盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿公路高架橋橋樁的風(fēng)險(xiǎn)分析

王 勇

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

?

盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿公路高架橋橋樁的風(fēng)險(xiǎn)分析

王 勇

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

以某地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿高架橋橋臺(tái)樁基為例，采用有限元軟件建立了計(jì)算模型，分析計(jì)算了橋樁的位移變化情況，指出計(jì)算結(jié)果均在高架橋變形控制的允許值內(nèi)，在不采取輔助加固措施下，通過(guò)監(jiān)測(cè)橋梁變形情況，并根據(jù)反饋信息及時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控盾構(gòu)參數(shù)，盾構(gòu)隧道可安全側(cè)穿高架橋橋臺(tái)樁基。

盾構(gòu)隧道，高架橋，樁基，位移

0 引言

城市軌道交通建設(shè)中區(qū)間盾構(gòu)法施工以對(duì)地面影響小、施工速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于復(fù)雜的城市環(huán)境，盾構(gòu)施工難免會(huì)對(duì)既有建(構(gòu))筑物產(chǎn)生影響，尤其是在小凈距施工時(shí)如何保證二者的安全成為研究的重難點(diǎn)。對(duì)盾構(gòu)隧道穿越橋樁的研究表明[1-6]：區(qū)間盾構(gòu)隧道開(kāi)挖導(dǎo)致周邊地層向隧道收縮變形，鄰近樁基隨之發(fā)生傾斜和撓曲變形，且以向開(kāi)挖方向的水平位移為主。一般地層注漿加固方式對(duì)控制樁基變形效果較小，而保持開(kāi)挖面的土壓平衡才是控制樁基變形的關(guān)鍵措施。

1 工程概況

1.1 盾構(gòu)隧道與高架橋樁的位置關(guān)系

盾構(gòu)區(qū)間隧道布置于道路右側(cè)，武漢大道高架橋位于道路中間，二者走向一致。高架橋?yàn)閷?6.0 m的單幅橋，橋墩、橋臺(tái)的基礎(chǔ)均采用鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)。區(qū)間隧道在左DK13+670處側(cè)穿武漢大道徐東高架Z00橋臺(tái)，隧道左線與橋臺(tái)樁基水平凈距僅為1.85 m；在左DK13+700到左DK14+002.6區(qū)段側(cè)穿武漢大道徐左高架橋的橋墩，隧道左線距橋墩樁基的距離在7.0 m～10.3 m之間。圖1和圖2為盾構(gòu)隧道與高架橋的位置關(guān)系。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，隧道在此區(qū)間的地層巖性自上而下依次為：雜填土、粘土、粉砂、粉細(xì)砂、圓礫及卵石夾中粗砂等，盾構(gòu)區(qū)間隧道主要穿越粉砂和粉細(xì)砂兩層巖土，各地層的物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 盾構(gòu)隧道區(qū)間內(nèi)各地層的物理力學(xué)性質(zhì)

2 數(shù)值計(jì)算及結(jié)果分析

2.1 計(jì)算模型

利用巖土工程有限元分析軟件GTS/NX，建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，土體采用摩爾庫(kù)侖模型，樁基礎(chǔ)及隧道襯砌采用線彈性模型。模型的土層根據(jù)實(shí)際地層的厚度分為七層，由地表至下依次為表1所示地層。區(qū)間隧道穿越粉砂層，埋深為17 m。橋樁為端承樁，樁底落于泥巖層。圖3為數(shù)值計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分情況。模型的側(cè)面均采用法向位移約束條件，底面為固定位移邊界條件。

施工階段工況設(shè)置：1)激活武漢大道高架橋橋墩及樁基，同時(shí)位移清零作為初始條件；2)左線盾構(gòu)縱向掘進(jìn)至貫通并施工襯砌管片；3)右線盾構(gòu)縱向掘進(jìn)至貫通并施工襯砌管片。

2.2 計(jì)算結(jié)果分析

通過(guò)施工階段模擬區(qū)間隧道盾構(gòu)施工側(cè)穿武漢大道高架橋臺(tái)及橋墩樁基。計(jì)算結(jié)果如下：

1)樁基水平位移。區(qū)間隧道左、右線分別貫通時(shí)，Z00橋臺(tái)樁基和Z01橋墩樁基水平位移云圖及曲線如圖4和圖5所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果在左線隧道穿過(guò)后，橋臺(tái)臨近隧道一側(cè)最大水平位移約為4.21 mm；右線隧道穿越(二次擾動(dòng))過(guò)后，橋臺(tái)臨近隧道一側(cè)最大沉降約為5.76 mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果在左線隧道穿過(guò)后，橋臺(tái)臨近隧道一側(cè)最大水平位移約為2.53 mm；右線隧道穿越(二次擾動(dòng))過(guò)后，橋臺(tái)臨近隧道一側(cè)最大沉降約為3.66 mm。

2)橋臺(tái)豎向位移。區(qū)間隧道左、右線分別貫通時(shí)，橋臺(tái)樁基沉降云圖及曲線如圖6所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果在左線隧道穿過(guò)后，橋臺(tái)臨近隧道一側(cè)最大沉降約為4.15 mm；右線隧道穿越(二次擾動(dòng))過(guò)后，橋臺(tái)臨近隧道一側(cè)最大沉降約為4.29 mm。

3)橋墩承臺(tái)豎向變形。區(qū)間隧道左、右線分別貫通時(shí)，Z01橋墩承臺(tái)樁基沉降云圖及曲線如圖7所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果在左線隧道穿過(guò)后，橋臺(tái)臨近隧道一側(cè)最大沉降約為1.15 mm；右線隧道穿越(二次擾動(dòng))過(guò)后，橋臺(tái)臨近隧道一側(cè)最大沉降約為1.28 mm。結(jié)合Z00承臺(tái)沉降結(jié)果，計(jì)算得相鄰承臺(tái)沉降差值最大約為3.01 mm。

3 變形控制標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

根據(jù)徐東大街高架橋設(shè)計(jì)單位武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司出具的《關(guān)于徐東大街高架橋橋梁監(jiān)測(cè)的技術(shù)要求》，提出該橋梁的變形控制標(biāo)準(zhǔn)為：橋梁的沉降不大于10 mm，承臺(tái)頂?shù)乃轿灰撇淮笥? mm。

根據(jù)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》，既有市政高架橋?yàn)橹匾?jí)別環(huán)境設(shè)施。同時(shí)根據(jù)區(qū)間隧道與臨近重要設(shè)施的位置關(guān)系判斷其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，如表2所示。

表2 鄰近重要設(shè)施的相對(duì)距離風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

根據(jù)表2判斷武漢大道高架橋橋臺(tái)樁基環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)，而一般墩臺(tái)樁基環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為四級(jí)。

4 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

計(jì)算結(jié)果表明區(qū)間隧道施工引起武漢大道高架橋承臺(tái)及樁基變形均在變形控制標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，為保證工程安全，盾構(gòu)穿越時(shí)應(yīng)盡量減小對(duì)高架橋樁的影響，提出如下專項(xiàng)保護(hù)措施：

1)盾構(gòu)施工過(guò)程前，對(duì)高架橋臺(tái)周邊、橋墩承臺(tái)、橋墩頂部和底部等均布置沉降、傾斜、裂縫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁沉降及橋墩傾斜，并及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息以調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，保證橋梁安全。

2)掘進(jìn)過(guò)程中合理精確設(shè)定土壓力，保持土壓平衡，出土量、注漿量應(yīng)與掘進(jìn)進(jìn)尺平衡，注漿壓力和水土壓力平衡。嚴(yán)格防止超挖和欠挖，嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)速度。

3)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，加強(qiáng)同步壓漿與二次(多次)注漿措施，嚴(yán)格控制注漿壓力以減少對(duì)鄰近高架橋樁基的擠壓。

5 結(jié)語(yǔ)

以武漢地鐵8號(hào)線一期工程的工程實(shí)際為出發(fā)點(diǎn)，分析了徐徐區(qū)間盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿武漢大道高架橋的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)情況。采用MIDAS/GTS有限元程序建立三維模型模擬盾構(gòu)開(kāi)挖的全過(guò)程，分析了盾構(gòu)施工對(duì)武漢大道高架橋橋臺(tái)及樁基的變形情況，得到了以下結(jié)論：

1)區(qū)間隧道與武漢大道高架橋橋臺(tái)樁基水平凈距僅為1.85 m，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)；

2)橋臺(tái)樁基水平位移約5.76 mm，橋臺(tái)承臺(tái)最大沉降約為4.29 mm，相鄰承臺(tái)沉降差約為3.01 mm。承臺(tái)及樁基變形均在控制標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

在不采取加固措施情況下，通過(guò)選取合理的盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，盾構(gòu)隧道可以安全側(cè)穿武漢大道高架橋橋臺(tái)樁基。

[1] 姚燕明，曹偉飚，沉張勇.盾構(gòu)穿越高架對(duì)其樁基變形和內(nèi)力影響分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2005(12)：972-975.

[2] 李 早,黃茂松.隧道開(kāi)挖對(duì)群樁豎向位移和內(nèi)力影響分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),2007(29):398-402.

[3] 劉庭金,魏立新,房營(yíng)光,等.隧道建設(shè)對(duì)緊鄰高架橋影響的三維數(shù)值分析[J].巖土力學(xué),2008(29):1387-1390.

[4] 王明年,崔光耀,喻 波.廣州地鐵西村站近接高架橋樁基影響分區(qū)及應(yīng)用研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009(28):1396-1404.

[5] 李 松，楊小平，劉庭金,等.廣州地鐵盾構(gòu)下穿對(duì)近接高架橋樁基的影響分析[J].鐵道建筑，2012(7)：74-78.

[6] 袁海平，王 斌，朱大勇，等.盾構(gòu)近距離側(cè)穿高架橋的施工力學(xué)行為研究[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014(7)：1457-1464.

On risk analysis of close-distance side-penetration of viaduct bridge pier on roads in shield tunnels

Wang Yong

(CCCCSecondHighwayConsultantsCo.,Ltd,Wuhan430056,China)

Taking the close-distance side penetration viaduct pier foundation of the shield tunnel of some subway section as the example, the paper adopts the finite element software to establish the calculation model, analyzes the displacement of the bridge pier, points out the calculation results are within the permitted value of the deformation control of the viaducts, the shield tunnel can be safely side penetrated into the viaduct pier according to the feedback information and accurate adjustment shield parameter under the inspection of bridge deformation.

shield tunnel, viaduct bridge, pile foundation, displacement

1009-6825(2016)16-0192-03

2016-03-26

王 勇(1987- )，男，碩士，助理工程師

U455.43

A