快速路地道下穿地鐵高架區(qū)間影響分析

張佃仁，張 剛，彭 慧

[1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司青島分公司，山東 青島266005；2.青島西海岸市政工程有限公司，山東 青島266400]

0 引言

對(duì)于基坑開挖對(duì)臨近基坑的影響，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者已進(jìn)行了大量的研究，例如Richard J.Finno 等人[1]利用二維平面有限元對(duì)該問題進(jìn)行了分析；C.F.Leung 等人[2]通過模型試驗(yàn)研究了臨近開挖對(duì)樁基的影響；雷揚(yáng)[3]、Runhong Zhang[4]等對(duì)通過三維有限元分析，探究了不同基坑深度、嵌入深度、樁頂約束的條件下，基坑開挖對(duì)臨近樁基的影響規(guī)律；Linlong Mu[5]則提出了一種新的理論計(jì)算方法，并對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。鄭剛[6]、張子新[7]、丁春勇[8]也結(jié)合國(guó)內(nèi)上海、天津等地實(shí)際工程進(jìn)行了相應(yīng)研究。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，青島地區(qū)的市政基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)也大量開展起來，工程復(fù)雜程度也逐步提高。風(fēng)河快速路工程某地道就需要下穿青島地鐵13 號(hào)線高架區(qū)間，根據(jù)《青島市軌道交通保護(hù)區(qū)施工作業(yè)管理辦法》及相關(guān)規(guī)范，為了保證下穿的安全施工，對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行了有限元分析和評(píng)估。

1 工程概況

風(fēng)河快速路工程設(shè)計(jì)為雙向四車道，上海路地道與青島地鐵13 號(hào)線交叉，為避讓既有橋墩及其基礎(chǔ),在交叉處分為南、北兩幅從高架中間穿越，結(jié)構(gòu)型式為凈尺寸B×H=9.45 m×5.1 m 的箱涵。

受地道基坑開挖影響的為臨近的ZS56 號(hào)、ZS57 號(hào)、ZS58 號(hào)墩柱，樁基長(zhǎng)20～28 m，均嵌入微風(fēng)化花崗巖。地道基坑深度為7.4 m,基坑邊距離承臺(tái)最小水平距離為4.2 m。相對(duì)位置平面見圖1。

圖1 地道下穿相對(duì)位置關(guān)系平面圖

基坑支護(hù)墻采用φ0.8 m 的鉆孔灌注樁，樁中心間距1 m，外側(cè)設(shè)厚度0.7 m 的TRD 止水?dāng)嚢鑹?。?nèi)支撐體系采用一道砼支撐+ 一道鋼管支撐，回筑工況設(shè)置一道鋼管換撐。根據(jù)地鐵安全專項(xiàng)評(píng)估專家意見要求，坑底及TRD 攪拌墻外側(cè)，對(duì)土體進(jìn)行了旋噴樁預(yù)加固處理。剖面及相對(duì)位置關(guān)系見圖2，圖中陰影區(qū)域表示加固。

圖2 地道下穿相對(duì)位置關(guān)系剖面圖

2 水文工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料擬建場(chǎng)地巖土層自上而下依次為①耕土、②中細(xì)砂、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④粉質(zhì)黏土、⑤中粗砂、⑥粗礫砂、⑦強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑧中風(fēng)化花崗巖層。土體參數(shù)見表1。

表1 地勘土體參數(shù)表

勘察期間，地下水水位埋深1.20～1.80 m，地下水類型為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，主要接受側(cè)向逕流及大氣降水補(bǔ)給，排泄以蒸發(fā)和側(cè)向逕流為主。

3 數(shù)值模擬計(jì)算

各層土體均采用摩爾- 庫倫準(zhǔn)則下的實(shí)體單元，圍護(hù)墻、各道支撐、腰梁、蓋梁、承臺(tái)、樁基等結(jié)構(gòu)構(gòu)件均按線彈性材料模擬。其中，鉆孔灌注樁根據(jù)剛度等效原則[9]，等效為厚度為0.622 m 的地墻。軌道梁為簡(jiǎn)支梁，模型中通過添加蓋梁上的集中力模擬其支座反力[10]。Midas/NX 三維計(jì)算模型見圖3。

圖3 計(jì)算模型

施工工況為：北幅地道圍護(hù)墻施工和土體加固→依次開挖至各道支撐處標(biāo)并施工各道支撐→開挖至坑底→澆筑底板→拆除第二道支撐，并設(shè)置換撐→完成主體結(jié)構(gòu)及覆土→南幅地道圍護(hù)墻和主體結(jié)構(gòu)施工（順序同北幅）。

4 計(jì)算結(jié)果及分析

4.1 蓋梁及樁基變形

計(jì)算結(jié)果顯示，北幅地道開挖至坑底工況、南幅地道開挖至坑底工況為最不利工況。北幅地道開挖至坑底時(shí)，蓋梁垂直軌道方向最大變形Dx=0.34 mm,沿軌道方向最大變形Dy=1.91 mm，最大沉降Dz=0.47 mm，見圖4。

圖4 北幅地道開挖至坑底工況蓋梁豎向變形（單位：m）

南幅地道開挖至坑底時(shí)，蓋梁垂直軌道方向最大變形Dx=0.30 mm, 沿軌道方向Dy=3.47 mm，最大沉降Dz=1.47 mm，見圖5。

圖5 南幅地道開挖至坑底工況蓋梁豎向變形（單位：m）

北幅地道開挖至坑底時(shí)，受影響較大的為ZS57樁基，垂直基坑方向樁基最大水平變形Dy=0.67 mm,樁基最大豎向變形Dz=0.60 mm，見圖6。南幅地道開挖至坑底時(shí)，受影響較大的為ZS58 樁基，垂直基坑方向樁基最大水平變形Dy=1.05 mm, 豎向變形Dz=1.80 mm，見圖7。

圖6 北幅地道開挖至坑底工況樁基豎向變形（單位：m）

圖7 南幅地道開挖至坑底工況樁基豎向變形（單位：m）

4.2 計(jì)算分析及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[10]及輕軌高架橋相關(guān)單位提供的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，13 號(hào)線輕軌高架橋結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支座U 性梁，橋墩與樁基絕對(duì)沉降小于5 mm，樁基水平位移容許限值6 mm，墩臺(tái)容許傾斜限值tan θ＜0.5‰，相鄰橋墩差異沉降小于2.5 mm。根據(jù)計(jì)算，均滿足要求。

施工過程中，各橋墩豎向及水平變形實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別見圖8、圖9，對(duì)應(yīng)ZS56～ZS59 橋墩的豎向監(jiān)測(cè)點(diǎn)和水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別為CJ56～CJ59、SPWY56～SPWY59。參照ZS59 號(hào)橋墩（位于ZS58 號(hào)橋墩以南30m 處）及其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，受開挖影響的ZS56～ZS58 橋墩變形指標(biāo)均表現(xiàn)地比較穩(wěn)定，滿足安全運(yùn)營(yíng)要求。

圖8 各橋墩豎向變形（單位：mm）

圖9 各橋墩水平變形（單位：mm）

5 結(jié)語

本文通過建立有限元模型，分析了青島風(fēng)河快速路地道下穿青島地鐵13 號(hào)線對(duì)地鐵高架區(qū)間結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明南、北幅基坑分期施工，對(duì)臨近的橋墩影響最大，對(duì)間隔的橋墩影響較小。本工程所采取的分期施工、預(yù)加固技術(shù)措施能夠很好的控制變形，可為今后青島地區(qū)類似工程問題的處理提供有益經(jīng)驗(yàn)。