，巖層產(chǎn)狀115 ∠25，發(fā)育有兩組構(gòu)造裂隙（J1：270～3000∠54～770；J2：190 ～2200∠67～840），巖體較完整～完整；水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，地下水以基巖裂隙水為主。該段為高架橋段，采用樁基礎(chǔ)，鋼筋混凝土箱梁，下伏中等風(fēng)化基巖強(qiáng)度高，是理想的地基。建議以下伏中等風(fēng)化基巖作為基礎(chǔ)持力層。

在擬建立交場(chǎng)的區(qū)域構(gòu)造作用輕微，未發(fā)現(xiàn)斷層、滑坡、軟弱夾層、危巖和崩塌、地面塌陷等地表移動(dòng)等不良地質(zhì)現(xiàn)象，場(chǎng)地不良地質(zhì)現(xiàn)象未發(fā)現(xiàn)。橋位區(qū)巖土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上覆填土、亞黏土，下伏基巖為砂質(zhì)泥巖，無不良地質(zhì)現(xiàn)象，土體穩(wěn)定，場(chǎng)地穩(wěn)定。

2 三維有限元模型的建立

根據(jù)重慶市勘測(cè)院提供的《重慶軌道交通環(huán)線工程地質(zhì)詳細(xì)勘察報(bào)告》以及既有擬建隧道設(shè)計(jì)資料，結(jié)合地形、隧道分布特點(diǎn)，建立三維實(shí)體模型，該模型尺寸為：100m×50m×40m。

計(jì)算模擬了軌道樁孔在較危險(xiǎn)開挖過程對(duì)對(duì)山立交D、E匝道的橋臺(tái)、橋墩影響。模型的邊界條件通過限制模型四個(gè)側(cè)面和底面法向的位移來實(shí)現(xiàn)，計(jì)算荷載包括地層和結(jié)構(gòu)自重。

3 數(shù)值結(jié)果分析

3.1 橋墩及橋臺(tái)位移分析

該段軌道橋梁基礎(chǔ)施工、加載后，導(dǎo)致對(duì)山立交D、E匝道的橋臺(tái)及橋墩發(fā)生一定位移，主要表現(xiàn)為樁孔開挖導(dǎo)致橋臺(tái)、橋墩下沉，在樁孔側(cè)面圍巖壓力的側(cè)向推動(dòng)下，其兩側(cè)橋臺(tái)、橋墩水平移動(dòng)（沿y方向），開挖后最大y方向位移值為0.696mm。為了更好地反映出樁孔在不同開挖載步時(shí)對(duì)對(duì)山立交動(dòng)態(tài)影響，本分析結(jié)果在對(duì)山立交D匝道2#橋臺(tái)、E匝道0#橋臺(tái)及1#橋墩關(guān)鍵位置上取A、B、C三點(diǎn)。本段模型嚴(yán)格按照施工方提供的施工方案將施工步分為 7步，第一步為初始地應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算，第二步模擬灌注樁施工，第三、四步模擬基礎(chǔ)土體開挖，第五、六步模擬樁基、承臺(tái)和擋土墻的施工，第七步模擬加載。在鄰近軌道工程設(shè)施進(jìn)行各種加、卸載活動(dòng)會(huì)對(duì)軌道造成一定影響，由于重慶暫無地鐵安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，本評(píng)估參照《城市橋梁隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，確定地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施變形量評(píng)估控制指標(biāo)為 15mm。

3.2 應(yīng)力分析

在D匝道0#橋臺(tái)后擋土墻的豎向（z方向）應(yīng)力相對(duì)較大，軌道樁孔開挖后橋臺(tái)、墩最大豎向（z方向）應(yīng)力為-1.70MPa，遠(yuǎn)小于《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》中C40 混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 26.8MPa；在匝道0#橋臺(tái)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角處的水平（y方向）應(yīng)力相對(duì)較大，軌道孔開挖后橋臺(tái)、墩最大水平（y方向）應(yīng)力為-0.37MPa，小于《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》中混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3 圍巖結(jié)果分析

（1）位移分析

在軌道橋梁基礎(chǔ)施工、加載后最大豎向（z方向）位移為 7.67mm，最大水平（y方向）位移為-2.56mm。為了反映出圍巖在樁孔不同的開挖載步的位移變化情況，本模型在圍巖取A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析。

（2）應(yīng)力分析

軌道樁孔開挖使周圍圍巖受擾動(dòng)，使圍巖產(chǎn)生位移，在位移作用下必產(chǎn)生豎向和水平應(yīng)力。最大豎向應(yīng)力為0.58MPa，水平應(yīng)力為0.25MPa

4 結(jié)論

根據(jù)以上數(shù)值模擬分析結(jié)果可知，D匝道1#橋墩頂部的水平位移相對(duì)較大，偏移0.7mm，可忽略不計(jì)；E匝道0#橋臺(tái)基礎(chǔ)豎向位移相對(duì)較大，上移0.61mm，可忽略不計(jì)。E匝道0#橋臺(tái)后擋土墻邊緣的豎向應(yīng)力相對(duì)較大，應(yīng)力值為-1.7MPa，小于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 2.39MPa；E匝道 0#橋臺(tái)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角處水平應(yīng)力相對(duì)較大，應(yīng)力值為-0.37MPa，小于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.39MPa。

通過模擬臨近軌道橋梁基礎(chǔ)施工對(duì)對(duì)山立交的安全影響，模擬得出的數(shù)據(jù)安全，在實(shí)際安全工作的施工條件下，對(duì)對(duì)山立交的影響將不大。建議挖孔樁凈距小于2.5m時(shí)應(yīng)間隔施工，待先開挖樁澆筑砼且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再施工相鄰樁；樁基開挖應(yīng)避免擾動(dòng)原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)，必要時(shí)采取防護(hù)措施；樁基嵌巖深度范圍內(nèi)不得采取爆破施工；現(xiàn)場(chǎng)必須有排水的措施，嚴(yán)防地面雨水流入樁孔內(nèi)，致使樁孔塌方；在施工時(shí)做好樁孔支撐，加強(qiáng)對(duì)D匝道0#、0#橋臺(tái)背后擋土墻的位移監(jiān)控。

［1］王偉，緊鄰新建地鐵深基坑的既有地鐵結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估與監(jiān)控[J]，鐵道建筑技術(shù)，2012（2）：34-38.

［2］王衛(wèi)東，徐中華.預(yù)估深基坑開挖對(duì)周邊建筑物影響的簡(jiǎn)化分析方法[J]，巖土工程學(xué)報(bào)，2010,32（S1）：32-38.

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［6］SCHROEDER F C,POTTS D M,ADDENBROOKE T I.The influence of pile group loading on existing tunnels[J]Geotechnique,2004,54(6): 351一362.

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TU714

B

1007-6344（2017）02-0250-01

馮進(jìn)（1990—），男，漢族，籍貫：湖南益陽，單位：重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院2014級(jí)碩士研究生，研究方向：道路與鐵道工程。