研究淺埋偏壓隧道下穿橋梁的施工方案

朱克常

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001)

隧道工程

研究淺埋偏壓隧道下穿橋梁的施工方案

朱克常

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001)

針對淺埋偏壓隧道下穿既有橋梁段施工，結合隧道工程實際情況，采取方案比選的方式分析隧道施工對既有橋梁造成的影響。通過分析得出以下結論：因兩側弧導洞與上斷面中導洞施工是造成沉降和橋墩位移的主要原因，所以需在施工中加強此處監測頻率；6#橋墩位移受施工影響最大，4#橋墩最小；建議采用先施工淺埋側隧道方案，同時做好位移與裂縫觀測，以確保隧道施工質量和既有橋梁安全。

偏壓隧道；既有橋梁；施工方案

1 計算模型與計算工況

將勘探資料與施工圖作為依據構建計算模型。因總體埋深不大，故主要參考自重應力場。鑒于開挖施工影響與邊界效應，水平方向共取橋梁結構210 m，豎直方向取隧道仰拱底部下方40 m、上方按實際埋深計算。于本計算模型下邊界施加一定豎向約束；兩側邊界施加一定水平約束。結合隧道特征，開展平面應變分析，其圍巖特點按照均質彈塑性進行考慮，二次襯砌選用二維平面單元，初支、墩身、基礎與橋梁均選用梁單元。

根據地質報告與完成施工部分的監測數據確定圍巖力學參數(表1)，以提高0.5～1.0個等級的方式實現深孔注漿與超前小導管圍巖加固。因不同方案對既有橋梁造成的實際影響有差異，故分別對兩工況實施模擬計算(工況1：先淺后深，即先施工左洞后施工右洞；工況2：先深后淺，即先施工右洞后施工左洞)。

表1 圍巖力學參數取值

2 計算結果和處理分析

2.1 沉降

沉降計算結果如圖1所示。4#～6#橋墩范圍內，工況1和工況2沉降曲線相似，地表位移最大值出現在兩洞的拱頂上部，先行洞上部沉陷受后行洞施工影響程度較小；產生沉降現象的主要原因為中導洞施工與兩側弧導洞施工，基本可以形成所有沉降量；5#～6#橋墩范圍內，工況1和工況2沉降量與范圍都比4#～6#橋墩范圍大，要求在此處加密設置沉降觀測點，并在產生沉降的關鍵工序，適當提升沉降監測的頻率。工后最大位移值出現于右洞拱頂的上部，工況1約14.45 mm，工況2為16.54 mm。

圖1 沉降計算結果

2.2 橋墩位移

工況1中，4#～6#橋墩的位移情況如圖2所示。橋墩位移實際分布按照由大及小的順序分別為墩底、墩身和墩頂，因上部結構有很高水平剛度，所以墩頂位移基本等于零，而在樁基帶動下墩底易出現位移，位移量相比最大；水平位移量最大值產生于6#橋墩，為3.91 mm；5#橋墩位移量中等，為2.18 mm；4#橋墩的位移量最小，為1.53 mm；隧道施工時最大水平位移量(5 mm)產生于右洞完成施工的5#橋墩。

由橋墩位移隨施工進行的變化情況可知，橋墩位移增量的最大值基本都發生于兩側弧工序；從圖2(a)中可以看出，該墩位移隨施工進行逐漸增大，同時向右洞方向發展，左洞施工并未對位移造成太大影響；從圖2(b)中可以看出，該墩位移隨施工不斷增大以后，于上斷面完工時保持平穩，而在左洞開始施工后，位移逐漸減小，但始終向右洞方向發展；從圖2(c)中可以看出，右洞施工后該墩僅產生0.70 mm左右的位移，而在開始左洞施工時，該墩位移快速增大，于左洞上斷面施工后達到最大值且保持穩定。由此可見，4#橋墩受左洞施工實際影響比5#橋墩受右洞施工實際影響大，產生這一現象的原因為橋墩在地形偏壓的作用下，容易向順坡方向產生位移。

圖2 工況1橋墩位移

工況1中，4#～6#橋墩的位移情況如圖3所示。橋墩位移分布規律和工況1相同，僅為墩頂不變、墩底最大；工后最大位移量出現于6#橋墩，為4.30 mm，比工況1大；5#橋墩位移接連產生兩次偏轉，表現為先左后右，產生偏轉的主要原因為該墩的墩頂支座出現剪切破壞，加之墩身的內力變化十分復雜，易造成開裂。

圖3 工況2橋墩位移

2.3 橋梁彎矩

工況1彎矩如圖4所述，因墩梁產生位移與變形，使得梁體內力重新分布，右洞完工后，墩梁連接位置負彎矩的最大增量迫近30 kN·m；左洞完工后，跨中正彎矩最大值增加，增量約等于200 kN·m，但其墩梁連接位置負彎矩的最大增量減小。

圖4 工況1彎矩

工況2彎矩如圖5所示，左洞施工后墩梁正彎矩增量為200 kN·m，右洞施工后，墩梁正彎矩的最大值相比于左洞施工后基本一致。墩梁連接位置負彎矩的最大值呈先小后大趨勢，但始終沒有超出初始狀態值。相比工況1，因此方案在開始先行洞施工時就由橋梁承擔附加正彎矩，并且在后行洞開工后此彎矩不會發生變化。

3 總 結

(1)地表沉降及橋墩位移主要受兩側弧導洞與上斷面中導洞施工的影響，需加大一定監測頻率；先行洞上部沉降并未受到后行洞施工較大影響。工況1與工況2的沉降曲線相似，但相比之下，工況2沉降量大于工況1。

圖5 工況2彎矩

(2)橋墩位移實際分布按照由大及小的順序分別為墩底、墩身和墩頂；工后三墩位移最大值均出現于6#橋墩；相對5#橋墩，若采用工況2，橋梁位移會發生由左及右的偏轉，而采用工況1，則只偏向于先行洞；4#橋墩位移受施工的影響最小。在橋墩位移作用下，梁體內力因隧道施工易發生重分布，致使5#～6#橋墩間的墩梁跨中正彎矩增量最大值相對較大。

(3)綜合分析以上因素，建議采用工況1對應的方案。而在施工監控量測過程中，需將5#～6#橋墩間橋梁體視作重點，動態觀測其位移變化，并留意有無裂縫等現象。

[1] 趙永國，邵生俊，韓常領.淺埋、偏壓隧道開挖施工方案的仿真分析[J].巖土力學，2014，(S2):509-513.

[2] 李奎，高波.地鐵隧道下穿小河和橋梁的施工方案研究[J].巖土力學，2014，(5):1509-1516.

U455.4

A

1008-3383(2017)10-0141-02

2017-04-28

朱克常(1977- )， 男， 貴州思南人， 高級工程師，研究方向：隧道工程。