地鐵深基坑不同施工進尺對鄰近橋墩及下跨拱涵影響數值分析

2015-04-20 04:05:54胡治東韋良文

綠色科技 2015年2期

胡治東，韋良文，2

（1.重慶交通大學土木建筑學院，重慶400074；2.重慶交通大學山區橋梁與隧道工程國家重點實驗室培育基地，重慶400074）

1 引言

地鐵作為一種城市交通工具，不僅能給人們帶來方便快捷的出行，還能緩解城市的交通壓力，在能源存量日益減少的今天，地鐵更是一種環保出行的不二選擇。但地鐵車站及其區間段多位于人口密集區域，地鐵的施工不免會對鄰近建筑物造成影響。如何減小地鐵區間段以及車站施工對臨近構筑物的變形影響便成了設計、施工時面臨的重要問題。基坑開挖施工時對臨近構筑物的影響這一問題，國內外學者開展了大量的研究［1～3］，李棟［4］等針對重慶軌道交通地鐵六號線花卉園到大龍山區間研究了在盾構機開挖施工時產生的動荷載作用下，小凈距隧道的穩定性；李志高［5］等研究了在上部基坑開挖施工時，對下跨隧道的變形控制方法。筆者以重慶軌道交通環線渝魯站至五里店站區間的明挖段項目為背景，采用數值分析方法對深基坑施工于鄰近橋墩以及下跨拱涵的變形影響特性進行了分析。

2 工程概況

重慶軌道交通環線的渝魯站至五里店站區間明挖段，其西側為沖壓廠高架橋，其東側為慶業九寨及其魯能星城等居民住宅區。工程場地位于構造剝蝕丘陵地貌，外露地層參數由上自下分別為：第四系全新統填土層（Q4ml），殘坡積層（Q4el＋dl），侏羅系中統沙溪廟組（J2s）沉積巖層。沿線的主要地下水源來自基巖裂隙水及第四系松散層的孔隙水。明挖段設計起訖里程YDK22＋946.403～YDK23＋356.500，在回填土層采用放坡支護，本次分析選取西鄰沖壓廠高架橋及下跨排水拱涵的放坡支護段。

基坑開挖放坡邊緣最近距西側高架橋橋墩2m，基底距下跨排水拱涵最小為1.1m。開挖邊坡采用錨噴支護，支護參數為：R42錨桿L＝10m＠1.2m＊1.2m，0.2 m厚噴射混凝土。放坡典型橫斷面（適用于YDK22＋076.9520～YDK＋152.3840）見圖1。

圖1 基坑橫斷面

3 數值計算及結果分析

3.1 計算模型

采用ANSYS軟件進行計算，模型長100m，寬100m，高度60m。地鐵開挖基坑西側為沖壓廠高架橋橋墩，從南往北分別為9＃、10＃、11＃橋墩，墩底擴大基礎均嵌入基巖，橋墩直徑為2m。在開挖基坑下、靠近11＃橋墩基礎橫跨排水拱涵，見圖2。

圖2 有限元模型

3.2 計算條件

工程場地施加20kPa地面超載，墩頂支座施加5270KN集中荷載。材料物理力學參數見表1。模型通過殺死不同數量的單元來模擬不同開挖進尺對橋墩及排水拱涵的影響。

表1 材料參數

3.3 計算結果

通過有限元模型不同進尺開挖模擬地鐵基坑施工過程對鄰近橋墩及排水拱涵的影響。25m開挖進尺共7個施工步，50m開挖進尺共8個施工步，不同開挖進尺模型見圖3、圖4。

圖3 25m開挖進尺

圖4 50m開挖進尺

3.3.1 位移分析

經計算，隨著基坑開挖深度增加，西側橋墩及其基礎的豎向位移逐漸增加，而基坑不同的開挖進尺對豎向位移的影響亦不同。水平開挖進尺為50m時，11＃橋墩基底、墩頂最大豎向位移分別為7.17mm、6.57mm；開挖進尺為25m時，11＃橋墩基底、墩頂最大豎向位移分別為6.65mm、6.15mm。不同計算步時的位移變化曲線見圖5、圖6。