高架橋施工對(duì)既有軌道交通結(jié)構(gòu)影響分析

盛 小 龍

(江西省勘察設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330200)

0 引言

目前，以地下線、地面線和高架線為主的城市軌道交通是解決大城市交通擁堵的有效手段[1]。但城市軌道交通在發(fā)展過(guò)程中難免會(huì)遇到高架橋與既有城市軌道交通結(jié)構(gòu)相互影響的問(wèn)題。在施工前，需要對(duì)高架橋樁基施工對(duì)既有軌道交通結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行安全評(píng)估分析。

徐濤等[2]對(duì)緊鄰地鐵隧道的高架橋橋臺(tái)樁基施工過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，研究立交橋橋臺(tái)樁基施工對(duì)已完成初期支護(hù)的地鐵區(qū)間礦山法隧道初支結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的影響。徐亞光等[3]以跨地鐵高架橋及城軌鐵路隧道的高速公路橋梁工程為依托，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施工存在的交叉影響進(jìn)行安全分析。周智海和陳芳[4]以重慶市某上跨既有軌道結(jié)構(gòu)的擬建市政道路工程為背景，對(duì)高架橋影響軌道線路區(qū)間的最不利斷面進(jìn)行了軌道結(jié)構(gòu)位移與變形等相關(guān)安全影響的計(jì)算分析。朱雙廳等[5]通過(guò)PLAXIS 3D 三維數(shù)值分析，對(duì)某連接線道路節(jié)點(diǎn)橋墩樁基施工對(duì)杭州地鐵1號(hào)線車站的影響進(jìn)行安全評(píng)估。榮露和劉金波等[6]依托某鄰近運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的城市快速路高架橋工程，對(duì)高架橋樁基、承臺(tái)及上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的變形影響進(jìn)行研究分析。陳德超[7]運(yùn)用Midas/GTS有限元軟件構(gòu)建了橋梁與隧道及車站的三維模型，以計(jì)算上跨立交施工時(shí)，對(duì)地下隧道、車站等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移變化、彎矩和軸力，從而對(duì)施工方法和工序的安全性進(jìn)行評(píng)估。

1 工程概況

海珠灣隧道線路全長(zhǎng)4.35 km，北接既有東曉南高架，向南以雙管單層盾構(gòu)隧道形式下穿珠江瀝滘水道、洛溪島和三枝香水道，繼續(xù)以暗埋隧道形式穿過(guò)南浦大道后接出地面，接入南段工程。主線采用設(shè)計(jì)速度60 km/h、雙向六車道的城市主干道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括過(guò)江隧道1座、互通立交3處(從北至南依次為南洲路立交、環(huán)城高速立交和南浦島立交，分別與南洲路、環(huán)城高速和南浦島實(shí)現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換)。其中，與地鐵相關(guān)段主要包括南洲路立交、環(huán)城高速立交以及雨污水管開挖回填等內(nèi)容。

根據(jù)CJJ—T 202—2013城市軌道交通保護(hù)技術(shù)規(guī)程[8]的相關(guān)判定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合圖1平面位置關(guān)系圖中的不同剖面，擬建工程的外部作業(yè)影響等級(jí)判定如表1所示。

表1 外部作業(yè)影響等級(jí)判定匯總表

綜上，海珠灣隧道工程的外部作業(yè)等級(jí)判定為特級(jí)。根據(jù)規(guī)定，當(dāng)外部作業(yè)影響等級(jí)為特級(jí)時(shí)，施工前應(yīng)進(jìn)行安全評(píng)估。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

4)殘積層(Qel)。⑤1可塑粉質(zhì)黏土：可塑；⑤2硬塑粉質(zhì)黏土：硬塑。

5)巖石全風(fēng)化帶。⑥1泥質(zhì)粉砂巖：巖芯呈堅(jiān)硬土狀，遇水易軟化。

6)巖石強(qiáng)風(fēng)化帶。⑦1A泥質(zhì)粉砂巖：巖芯多呈堅(jiān)硬土柱狀，遇水易軟化；⑦1B泥質(zhì)粉砂巖：巖芯呈短柱狀、扁柱狀，夾碎塊狀；⑦3A粉砂巖：巖芯多呈堅(jiān)硬土柱狀，局部夾半巖半土狀；⑦3B粉砂巖：巖芯多呈碎塊狀、扁柱狀，風(fēng)化不均，局部夾中風(fēng)化巖芯。

7)巖石中風(fēng)化帶。⑧1泥質(zhì)粉砂巖：粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖石裂隙稍發(fā)育，巖芯多呈柱狀；⑧3粉砂巖：粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀、中厚層狀構(gòu)造，裂隙稍發(fā)育。

場(chǎng)地地勢(shì)低平，為地表水及地下水逕流排泄區(qū)，場(chǎng)區(qū)的地下水類型主要有上層滯水、第四系砂層孔隙潛水及基巖孔隙裂隙承壓水。

3 三維數(shù)值模擬分析

3.1 計(jì)算模型及參數(shù)選取

目前，在評(píng)估外部作業(yè)對(duì)既有地下結(jié)構(gòu)的安全影響時(shí)，常用的方法主要還是利用數(shù)值分析軟件。通過(guò)建立數(shù)值仿真模型進(jìn)行計(jì)算分析，從而判斷外部作業(yè)施工是否會(huì)對(duì)既有軌道交通結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)造成威脅。

模型側(cè)重于分析既有軌道交通結(jié)構(gòu)在外部作業(yè)影響下的位移和內(nèi)力變化，采用三維有限元模型建模模擬，模型如圖2,圖3所示。

計(jì)算模擬過(guò)程為：地應(yīng)力平衡→地鐵結(jié)構(gòu)開挖及支護(hù)→位移清零→高架施工→開放路面交通。

土體本構(gòu)模型采用修正Mohr-Coulomb模型，根據(jù)詳勘報(bào)告所提供的參數(shù)取值。既有地鐵結(jié)構(gòu)分別采用梁?jiǎn)卧桶鍐卧M，材料參數(shù)取值如表2所示。

表2 數(shù)值模擬計(jì)算參數(shù)表

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

擬建工程多個(gè)斷面外部作業(yè)影響等級(jí)為特級(jí)，需要對(duì)地鐵車站主體結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、軌道區(qū)間結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析。計(jì)算工作量大，在此僅列出地鐵車站結(jié)構(gòu)及區(qū)間結(jié)構(gòu)中計(jì)算結(jié)果最大的項(xiàng)目，模型計(jì)算豎向位移云圖如圖4，圖5所示。根據(jù)模型計(jì)算得到的內(nèi)力結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)配筋資料，得到既有地鐵結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果最大值見(jiàn)表3。

表3 既有地鐵結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果最大值匯總表

計(jì)算結(jié)果顯示，在高架施工過(guò)程中，既有地鐵結(jié)構(gòu)的變形值較小，變形值均小于10 mm，滿足變形控制要求。

施工過(guò)程中，既有車站結(jié)構(gòu)(明挖部分)產(chǎn)生的最大裂縫值為0.09 mm<0.2 mm；既有車站結(jié)構(gòu)(暗挖部分)產(chǎn)生的最大裂縫值為0.06 mm<0.2 mm；既有區(qū)間結(jié)構(gòu)(盾構(gòu)部分)產(chǎn)生的最大裂縫值為0.16 mm<0.2 mm；既有區(qū)間結(jié)構(gòu)(礦山部分)產(chǎn)生的最大裂縫值為0.10 mm<0.2 mm；既有區(qū)間結(jié)構(gòu)(明挖部分)產(chǎn)生的最大裂縫值為0.07 mm<0.2 mm；均滿足裂縫控制指標(biāo)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1)安全評(píng)估計(jì)算結(jié)果顯示，擬建工程施工過(guò)程中所引起的既有地鐵結(jié)構(gòu)的變形及裂縫滿足控制指標(biāo)要求。

2)施工前，必須對(duì)隧道位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)，地面放樣并做好明顯標(biāo)識(shí)，確?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)樁基與隧道準(zhǔn)確的相對(duì)位置。在信息化指導(dǎo)施工過(guò)程中，隧道內(nèi)部必須采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，并根據(jù)施工區(qū)域及施工進(jìn)度適時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)獲取變形數(shù)據(jù)，以反饋指導(dǎo)施工。

3)應(yīng)充分考慮樁基施工對(duì)鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響，優(yōu)化施工工序，避開列車運(yùn)營(yíng)時(shí)間，合理選擇保護(hù)措施。針對(duì)樁基與隧道結(jié)構(gòu)凈距不足3 m的區(qū)域，建議在樁基施工前先試樁，優(yōu)化施工機(jī)械設(shè)備、泥漿配比參數(shù)、施工擾動(dòng)等因素。非原位試驗(yàn)時(shí)，在對(duì)應(yīng)參照距離位置布置測(cè)斜孔等監(jiān)測(cè)措施，以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反分析指導(dǎo)施工，為后續(xù)原位施工明確各項(xiàng)施工參數(shù)。