橋梁改造施工對(duì)既有盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)影響分析

馬耀仁， 惠弘煜， 崔延恒， 張海莉

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，江蘇 無錫 214000）

隨著城市化進(jìn)程加快，為滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的交通出行需求，結(jié)合城市建設(shè)改造既有建構(gòu)筑物已成為一種必然[1]，城市地鐵工程大量興建，已有建構(gòu)筑物改造施工必將對(duì)鄰近地鐵車站或隧道結(jié)構(gòu)造成一定影響。改造工程施工會(huì)引起鄰近地層的變形，影響既有車站或盾構(gòu)區(qū)間的安全，因此在改建工程施工前，應(yīng)正確預(yù)測(cè)和掌握改造工程施工對(duì)既有車站或盾構(gòu)區(qū)間可能造成的不利影響，為完善改造施工提供必要的技術(shù)支持和參考[2]。

本文以無錫市長(zhǎng)江路一號(hào)橋改造工程為背景，分析橋梁改造施工對(duì)無錫地鐵3 號(hào)線永樂東路—金海里盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)安全的影響。

1 工程概況

長(zhǎng)江路一號(hào)橋改造工程南北走向，全長(zhǎng)約220 m，道路寬34.5 m，為城市主干路，上跨地鐵3號(hào)線永樂東路—金海里區(qū)間，橋梁改造基坑分兩期實(shí)施，基坑深度約3.97 m。該橋斜交角度為37°，為單跨簡(jiǎn)支板梁，橋梁總長(zhǎng)23.06 m，總寬34.5 m，樁基礎(chǔ)。見圖1。

長(zhǎng)江路一號(hào)橋北側(cè)基坑深度約4.75 m，南側(cè)基坑深約5.3 m，施工主要采用放坡開挖的支護(hù)方式，坡比為1∶0.5，坡面采用10 cm 厚噴射混凝土+8 mm@20 mm雙向鋼筋網(wǎng)片護(hù)坡。

圖1 一號(hào)橋與區(qū)間隧道位置關(guān)系

工程沿線整體地勢(shì)較平坦，場(chǎng)地區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)江三角洲太湖沖湖積平原，影響范圍內(nèi)各土層工程性質(zhì)見表1。

表1 主要土層物理力學(xué)參數(shù)

2 一號(hào)橋改造對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響分析

2.1 計(jì)算模型

采用大型有限元軟件MIDAS GTS NX建立三維有限元模型，模擬一號(hào)橋基坑開挖過程對(duì)地鐵3 號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)的影響，建模時(shí)，橋梁承臺(tái)及橋背擋墻采用板單元，蓋梁、橋墩采用1D 梁?jiǎn)卧?，樁基采用植入?D梁?jiǎn)卧?，土體采用實(shí)體單元，地面超載取20 kPa，建筑物荷載按實(shí)際考慮[3～4]。見圖 2。

圖2 計(jì)算模型

根據(jù)工程資料，一號(hào)橋上部結(jié)構(gòu)總荷載約為15 680 kN，改建前后基本一致，北端頭為單排1 200 mm 樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng) 21.5 m，南端頭為雙排1 200 mm 樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)38 m。由于一號(hào)橋與地鐵雙線盾構(gòu)隧道距離較近，老橋拆除及新橋施工荷載均較大，為地鐵特別保護(hù)區(qū)內(nèi)施工的高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，受交通限制，本項(xiàng)目施工需分東西側(cè)二期實(shí)施，先西后東。本次計(jì)算根據(jù)東半幅施工方案分2種工況進(jìn)行核算：

1）工況一，東半幅橋梁南北端頭分期實(shí)施；

2）工況二，東半幅橋梁南北端頭東西側(cè)分期實(shí)施。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

由于篇幅有限，僅分析距離較近的右線隧道。

1）工況一條件下隧道位移見表2。

表2 工況一隧道位移 mm

由表2可知，如采用先西后東，橋梁南北端頭分期實(shí)施的方案，則一號(hào)橋西側(cè)半幅建設(shè)過程引起地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)最大水平位移為-1.73 mm，最大豎向位移為2.12 mm，最大總位移為2.14 mm。東側(cè)半幅施工過程引起地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)累計(jì)最大水平位移為1.46 mm，累計(jì)最大豎向位移為7.57 mm，累計(jì)最大總位移為7.71 mm。

在一號(hào)橋建設(shè)過程中，地鐵隧道豎向位移主要表現(xiàn)為隆起，東側(cè)橋梁范圍內(nèi)南端頭附近變形最為明顯，向兩側(cè)方向變形量銳減。施工前，一號(hào)橋改造工程施工位置處左右線盾構(gòu)管片頂部附近所處地層應(yīng)力分別為199.85、204.99 kPa，實(shí)施完成后，左右線地層應(yīng)力值分別減小為195.59、202.55 kPa，分別較初始狀態(tài)分別減小了2.15%、1.22%，經(jīng)核算，現(xiàn)狀中埋管片配筋可滿足受力要求。

3）工況二條件下隧道位移見表3。

由表3可知，如采用先西后東，橋梁南北端頭東西半幅分期實(shí)施分期實(shí)施的方案，東側(cè)半幅施工過程引起地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)累計(jì)最大水平位移為1.63 mm，累計(jì)最大豎向位移為5.79 mm，累計(jì)最大總位移為5.87 mm，滿足隧道變形保護(hù)控制標(biāo)準(zhǔn)，在一號(hào)橋建設(shè)過程中，地鐵隧道豎向位移主要表現(xiàn)為隆起，東側(cè)橋梁范圍內(nèi)南端頭附近變形最為明顯，向兩側(cè)方向變形量銳減。

施工前，一號(hào)橋改造工程施工位置處左右線盾構(gòu)管片頂部附近所處地層應(yīng)力分別為220.34、209.88 kPa，實(shí)施完成后，左右線地層應(yīng)力值分別減小為211.60、207.39 kPa，分別較初始狀態(tài)分別減小了3.95%和1.20%，經(jīng)核算，現(xiàn)狀中埋管片配筋可滿足受力要求。

3 結(jié)論與建議

1）采用“東半幅橋梁南北端頭分期實(shí)施”的方案，對(duì)控制地鐵隧道變形有一定效果，但已接近控制值；如采用“東半幅橋梁南北端頭東西側(cè)分期實(shí)施”的方案，可滿足地鐵保護(hù)變形控制標(biāo)準(zhǔn)。因此，建議一號(hào)橋項(xiàng)目采用“東半幅橋梁南北端頭東西側(cè)分期實(shí)施”的方案。

2）鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的橋梁施工，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格限定施工工序，嚴(yán)格控制單次荷載變化（含拆除卸載及回筑加載等），盡量分區(qū)、分塊實(shí)施采用分區(qū)、分塊實(shí)施的方案，對(duì)控制地鐵隧道變形有一定有利效果。

3）橋梁改造施工應(yīng)在監(jiān)測(cè)的指導(dǎo)下進(jìn)行，若監(jiān)測(cè)結(jié)果異?；蛴挟惓Ｗ冃乌厔?shì)，應(yīng)立即停止并采取應(yīng)急措施。

4）對(duì)于大跨度預(yù)制箱梁總體荷載較大，箱梁安裝應(yīng)分批、多次進(jìn)行，以減小施工過程對(duì)臨近地鐵結(jié)構(gòu)的影響。