淺埋暗挖隧道大斷面下穿高架橋影響分析

姜漢濤

中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司

淺埋暗挖隧道大斷面下穿高架橋影響分析

姜漢濤

中交鐵道設(shè)計(jì)研究總院有限公司

烏魯木齊軌道交通1號(hào)線大地窩堡站～國(guó)際機(jī)場(chǎng)站區(qū)間暗挖大斷面近距離下穿機(jī)場(chǎng)高架橋，施工風(fēng)險(xiǎn)大，橋梁保護(hù)難度高。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行了有限元分析，并通過(guò)合理的加固方案，為順利完成橋下隧道施工提供了安全保障，為類似工程提供了指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

地鐵工程；暗挖隧道；高架橋

1 引言

隨著地鐵工程的發(fā)展，多樣的區(qū)間工法在地鐵中廣泛的使用。受周邊場(chǎng)地條件限制、區(qū)間配線方案的影響，淺埋暗挖工法越來(lái)越多的在地鐵工程中應(yīng)用。大量的地鐵線路沿城市主干道下方建設(shè)，區(qū)間隧道不可避免會(huì)出現(xiàn)下穿高架橋等情況。本文依托實(shí)際工程項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)暗挖隧道下穿高架橋的影響分析，為類似工程施工提供一定的指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

烏魯木齊軌道交通1號(hào)線大地窩堡站～國(guó)際機(jī)場(chǎng)站區(qū)間采用盾構(gòu)法及淺埋暗挖法施工。區(qū)間臨近國(guó)際機(jī)場(chǎng)站站端受配線影響，結(jié)構(gòu)形式采用單洞雙線暗挖大斷面，下穿機(jī)場(chǎng)高架橋。詳見(jiàn)圖1。

隧道開(kāi)挖寬度為12.3m，開(kāi)挖高度為9.6m，埋深約14.5m，采用雙側(cè)壁法開(kāi)挖施工。區(qū)間隧道與高架橋斜交角度約73°，隧道距離高架橋基礎(chǔ)約11.9m。

機(jī)場(chǎng)高架橋?yàn)?0跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，跨度12m/18m，橋面板厚0.2m，縱梁截面為0.45mX1.2m、0.55mX1.2m，橫梁截面為0.75mX1.3m，橋下為獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)截面為3.6mX4.6m，埋深為2.1、2.5m。

筆者對(duì)區(qū)間下穿高架橋工程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，分析施工過(guò)程中隧道開(kāi)挖對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。

圖1 區(qū)間下穿高架橋關(guān)系圖

2.1 工程地質(zhì)概況

地質(zhì)從上到下依次為，雜填土、圓礫、卵石。

(1)1-1雜填土（Q4mll/），分布于地表，分布不均勻，層厚0.5～3.5m，灰黃-灰色，稍密-密實(shí)，稍濕-潮濕，以圓礫、卵石為主組成。

(2)4-9圓礫，分布均勻，土黃色，層厚1.5～19m。成份以砂巖、灰?guī)r為主，多呈渾圓狀，粒徑組成：2～20mm占40%～55%，20～60mm占20%～35%，大于60mm約10%，余以雜砂礫充填為主。

(3)4-10卵石（Q3al+pl/），分布均勻，灰黃色、灰色、深灰色，厚度14～35m，成份以砂巖、灰?guī)r為主，渾圓狀，磨圓度較好，粒徑組成：2～20mm占10%～30%，20～60mm占40%～55%，大于60mm占10%～30%。

2.2 地下水類型與特征

勘察期間勘探深度內(nèi)未見(jiàn)地下水，不考慮地下水位抗浮設(shè)計(jì)及抗承壓水設(shè)計(jì)，不考慮地下水對(duì)工程的影響。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

區(qū)間位于卵石地層（V級(jí)圍巖），拱部采用超前小導(dǎo)管+長(zhǎng)管棚注漿加固。初期支護(hù)350mm厚C25噴射混凝土，二襯600mm厚C45模筑鋼筋混凝土。超前小導(dǎo)管采用直徑25鋼管，L=2.5m，間距0.3mX1.0m（環(huán)X縱）拱部150°范圍設(shè)置。長(zhǎng)管棚采用直徑?159鋼管，拱部120°范圍設(shè)置。詳見(jiàn)右側(cè)斷面圖。

3 工程重難點(diǎn)分析

(1)卵石層內(nèi)小導(dǎo)管成孔難度大，小導(dǎo)管注漿效果難控制。

(2)區(qū)間位于卵石層內(nèi)，卵石層（V級(jí)圍巖）拱頂及掌子面穩(wěn)定性差，地面沉降控制難度較高。

(3)T3航站樓高架橋?yàn)檫B續(xù)梁結(jié)構(gòu)，對(duì)橋梁基礎(chǔ)差異沉降要求較高。

(4)區(qū)間大斷面正穿高架橋獨(dú)立基礎(chǔ)，隧道頂部距離基礎(chǔ)底部約12m，小于一倍開(kāi)挖寬度，上部橋梁荷載擴(kuò)散能力弱，難形成空間效應(yīng)的承載拱。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)源變形控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)橋梁剩余變形評(píng)估報(bào)告，變形控制指標(biāo)如下：

(1)單墩最大累計(jì)沉降15mm；

(2)相鄰橋墩最大差異沉降5mm；

(3)墩柱傾斜1/1000。

3.2 施工方法確定

為了嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)沉降，考慮卵石地層成孔難度大，穩(wěn)定性差的特性，超前支護(hù)采用小導(dǎo)管注漿加固，控制每榀超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，并設(shè)置長(zhǎng)管棚。

為控制沉降，采用雙側(cè)壁法施工，減少分部開(kāi)挖體量，有效控制隧道自身開(kāi)挖變形。

第一步：拱部施作超前管棚、超前小導(dǎo)管，注漿加固地層。開(kāi)挖洞室1、2，洞室2距離洞室1不小于6m。

第二步：拱部施作超前管棚、超前小導(dǎo)管，注漿加固地層。開(kāi)挖洞室3、4，洞室4距離洞室3不小于6m，洞室3距離洞室2不小于6m。

第三步：拱部施作超前管棚、超前小導(dǎo)管，注漿加固地層。開(kāi)挖洞室5、6，洞室6距離洞室5不小于6m，洞室5距離洞室4不小于6m。

第四步：洞室封閉成環(huán)后，分段拆除臨時(shí)中隔壁，澆筑仰拱，每段拆除長(zhǎng)度不大于6m。

第五步：依次分段拆除臨時(shí)中隔壁、中隔板，至二襯結(jié)構(gòu)封閉。

4 工程實(shí)施影響分析

4.1 計(jì)算模型及參數(shù)

本次平面有限元數(shù)值計(jì)算運(yùn)用有限元計(jì)算軟件Plaxis 8.5進(jìn)行分析，采用土體彈塑性結(jié)構(gòu)模型，對(duì)土體進(jìn)行激活和鈍化來(lái)模擬土體的開(kāi)挖和填筑。有限元模型采用的物理力學(xué)參數(shù)如下表1所示：

表1 巖土力學(xué)參數(shù)表

4.2 計(jì)算結(jié)果及分析

圖2 下穿機(jī)場(chǎng)高架橋計(jì)算模型

圖3 機(jī)場(chǎng)高架橋豎向變形計(jì)算結(jié)果云圖

通過(guò)計(jì)算得出，機(jī)場(chǎng)高架橋基礎(chǔ)最大豎向位移5.9mm，縱向相鄰基礎(chǔ)沉降1.3mm，橫向相鄰基礎(chǔ)沉降1.1mm，均滿足沉降變形控制標(biāo)準(zhǔn)要求。雖然理論計(jì)算可以滿足橋梁變形控制要求，但考慮實(shí)際施工過(guò)程中不可預(yù)見(jiàn)的因素，仍需采取加固措施，確保施工安全。

4.3 風(fēng)險(xiǎn)源保護(hù)措施

(1)加強(qiáng)超前支護(hù)措施，隧道穿過(guò)高架橋基礎(chǔ)段采用長(zhǎng)管棚+超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前加固。

(2)隧道采用雙側(cè)壁法施工、并加強(qiáng)豎向支撐體系。

(3)穿越前地面設(shè)置臨時(shí)支架進(jìn)行滿堂支撐，防止突然坍塌

(4)施工前預(yù)先對(duì)隧道下穿范圍高架橋基礎(chǔ)底部注漿加固(注漿范圍：水平向基礎(chǔ)兩側(cè)1m寬度，豎向基礎(chǔ)底板3m范圍)，要求28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu≥0.8MPa。

(5)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)基礎(chǔ)采取跟蹤注漿措施。若變形達(dá)到報(bào)警值（即容許變形量70%），應(yīng)立即停止施工，對(duì)橋梁進(jìn)行支頂措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，該段區(qū)間隧道已完成施工，監(jiān)測(cè)結(jié)果為地面累計(jì)沉降5.6mm，基礎(chǔ)累計(jì)沉降4.9mm，基礎(chǔ)差異沉降1.1mm，變形結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)計(jì)算分析及工后沉降結(jié)果，得出以下結(jié)論：

(1)大～國(guó)區(qū)間下穿機(jī)場(chǎng)高架橋時(shí)會(huì)造成隧道周邊土體的松動(dòng)，導(dǎo)致基沉降和變形，且連續(xù)梁結(jié)構(gòu)高架橋保護(hù)難度大，需要采取必要的加固保護(hù)措施。

(2)通過(guò)綜合采取加強(qiáng)隧道自身剛度，地面注漿加固等措施，對(duì)隧道開(kāi)挖變形控制效果較好，加固方案合理，為順利完成橋下區(qū)間隧道施工提供了安全保障，為類似工程提供了指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

[1] GB—50157 2013,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] TB/10003-2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M],安徽教育出版社2004.