城市組合立交施工對(duì)既有地下結(jié)構(gòu)的影響及保護(hù)研究

摘" 要：隨著國(guó)內(nèi)各大城市的快速發(fā)展，現(xiàn)代城市交通矛盾日益突出，修建城市組合立交已成為解決城市交通問題的有效途徑之一。受到道路鐵路、地下管線和建筑物等環(huán)境設(shè)施的限制，城市中心城區(qū)的立交大多不具備立交橋梁施工條件而采用明挖法或下穿頂進(jìn)法施工。由于城市的快速發(fā)展，對(duì)地下空間的開發(fā)利用大大增加，地鐵車站、盾構(gòu)隧道等地下交通結(jié)構(gòu)縱橫交錯(cuò)。該立交橋梁地下暗埋部分與既有地鐵線路鄰近，為保護(hù)既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)使用安全，采用雙排樁防護(hù)，地下注漿加固，外拉錨等施工工藝進(jìn)行暗埋部分結(jié)構(gòu)的施工，使用有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)受力分析，有效保證既有地鐵結(jié)構(gòu)的使用安全，大大提高新建結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安全性。

關(guān)鍵詞：雙排樁；下穿頂進(jìn)法；外拉錨；注漿加固；應(yīng)力分析

中圖分類號(hào)：U416.04" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2025）09-0156-04

Abstract： With the rapid development of major cities in China， modern urban transportation contradictions have become increasingly prominent. Building urban composite interchanges has become one of the effective ways to solve urban transportation problems. Due to the limitations of environmental facilities such as roads and railways， underground pipelines and buildings， most interchanges in the central Urban area of the city do not have the construction conditions of overpass bridges and are constructed using the open-cut method or the under-penetrating and jacking method. Due to the rapid development of the city， the development and utilization of underground space has been greatly increased. Underground transportation structures such as subway stations and shield tunnels are crisscrossed. The underground buried part of the overpass bridge is adjacent to the existing subway line. In order to protect the safety of the existing subway section structure， construction techniques such as double row pile protection， underground grouting reinforcement， and external tension anchors are used to construct the buried part of the structure. Finite element software is used to analyze the stress of the structure， which effectively ensures the safety of the existing subway structure. It has greatly improved the construction quality and safety of new structures.

Keywords： double-row pile; under-piercing and jacking method; externally tensioned anchor; grouting reinforcement; stress analysis

城市立交施工有效利用地上及地下空間，地下暗埋段施工通常與地下既有結(jié)構(gòu)相近，采用雙排樁防護(hù)、地下注漿加固、外拉錨等施工保護(hù)技術(shù)對(duì)既有結(jié)構(gòu)干擾較小，因此成為當(dāng)前地下暗埋工程中較常用的施工方法。采用該技術(shù)施工，能節(jié)約施工工期、減少一定的有限空間作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高施工質(zhì)量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可廣泛應(yīng)用于暗埋隧道對(duì)既有結(jié)構(gòu)的保護(hù)施工，也可用于市政建設(shè)、地鐵隧道、下穿公路、鐵路和橋梁等建筑物的隧道施工。

1" 工程概況

鄭州市某立交組合位于鄭州市管城區(qū)，南起鄭航北路與紫荊山南路交叉口南側(cè)，向北依次與南站路、長(zhǎng)江路及通站路、京廣鐵路、客技站、紫辰路、航海路、五里堡街、五里堡北街（弓莊南街）交叉，終于金城街。樁號(hào)范圍ZJSK0+385～ZJSK2+700，全長(zhǎng)2 315 m。其中下穿隧道樁號(hào)范圍ZJSK0+534～ZJSK2+425，敞口擋墻、U槽段長(zhǎng)566 m，暗埋段長(zhǎng)1 325 m，全長(zhǎng)共1 891 m?？v斷面設(shè)置6個(gè)變坡點(diǎn)，最大縱坡為3.95%，最小縱坡為0.3%，凸形豎曲線最小半徑2 400 m，凹形豎曲線最小半徑2 200 m，最小坡長(zhǎng)203 m（不含接坡段）?？v斷面圖如圖1所示。

2" 施工難點(diǎn)分析及解決措施

2.1" 頂板鋼筋綁扎

2.1.1" 頂板鋼筋綁扎施工時(shí)存在的難點(diǎn)問題

1）道路中線距離地鐵盾構(gòu)隧道水平最大間距17.29 m，水平最小間距6.61 m，暗埋段及位于地鐵隧道上方圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工對(duì)隧道既有應(yīng)力造成影響。

2）道路施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)土方開挖變形風(fēng)險(xiǎn)大。

3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)及道路結(jié)構(gòu)施工地表沉降變形控制難度大。

2.1.2" 具體解決措施

1）道路位于地鐵正上方時(shí)修建擋墻及U型槽，對(duì)影響范圍采用注漿加固、放坡開挖。

2）道路圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊緣與地鐵水平間距大于10 m時(shí)，基坑采用圍護(hù)樁+錨索支護(hù)體系，施做2道錨索。

3）道路圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊緣與地鐵水平間距小于10 m時(shí)，靠近地鐵隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 m@1.2 m雙排鉆孔灌注樁，遠(yuǎn)離地鐵一側(cè)采用圍護(hù)樁+錨索支護(hù)體系，施做2道錨索。

2.1.3" 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

1）道路位于地鐵正上方：修建擋墻及U型槽，地鐵影響范圍及放坡開挖位置進(jìn)行1∶1水泥攪拌樁加固處理，然后采用分層、分段、分步1∶1放坡開挖。

2）道路圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊緣與地鐵水平間距大于10 m時(shí)：基坑采用圍護(hù)樁+錨索支護(hù)體系，施做2道錨索，第一、二道錨索均長(zhǎng)8 m，錨固段4 m，入射角均為15°，豎向間距為3 m，水平間距2.4 m。

3）道路圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊緣與地鐵水平間距小于10 m時(shí)：靠近地鐵一側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用？覫1.5排距3.5 m鋼筋混凝土雙排樁支護(hù)體系，雙排樁樁間土采用旋噴樁加固，灌注樁樁長(zhǎng)20 m，嵌固10.6 m，遠(yuǎn)離地鐵一側(cè)采用圍護(hù)樁+錨索支護(hù)體系，施做2道錨索，第一、二道錨索均長(zhǎng)8 m，錨固段4 m，入射角均為15°，豎向間距為3 m，水平間距2.4 m。

2.1.4" 鋼筋桁架安全及變形分析

本工程主要研究鄭州市某立交暗埋車道施工對(duì)地鐵區(qū)間的影響分析，分析施工過程是否影響地鐵結(jié)構(gòu)的安全。本次專項(xiàng)設(shè)計(jì)采用大型有限元軟件MIDAS/GTS來分析明挖施工對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)變形和受力的影響，結(jié)合城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)，判斷施工的影響程度。

有限元理論的求解架構(gòu)建立于結(jié)構(gòu)力學(xué)的矩陣位移法之上，其基本思路為：先將一個(gè)三維的工程或結(jié)構(gòu)設(shè)定為一個(gè)完整的求解區(qū)域，之后依據(jù)特定的規(guī)則把這個(gè)求解區(qū)域分割成眾多的小單元，并且確保這些單元間能有效耦合。針對(duì)每個(gè)離散的單元，運(yùn)用理論計(jì)算的方式得出其位移、變形等參數(shù)，再依據(jù)基本力學(xué)方程以及邊界條件將這些離散的單元組合起來，進(jìn)而完成整個(gè)求解流程。

考慮到巖土材料自身物理力學(xué)特性所具有的隨機(jī)性與高度復(fù)雜性，在本次專項(xiàng)設(shè)計(jì)中，結(jié)合具體的問題情況進(jìn)行了適度的簡(jiǎn)化處理，在數(shù)值模擬分析計(jì)算環(huán)節(jié)采用了如下的假設(shè)條件。

首先，在針對(duì)初始應(yīng)力場(chǎng)展開模擬時(shí)，僅僅將自重應(yīng)力納入考慮范疇，而忽略構(gòu)造應(yīng)力的影響因素。

其次，將圍巖土體材料假定為均質(zhì)且各向同性的連續(xù)介質(zhì)，同時(shí)將其看作理想彈塑性材料?；诤暧^層面的材料表現(xiàn)行為，對(duì)于巖土體采用修正庫(kù)倫摩爾彈塑性模型，并運(yùn)用實(shí)體單元來模擬土體的實(shí)際情況。

最后，由于道路施工過程中荷載始終處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)，為了使計(jì)算模擬過程更加簡(jiǎn)便易行，將不同施工步驟下的荷載變化量進(jìn)一步細(xì)化為特定數(shù)量的荷載變化量，以此來模擬隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，地層應(yīng)力不斷變化的實(shí)際情況。

1）道路擋墻段、U型槽段對(duì)地鐵影響分析。依據(jù)圣維南原理選取模型尺寸為200 m×160 m×40 m（長(zhǎng)×寬×深度），如圖2所示。

道路擋墻段、U型槽段與地鐵盾構(gòu)區(qū)間相對(duì)位置關(guān)系如圖3所示。

豎向變形和橫向變形最大位移變形如圖4、圖5所示。

經(jīng)計(jì)算，右線變形最為顯著，其豎向最大變形達(dá)4.353 mm，橫向最大變形量為-3.485 mm，二者皆符合橫向變形小于10 mm這一變形控制指標(biāo)要求，整體變形處于可控范圍之內(nèi)，滿足工程安全與穩(wěn)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2）暗埋框架段（灌注樁+錨索圍護(hù)結(jié)構(gòu)）對(duì)地鐵影響分析。三維整體數(shù)值模型如圖6所示。

暗埋框架段與地鐵盾構(gòu)區(qū)間相對(duì)位置關(guān)系如圖7所示。

豎向變形和橫向變形最大位移變形如圖8和圖9所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，變形最大發(fā)生在右線，右線最大豎向變形量為-2.628 mm，右線最大橫向變形量為-6.099 mm，均滿足橫向變形小于10 mm的變形控制要求。

3" 現(xiàn)場(chǎng)施工過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

第一，鉆孔灌注樁成孔設(shè)備就位后，必須平正、穩(wěn)固，確保在施工中不發(fā)生傾斜、移動(dòng)。為準(zhǔn)確控制成孔深度，在樁架或樁管上應(yīng)設(shè)置控制深度的標(biāo)尺，以便在施工中進(jìn)行觀測(cè)記錄。

第二，每個(gè)孔需做好地層分層情況記錄，并與設(shè)計(jì)核對(duì)，如不符，應(yīng)及時(shí)通知監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位，共同協(xié)商。鉆孔時(shí)若遇微風(fēng)化巖層或膠結(jié)層，無法鉆進(jìn)，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況結(jié)合施工機(jī)具條件確定輔助措施，如采用沖孔機(jī)配合成孔。

第三，混凝土灌注環(huán)節(jié)，導(dǎo)管務(wù)必全程埋于混凝土之下，絕對(duì)禁止導(dǎo)管從混凝土面中拔出。導(dǎo)管的合理埋置深度通常在2～3 m范圍為佳，且不可小于1 m，每次提升導(dǎo)管的長(zhǎng)度不能超過6 m，以此避免鋼筋籠出現(xiàn)上浮問題。

因樁頂區(qū)域的混凝土易與泥漿混合，致使其質(zhì)量降低，所以要管控好最后一次灌注量，防止樁頂高度不足?；炷翆?shí)際灌注的高度應(yīng)當(dāng)比設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高多出0.8～1.0 m，而需鑿除的泛漿高度要確保剩余暴露的樁頂混凝土能夠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，從而保證灌注樁的質(zhì)量符合工程要求，維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。

第四，錨索水平傾角15°，鋼絞線嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，每股長(zhǎng)度誤差不大于50 mm；錨索錨固段沿桿體軸線方向每隔1.5 m設(shè)置一個(gè)架線環(huán)以保證鋼絞線位置居中。

第五，錨索注漿分2次進(jìn)行，采用P.O42.5水泥制漿，一次注漿壓力0.5～1 MPa，水灰比0.5～0.55，二次注漿壓力為1.5～3 MPa，二次注漿水灰比0.5～0.55，錨索2次注漿水泥總用量不小于60 kg/m，漿液充滿錨索孔。注漿體強(qiáng)度不小于20 MPa。

第六，施工前對(duì)周邊構(gòu)筑物進(jìn)行病害調(diào)查，必要時(shí)對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行病害鑒定；同時(shí)根據(jù)建筑物病害及結(jié)構(gòu)特征做好問題預(yù)測(cè)和應(yīng)急預(yù)案，施工時(shí)加強(qiáng)對(duì)周邊構(gòu)筑物的監(jiān)測(cè)。

4" 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果

本項(xiàng)目已施工完成段結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示地鐵結(jié)構(gòu)豎向及橫向變形均在設(shè)計(jì)控制變形值范圍內(nèi)，施工效果良好。

5" 結(jié)論

在國(guó)內(nèi)，城市快速立交地下結(jié)構(gòu)土建施工因能顯著緩解市中心交通擁堵、雜亂與堵塞狀況，在市內(nèi)繁華地段的建設(shè)中被廣泛運(yùn)用。在此類施工里，工序間的順暢銜接以及對(duì)既有地下結(jié)構(gòu)變形的精準(zhǔn)把控，已然成為工程質(zhì)量與安全管理的核心要點(diǎn)。結(jié)合本項(xiàng)目的研究成果與實(shí)踐心得，可歸納出如下結(jié)論。

1）道路施工時(shí)，為降低對(duì)既有地下結(jié)構(gòu)的干擾，可采用對(duì)地下注漿、提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度的方式，增強(qiáng)其承載與變形性能，確保既有地下結(jié)構(gòu)的使用安全無虞。該方法具有普適性，可供其他類似結(jié)構(gòu)施工參考借鑒。

2）為確保施工全程安全穩(wěn)定，可將仿真計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)際工程緊密融合，對(duì)施工中的地表沉降、管線沉降以及既有地下結(jié)構(gòu)變形等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)施有效的施工技術(shù)與質(zhì)量管控。同時(shí)，借助預(yù)先埋設(shè)的測(cè)量?jī)x器（如應(yīng)變片、變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)等），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沉降情況，保障控制成效。

3）上述各項(xiàng)措施在實(shí)施前，均應(yīng)開展嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撚?jì)算與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以切實(shí)達(dá)成預(yù)設(shè)的施工成效與安全指標(biāo)，保障工程順利推進(jìn)與長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙克生，肖昌軍.北京地鐵10號(hào)線勁松站頂縱梁施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008（12）：234-236.

[2] 曾冰海.洞樁法（PBA）暗挖多跨地鐵車站扣拱施工[J].隧道建設(shè)，2010，30（4）：456-460.

[3] 黃瑞金.地鐵淺埋暗洞樁法車站扣拱關(guān)鍵技術(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2007（2）：268-271.

[4] 劉華良，石建軍，寧嚴(yán)慶.自密實(shí)混凝土測(cè)試方法與技術(shù)研究[J].混凝土，2008（3）：90-93.

[5] 劉鵬，單海軍.自密實(shí)混凝土在組合結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，32（4）：179.

[6] 馮萬(wàn)慧，何鳳奎.自密實(shí)混凝土在地鐵頂縱梁上的應(yīng)用及質(zhì)量控制[J].北方交通，2011（1）：62-64.