地鐵區(qū)間隧道側(cè)穿鐵路橋梁樁基設(shè)計(jì)

晏偉光

【摘要】本文通過(guò)某工程數(shù)值模型計(jì)算，針對(duì)地鐵區(qū)間隧道側(cè)穿對(duì)橋梁樁基的影響，分析了橋梁樁基及隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全性，并針對(duì)性地提出了側(cè)穿段隧道技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】區(qū)間隧道;側(cè)穿;橋梁樁基;技術(shù)措施

1、工程概況

某城市地鐵暗挖區(qū)間隧道下穿既有鐵路橋梁，兩線(xiàn)交角約66°。既有鐵路為客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，區(qū)間右線(xiàn)與橋梁7#橋墩相鄰，隧道開(kāi)挖輪廓與橋梁樁基平面距離約8.7m。區(qū)間隧道與橋梁7#橋墩樁基礎(chǔ)位置關(guān)系如圖1。

2、地質(zhì)概況

區(qū)間隧道下穿段為Ⅴ級(jí)圍巖，地層主要為第四系素填土及三疊系泥質(zhì)白云巖。素填土：雜色，由人工回填碎塊石及紅黏土等組成。泥質(zhì)白云巖：強(qiáng)風(fēng)化，裂隙極發(fā)育，完整性差;中風(fēng)化，巖石組織結(jié)構(gòu)少部分破壞，裂隙較發(fā)育。地下水類(lèi)型主要有松散層孔隙水和基巖裂隙水。

3、區(qū)間隧道側(cè)穿橋梁樁基影響分析

3.1計(jì)算模型

隧道模擬采用二維地層—結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，計(jì)算范圍上取至地面，下取至隧底以下30m處，左側(cè)取至距左側(cè)橋梁基礎(chǔ)中線(xiàn)30m處，右側(cè)取至距右側(cè)洞室中線(xiàn)20m處。列車(chē)荷載參照《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》，靜力荷載綜合取值：q=85kN/m。計(jì)算模型如圖2

3.2材料計(jì)算參數(shù)

圍巖物理力學(xué)指標(biāo)按地勘報(bào)告及相關(guān)規(guī)范取值，見(jiàn)表1。

3.3計(jì)算結(jié)果分析

隧道開(kāi)挖模擬計(jì)算結(jié)果如圖3～圖5所示：

由上圖可知，區(qū)間隧道開(kāi)挖最大位移量發(fā)生在隧道仰拱處，最大豎向位移為3.3mm，最大橫向位移量約1.7mm，地表最大沉降量約1.2mm;樁基礎(chǔ)最大豎向位移約0.3mm。隧道開(kāi)挖后拱頂沉降小于《城市軌道交通工程監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》（GB50911-2013）中規(guī)定的控制目標(biāo)值，且根據(jù)相關(guān)下穿經(jīng)驗(yàn)，綜合確定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制如下：洞頂最大沉降12mm，地表沉降10mm，橋梁基礎(chǔ)的沉降8mm。可知，各計(jì)算結(jié)果均滿(mǎn)足要求。

4、區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)安全性分析

二襯與初支圍巖的相互作用采用荷載-結(jié)構(gòu)模型，二襯采用彈性梁?jiǎn)卧M，襯砌截面厚度取0.45m，主筋選用φ20@200，二襯與初期支護(hù)和圍巖的相互作用采用只能受壓的徑向彈簧單元模擬。

根據(jù)《隧規(guī)》中深淺埋的計(jì)算規(guī)定，本隧道按淺埋隧道計(jì)算。計(jì)算中考慮二次襯砌承受全部圍巖壓力，按《隧規(guī)》附錄E淺埋隧道襯砌作用（荷載）方法計(jì)算圍巖壓力;水位線(xiàn)位于地面線(xiàn)以下6.2m，靜水壓力直接作用在二襯上。襯砌結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算結(jié)果如下：垂直壓力q=342.8kPa，水平壓力e上=68.55kPa，水平壓力e下=104.9kPa，水壓力p上=79.2kPa，水壓力p下=150.4kPa。

將計(jì)算得到的荷載施加在二襯結(jié)構(gòu)上，得到襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力如圖6、圖7、圖8。

分別取拱頂、拱腰、拱腳、墻腰、墻腳及仰拱各處的軸力、剪力及彎矩進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋及裂縫檢算，檢算結(jié)果見(jiàn)表2

從表中結(jié)果可以看出，二次襯砌截面厚度0.45m，主筋選用φ20@200時(shí)，結(jié)構(gòu)襯砌各個(gè)部位安全系數(shù)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，裂縫驗(yàn)算均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5、側(cè)穿橋梁樁基段隧道技術(shù)措施

區(qū)間暗挖隧道采用礦山法施工，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，并輔以注漿小導(dǎo)管作為超前支護(hù)，結(jié)合以上數(shù)值模擬計(jì)算，具體技術(shù)措施如下：

（1）隧道拱部120°范圍內(nèi)采用φ42超前注漿小導(dǎo)管注漿;初噴混凝土26cm厚，鋼架采用工18型鋼鋼架全環(huán)設(shè)置;二次襯砌45cm厚C35防水鋼筋混凝土。

（2）考慮到隧道施工中的震動(dòng)因素對(duì)橋樁的影響，為確保橋梁樁基的絕對(duì)安全，隧道開(kāi)挖臨近橋樁的區(qū)段采用人工機(jī)械開(kāi)挖，避免常規(guī)爆破開(kāi)挖震動(dòng)對(duì)橋樁的影響。

（3）區(qū)間下穿時(shí)加強(qiáng)對(duì)橋樁與隧道間地表及洞內(nèi)圍巖的監(jiān)控量測(cè)，若發(fā)現(xiàn)沉降超標(biāo)或橫向位移變形過(guò)大，影響橋樁穩(wěn)定，應(yīng)暫停施工，封閉掌子面，并通知各方進(jìn)行處理。地表可采用φ89鋼花管注漿隔離的應(yīng)急預(yù)案。

（4）施工中應(yīng)執(zhí)行第三方監(jiān)測(cè)并制定專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案。若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即采取相關(guān)措施以保證安全并暫停施工，同時(shí)立即通知相關(guān)單位解決，以避免隧道施工造成對(duì)既有公路面及構(gòu)筑物的破壞。

結(jié)論：

（1）區(qū)間隧道側(cè)穿橋梁樁基，開(kāi)挖時(shí)地表沉降、洞內(nèi)收斂及橋梁樁基位移均滿(mǎn)足規(guī)范要求;隧道襯砌結(jié)構(gòu)各個(gè)部位安全系數(shù)及裂縫驗(yàn)算均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（2）考慮到隧道施工中的震動(dòng)因素對(duì)橋樁的影響，隧道開(kāi)挖臨近梁樁基的區(qū)段采用人工機(jī)械開(kāi)挖，避免常規(guī)爆破開(kāi)挖震動(dòng)對(duì)橋樁的影響。

（3）施工中應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及洞內(nèi)外監(jiān)控量測(cè)，適時(shí)調(diào)整優(yōu)化工程措施，以確保施工安全及結(jié)構(gòu)安全，確保工程順利實(shí)施。

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