雙線盾構(gòu)隧道施工對既有橋梁安全影響的研究

劉 畔

(河北省高速公路邢汾籌建處)

雙線盾構(gòu)隧道施工對既有橋梁安全影響的研究

劉 畔

(河北省高速公路邢汾籌建處)

以盾構(gòu)隧道近距離穿越地下既有橋梁樁基為工程背景，采用FLAC3D有限差分軟件，對施工過程中隧道開挖引起樁基的位移進(jìn)行了計算分析，最后建立Midas civil荷載-結(jié)構(gòu)模型，在最不利差異沉降工況條件下，對上部橋梁結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力及變形進(jìn)行驗算。結(jié)果表明，全部注漿加固地層時，隧道開挖引起的樁基最大沉降值為9.3 mm，最大差異沉降值為1.0 mm，橋梁承載力滿足要求。

盾構(gòu)隧道;橋梁;樁基;數(shù)值模擬

1 工程概況

盾構(gòu)雙線區(qū)間隧道從東、西雙匝道橋基礎(chǔ)中間下穿，隧道覆土厚度約17～20 m，隧道凈距5.0 m。盾構(gòu)直徑6.2 m，管片厚度0.35 m，管片外輪廓距橋梁樁基1.3～5.0 m。同時，在金涌立交橋主橋下方有柴垛橋，位于東西兩組匝道之間，由于受京山橋的橋樁限制，隧道之間的凈距以及隧道與匝道橋樁的距離無法調(diào)整。

2 評估思路

針對工程的特點，在評估咨詢中進(jìn)行數(shù)值計算和分析工作，包括，首先建立FLAC3D地層結(jié)構(gòu)模型，模擬雙線盾構(gòu)隧道推進(jìn)過程中引起的金涌立交AC(西)匝道橋的樁基沉降、順橋向及橫橋向差異沉降，其次對穿越影響范圍內(nèi)的樁基承載能力及損失進(jìn)行估算，樁身截面強度驗算，最后建立Midas civil荷載-結(jié)構(gòu)模型，在最不利差異沉降工況條件下，對上部橋梁結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力及變形進(jìn)行驗算。

3 計算模型及土體參數(shù)

3.1 計算模型

AC匝道區(qū)域簡化模型長130 m，寬80 m，高80 m，93 208個單元，98 394個節(jié)點。模型中共有32根樁，四樁承臺，樁長約45 m，樁徑1 m，承臺厚2 m，長4.5 m，寬 4.5 m。

3.2 土體參數(shù)

土體參數(shù)見表1。

表1 土層參數(shù)表

4 計算結(jié)果

在全部注漿的情況下盾構(gòu)隧道的左線開挖，地表最大沉降15 mm。開挖引起地表橫向沉降槽呈正態(tài)分布，承臺位置處沉降值小于周圍土體。隧道開挖會引起樁基發(fā)生變位，樁頂最大豎向位移5.2 mm，樁身最大位移4.5 mm，在樁頂以下18 m處。由圖1可知，在全部注漿的情況下盾構(gòu)隧道的右線開挖，地表最大沉降20 mm。由圖2可知，開挖引起地表橫向沉降槽呈正態(tài)分布，承臺位置處沉降值小于周圍土體。隧道開挖會引起樁基發(fā)生變位，樁頂最大豎向位移9.5 mm，樁身最大位移5.0 mm，在樁頂以下19 m處。

圖1 地表橫向沉降槽曲線圖圖(mm)

圖2 地表橫向沉降槽曲線圖(mm)

5 橋梁上部結(jié)構(gòu)承載力評價

5.1 計算模型概述

主橋為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式為3跨連續(xù)梁，主梁為箱型截面，混凝土采用50#，鋼筋采用II級鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用Φs15.2鋼絞線。采用橋梁專用有限元分析軟件MIDAS-Civil建立數(shù)值分析模型，全橋共57個節(jié)點、48個單元。為計算樁基變形對橋梁上部結(jié)構(gòu)的影響，對上部結(jié)構(gòu)選取1～9九個控制截面進(jìn)行計算。在考慮結(jié)構(gòu)永久作用、移動荷載及其他可變荷載(整體升(降)溫、溫度梯度、基礎(chǔ)沉降)等作用下，試算在地鐵開挖過程中各控制截面的荷載效應(yīng)。

5.2 樁基變形對上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響分析

根據(jù)地層結(jié)構(gòu)模型計算結(jié)果，主橋33#軸線 最大沉降1.2 mm，主橋34#軸線，最大沉降1.1 mm。

5.3 內(nèi)力計算結(jié)果分析

應(yīng)力計算結(jié)果見表2。

表2 應(yīng)力計算結(jié)果 MPa

6 結(jié)論

(1)全部注漿加固地層時，隧道開挖引起的樁基最大沉降值為9.3 mm，最大差異沉降值為1.0 mm，承臺最大轉(zhuǎn)角0.02°，最大側(cè)向水平位移為5.0 mm。

(2)在橋梁支座位移最不利組合情況下，AC匝道橋上部結(jié)構(gòu)在各計算狀態(tài)下，各控制截面正截面抗彎滿足設(shè)計規(guī)范要求，正常使用狀態(tài)下的主梁撓度及法向壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)強度及剛度安全儲備較高。

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U459.1

C

1008-3383(2012)06-0057-01

2012-02-21

劉畔(1985-)，女，助理工程師，研究方向：道路工程、橋梁工程以及隧道工程。