盾構(gòu)隧道穿越人行天橋?qū)蛄喊踩挠绊懛治?/h1>

2020-05-27 03:57:34趙庚群

工程技術(shù)研究訂閱 2020年5期 收藏

關(guān)鍵詞：人行天橋橋臺(tái)黏土

趙庚群

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

隨著城市建設(shè)的加快，地鐵的建設(shè)也越來(lái)越多，新建地鐵不可避免地穿越既有橋梁結(jié)構(gòu)樁基、承臺(tái)等情況不斷出現(xiàn)，因此如何采取有效的施工措施來(lái)保證隧道開(kāi)挖的順利進(jìn)行和穿越橋臺(tái)、墩柱的安全是工程中十分關(guān)心的問(wèn)題。文章以新機(jī)場(chǎng)線盾構(gòu)區(qū)間隧道穿越某人行天橋墩臺(tái)結(jié)構(gòu)及橋梁基礎(chǔ)的安全影響評(píng)估為例，運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法，模擬新建區(qū)間隧道穿越施工等工序引起人行天橋的變形，以期得到一些有益的規(guī)律及結(jié)論。

1 工程概況

1.1 新機(jī)場(chǎng)線一期工程概況

新機(jī)場(chǎng)線一期工程南起新機(jī)場(chǎng)北航站樓綜合交通中心（遠(yuǎn)期延伸至南航站樓綜合交通中心），北至草橋，線路全長(zhǎng)39.05km，共設(shè)3座車(chē)站，分別為新機(jī)場(chǎng)北航站樓站、磁各莊站、草橋站，全部為地下站。全線設(shè)一段一場(chǎng)，分別為磁各莊車(chē)輛段和新機(jī)場(chǎng)北停車(chē)場(chǎng)。線路南起北航站樓站，出機(jī)場(chǎng)范圍后與新機(jī)場(chǎng)高速共走廊高架敷設(shè)，在京九鐵路過(guò)京滬京山鐵路節(jié)點(diǎn)東側(cè)下穿京滬高鐵、上跨京山鐵路。后沿規(guī)劃東環(huán)路敷設(shè)，至規(guī)劃海鑫北路南側(cè)入地。下穿南六環(huán)、海北路，至興亦路與廣平大街交口南側(cè)設(shè)磁各莊站與規(guī)劃M21（R5，原S6）線換乘。后沿廣平大街敷設(shè)至南五環(huán)，穿過(guò)五環(huán)兩側(cè)綠地轉(zhuǎn)向廣陽(yáng)大街，沿廣陽(yáng)大街向北敷設(shè)，穿越海子公園后轉(zhuǎn)向京開(kāi)高速，沿京開(kāi)高速東側(cè)綠化帶向北敷設(shè)至線路終點(diǎn)玉泉營(yíng)橋東南側(cè)設(shè)草橋站與M10、M19（R3）換乘。

1.2 人行天橋概況

某人行天橋位于京開(kāi)高速，跨越京開(kāi)高速主輔路。天橋設(shè)計(jì)為東西走向，天橋東側(cè)、西側(cè)均為梯道。

某人行天橋主橋橋面長(zhǎng)75m，橋面凈寬3.0m。西北梯道跨徑組合為（12.4+13.3）m，梯道凈寬3.00m，東北坡道跨徑組合為（8.3+9.2）m，東南梯道跨徑組合為（12.4+13.3）m，梯道凈寬3.00m，西南坡道跨徑組合為（8.3+9.2）m。上部結(jié)構(gòu)為4跨預(yù)應(yīng)力空心板梁，跨徑組合為（15+21+21+15）m；下部結(jié)構(gòu)為混凝土薄壁墩，基礎(chǔ)為D120鉆孔灌注樁；橋臺(tái)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為D120鉆孔灌注樁。橋面采用鋼筋混凝土鋪裝，雙側(cè)設(shè)鋼護(hù)欄，主橋與梯道間設(shè)置TST伸縮縫。

1.3 新建地鐵與人行天橋位置關(guān)系

新發(fā)地站（不含）～草橋站區(qū)間線路總長(zhǎng)2408.196雙線米，為新機(jī)場(chǎng)線磁各莊站～草橋站區(qū)間（總長(zhǎng)約1.2km）的一部分；區(qū)間結(jié)構(gòu)底板埋深13.5～29.4m。本段區(qū)間以京開(kāi)某人行天橋以南京開(kāi)高速東側(cè)的19號(hào)線新發(fā)地站北端為起點(diǎn)，線路向北沿京開(kāi)高速東側(cè)綠地敷設(shè)，穿越京開(kāi)某人行天橋橋區(qū)，側(cè)穿了110kV、220kV高壓塔，下穿馬家樓東路、角門(mén)路、鎮(zhèn)國(guó)寺北街后到達(dá)玉泉營(yíng)橋東南角的草橋站南端，如圖1、圖2所示。

圖1 盾構(gòu)區(qū)間與京開(kāi)某人行天橋平面位置關(guān)系圖（單位：mm）

1.4 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

本次勘察揭露地層最大深度為60m，該深度范圍內(nèi)的地層按其沉積年代及工程性質(zhì)可分為以下幾種：（1）人工填土層，雜填土①1層；（2）新近沉積層，砂質(zhì)粉土黏質(zhì)粉土②層、粉質(zhì)黏土②1層、黏土②2層、粉細(xì)砂②3層、圓礫、礫砂②5層；（3）第四紀(jì)沖洪積層，砂質(zhì)粉土黏質(zhì)粉土③層、粉質(zhì)黏土③1層、黏土③2層、粉細(xì)砂③3層、粉質(zhì)黏土④層、黏土④1層、砂質(zhì)粉土黏質(zhì)粉土④2層、粉細(xì)砂④3層、卵石圓礫④5層；（4）古近紀(jì)基巖，強(qiáng)風(fēng)化泥巖[14]層。

地下水類(lèi)型為層間潛水～承壓水（四），主要含水層為卵石圓礫⑦層及其以下砂土、卵石地層，主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給，以側(cè)向徑流、向下越流以及人工開(kāi)采為主要排泄方式，受相對(duì)隔水層粉質(zhì)黏土⑧層及其夾層影響，局部具有承壓性，承壓水頭0.2～3.2m。

2 模型建立

根據(jù)京開(kāi)某人行天橋幾何尺寸大小，結(jié)合隧道開(kāi)挖施工對(duì)臨近橋梁結(jié)構(gòu)影響范圍預(yù)估確定計(jì)算域。該計(jì)算模型前后方向長(zhǎng)度為140m、左右方向長(zhǎng)度為90m，上下深度為60m。對(duì)計(jì)算區(qū)域內(nèi)土體、京開(kāi)某人行天橋墩臺(tái)結(jié)構(gòu)及橋梁基礎(chǔ)、盾構(gòu)隧道等進(jìn)行了三維精細(xì)建模，橋臺(tái)、承臺(tái)、土體、注漿加固區(qū)均采用實(shí)體單元，橋梁上部結(jié)構(gòu)、橋梁樁基采用梁?jiǎn)卧?、盾?gòu)管片采用實(shí)體單元。

圖2 盾構(gòu)區(qū)間與京開(kāi)某人行天橋橫斷面位置關(guān)系圖（單位：mm）

根據(jù)計(jì)算模型大小，綜合考慮計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精確度，共計(jì)剖分單元378677個(gè)。建立的“土體—橋梁—隧道”計(jì)算模型如圖3所示。

圖3 計(jì)算模型

2.1 計(jì)算階段劃分

（1）建立初始自重應(yīng)力場(chǎng)。在實(shí)際工程中，由于天然土層在土體自重和周?chē)ㄖ锖奢d作用下，已經(jīng)固結(jié)沉降完畢，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行隧道施工，需要將已經(jīng)固結(jié)沉降完成的原狀土作為后續(xù)施工步的初始狀態(tài)。因此，在利用有限元模擬隧道施工過(guò)程時(shí)，若要達(dá)到天然土層的初始狀態(tài)，必須平衡初始地應(yīng)力，使得在土體模型中只存在初始應(yīng)力場(chǎng)而不出現(xiàn)初始位移。模型中第一階段為隧道施工的初始階段，計(jì)算出土體及結(jié)構(gòu)在自重作用下的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，通過(guò)軟件的位移清零功能消除已經(jīng)完成的沉降位移，并構(gòu)造初始應(yīng)力場(chǎng)。

（2）既有橋梁結(jié)構(gòu)及橋梁基礎(chǔ)的模擬。在初始地應(yīng)力平衡的基礎(chǔ)上，參照橋梁施工過(guò)程，先后施做京開(kāi)某人行天橋樁基及上部結(jié)構(gòu)，計(jì)算完成后通過(guò)軟件的位移清零功能消除已經(jīng)完成的沉降位移，以保證橋梁位移為后續(xù)隧道施工時(shí)的附加位移。

（3）隧道施工過(guò)程模擬。隧道工程主要包括新機(jī)場(chǎng)線左右線，參照設(shè)計(jì)的施工順序及施工方法，具體的模擬步序如下：①初始地應(yīng)力平衡；②京開(kāi)某人行天橋樁基及上部結(jié)構(gòu)模擬；③新機(jī)場(chǎng)線線右線盾構(gòu)施工；④新機(jī)場(chǎng)線線左線盾構(gòu)施工。

2.2 計(jì)算結(jié)果

模型寬度取為90m，京開(kāi)某人行天橋橫向中心大致位于模型寬度的中點(diǎn)處，本次施工階段模擬分為穿越前、穿越過(guò)程中、穿越后三個(gè)大的階段。為簡(jiǎn)化計(jì)算，穿越前取15m（一次盾構(gòu)施工完成），穿越過(guò)程中取60m（取6m1個(gè)計(jì)算長(zhǎng)度），穿越后取15m（一次盾構(gòu)施工完成）。分析橫向和縱向不均勻沉降的考察點(diǎn)位如圖4所示。

圖4 橋臺(tái)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

（1）新機(jī)場(chǎng)線右線盾構(gòu)施工對(duì)京開(kāi)某人行天橋變形影響分析。新機(jī)場(chǎng)線右線盾構(gòu)施工完成后橋梁位移云圖如圖5所示。

（2）新機(jī)場(chǎng)線左線盾構(gòu)施工對(duì)京開(kāi)某人行天橋變形影響分析。新機(jī)場(chǎng)線左線盾構(gòu)施工開(kāi)挖完成后橋梁整體變形如圖6所示。

統(tǒng)計(jì)整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中京開(kāi)某人行天橋橋臺(tái)測(cè)點(diǎn)變形統(tǒng)計(jì)。人行天橋橋臺(tái)、墩柱最大橫向變形及豎向變形：①新機(jī)場(chǎng)線右線盾構(gòu)施工完成，6號(hào)墩柱累計(jì)最大橫向變形（0.98mm），累計(jì)最大豎向變形（3.18mm），3號(hào)橋臺(tái)、6號(hào)墩柱墩臺(tái)豎向最大差異變形（-2.38mm）；②新機(jī)場(chǎng)線左線盾構(gòu)施工完成，3號(hào)橋臺(tái)累計(jì)最大橫向變形（3.06mm），累計(jì)最大豎向變形（-10.73mm），6、7號(hào)墩柱墩臺(tái)豎向最大差異變形（-8.75mm）。

圖5 新機(jī)場(chǎng)線右線隧道盾構(gòu)施工完成后橋梁位移云圖

3 結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

（1）根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，新機(jī)場(chǎng)線工程盾構(gòu)區(qū)間穿越對(duì)京開(kāi)某人行天橋預(yù)測(cè)產(chǎn)生最大差異沉降-8.75mm。

（2）該天橋的橋臺(tái)及墩柱的沉降超過(guò)沉降預(yù)警值，雖然橋墩的傾斜值均小于沉降控制值，但是部分相鄰橋臺(tái)、墩臺(tái)的不均勻沉降超過(guò)控制值，建議在隧道盾構(gòu)穿越前對(duì)天橋進(jìn)行預(yù)加固，提高天橋結(jié)構(gòu)的安全性。

3.2 建議

（1）做好下穿施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。主要包括作業(yè)人員、物料供應(yīng)、機(jī)具配備、應(yīng)急物資等準(zhǔn)備到位；做好下穿區(qū)域地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)工作，掌握下穿區(qū)域地下障礙物、空洞、水囊等情況，地面預(yù)支頂對(duì)人行天橋?qū)嵤┍Ｗo(hù)措施準(zhǔn)備完成后才能進(jìn)行隧道施工。

（2）距離京開(kāi)K1+450人行天橋樁基較近處的注漿要嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量。

圖6 新機(jī)場(chǎng)線左線隧道盾構(gòu)施工完成后京開(kāi)某人行天橋變形

（3）盾構(gòu)隧道施做時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制施工順序，逐個(gè)隧道施工且控制好盾構(gòu)施工參數(shù)，先注漿加固后盾構(gòu)施做。

（4）施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)既有京開(kāi)某人行天橋結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，反饋指導(dǎo)施工。

（5）編制應(yīng)急預(yù)案，以便在發(fā)生問(wèn)題時(shí)各相關(guān)單位及人員能夠及時(shí)有效地進(jìn)行處理，將事故所造成的損失及不良影響降低到最低限度。

（6）施工結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)對(duì)京開(kāi)某人行天橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，如若局部出現(xiàn)裂縫，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行耐久性修復(fù)。

猜你喜歡

人行天橋橋臺(tái)黏土

土工合成材料加筋土橋臺(tái)技術(shù)及其應(yīng)用

運(yùn)輸經(jīng)理世界(2023年3期)2023-05-19 03:26:06

不一般的黏土插畫(huà)

少年漫畫(huà)(藝術(shù)創(chuàng)想)(2020年6期)2020-10-23 09:20:52

上海銀城路人行天橋的設(shè)計(jì)與分析

上海公路(2019年3期)2019-11-25 07:39:24

黏土多肉植物

少年漫畫(huà)(藝術(shù)創(chuàng)想)(2018年5期)2018-09-11 01:57:32

報(bào)紙“黏土”等

好孩子畫(huà)報(bào)(2018年1期)2018-04-14 02:04:16

解析橋梁下部結(jié)構(gòu)樁柱橋臺(tái)施工

江西建材(2018年1期)2018-04-04 05:26:20

一起讀吧

娃娃樂(lè)園·繪本(2016年8期)2016-12-26 21:49:13

仁存溝大橋高邊坡橋臺(tái)病害治理

筑路機(jī)械與施工機(jī)械化(2014年3期)2014-03-01 02:58:33

大跨人行天橋的自振頻率初探

城市道橋與防洪(2014年7期)2014-02-27 07:27:49

無(wú)處理軟基橋臺(tái)加固及驗(yàn)算

城市道橋與防洪(2014年5期)2014-02-27 07:26:26

工程技術(shù)研究2020年5期

工程技術(shù)研究的其它文章

城市軌道交通耐火電纜應(yīng)用及發(fā)展方向

高寒地區(qū)低溫低濁水處理工藝設(shè)計(jì)探討

中小運(yùn)量城市軌道交通車(chē)輛選型分析

艦載直升機(jī)維修專(zhuān)業(yè)設(shè)置優(yōu)化研究

水利水電工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)的質(zhì)量管控

紅家營(yíng)排土場(chǎng)堆排設(shè)計(jì)及邊坡穩(wěn)定性分析