橋梁改造施工對既有盾構區間結構影響分析

馬耀仁， 惠弘煜， 崔延恒， 張海莉

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，江蘇 無錫 214000）

隨著城市化進程加快，為滿足人們日益增長的交通出行需求，結合城市建設改造既有建構筑物已成為一種必然[1]，城市地鐵工程大量興建，已有建構筑物改造施工必將對鄰近地鐵車站或隧道結構造成一定影響。改造工程施工會引起鄰近地層的變形，影響既有車站或盾構區間的安全，因此在改建工程施工前，應正確預測和掌握改造工程施工對既有車站或盾構區間可能造成的不利影響，為完善改造施工提供必要的技術支持和參考[2]。

本文以無錫市長江路一號橋改造工程為背景，分析橋梁改造施工對無錫地鐵3 號線永樂東路—金海里盾構區間結構安全的影響。

1 工程概況

長江路一號橋改造工程南北走向，全長約220 m，道路寬34.5 m，為城市主干路，上跨地鐵3號線永樂東路—金海里區間，橋梁改造基坑分兩期實施，基坑深度約3.97 m。該橋斜交角度為37°，為單跨簡支板梁，橋梁總長23.06 m，總寬34.5 m，樁基礎。見圖1。

長江路一號橋北側基坑深度約4.75 m，南側基坑深約5.3 m，施工主要采用放坡開挖的支護方式，坡比為1∶0.5，坡面采用10 cm 厚噴射混凝土+8 mm@20 mm雙向鋼筋網片護坡。

圖1 一號橋與區間隧道位置關系

工程沿線整體地勢較平坦，場地區域為長江三角洲太湖沖湖積平原，影響范圍內各土層工程性質見表1。

表1 主要土層物理力學參數

2 一號橋改造對隧道結構的影響分析

2.1 計算模型

采用大型有限元軟件MIDAS GTS NX建立三維有限元模型，模擬一號橋基坑開挖過程對地鐵3 號線隧道結構的影響，建模時，橋梁承臺及橋背擋墻采用板單元，蓋梁、橋墩采用1D 梁單元，樁基采用植入式1D梁單元，土體采用實體單元，地面超載取20 kPa，建筑物荷載按實際考慮[3～4]。見圖 2。

圖2 計算模型

根據工程資料，一號橋上部結構總荷載約為15 680 kN，改建前后基本一致，北端頭為單排1 200 mm 樁基礎，樁長 21.5 m，南端頭為雙排1 200 mm 樁基礎，樁長38 m。由于一號橋與地鐵雙線盾構隧道距離較近，老橋拆除及新橋施工荷載均較大，為地鐵特別保護區內施工的高風險項目，受交通限制，本項目施工需分東西側二期實施，先西后東。本次計算根據東半幅施工方案分2種工況進行核算：

1）工況一，東半幅橋梁南北端頭分期實施；

2）工況二，東半幅橋梁南北端頭東西側分期實施。

2.2 計算結果分析

由于篇幅有限，僅分析距離較近的右線隧道。

1）工況一條件下隧道位移見表2。

表2 工況一隧道位移 mm

由表2可知，如采用先西后東，橋梁南北端頭分期實施的方案，則一號橋西側半幅建設過程引起地鐵區間隧道結構最大水平位移為-1.73 mm，最大豎向位移為2.12 mm，最大總位移為2.14 mm。東側半幅施工過程引起地鐵區間隧道結構累計最大水平位移為1.46 mm，累計最大豎向位移為7.57 mm，累計最大總位移為7.71 mm。

在一號橋建設過程中，地鐵隧道豎向位移主要表現為隆起，東側橋梁范圍內南端頭附近變形最為明顯，向兩側方向變形量銳減。施工前，一號橋改造工程施工位置處左右線盾構管片頂部附近所處地層應力分別為199.85、204.99 kPa，實施完成后，左右線地層應力值分別減小為195.59、202.55 kPa，分別較初始狀態分別減小了2.15%、1.22%，經核算，現狀中埋管片配筋可滿足受力要求。

3）工況二條件下隧道位移見表3。

由表3可知，如采用先西后東，橋梁南北端頭東西半幅分期實施分期實施的方案，東側半幅施工過程引起地鐵區間隧道結構累計最大水平位移為1.63 mm，累計最大豎向位移為5.79 mm，累計最大總位移為5.87 mm，滿足隧道變形保護控制標準，在一號橋建設過程中，地鐵隧道豎向位移主要表現為隆起，東側橋梁范圍內南端頭附近變形最為明顯，向兩側方向變形量銳減。

施工前，一號橋改造工程施工位置處左右線盾構管片頂部附近所處地層應力分別為220.34、209.88 kPa，實施完成后，左右線地層應力值分別減小為211.60、207.39 kPa，分別較初始狀態分別減小了3.95%和1.20%，經核算，現狀中埋管片配筋可滿足受力要求。

3 結論與建議

1）采用“東半幅橋梁南北端頭分期實施”的方案，對控制地鐵隧道變形有一定效果，但已接近控制值；如采用“東半幅橋梁南北端頭東西側分期實施”的方案，可滿足地鐵保護變形控制標準。因此，建議一號橋項目采用“東半幅橋梁南北端頭東西側分期實施”的方案。

2）鄰近地鐵結構的橋梁施工，施工過程中應嚴格限定施工工序，嚴格控制單次荷載變化（含拆除卸載及回筑加載等），盡量分區、分塊實施采用分區、分塊實施的方案，對控制地鐵隧道變形有一定有利效果。

3）橋梁改造施工應在監測的指導下進行，若監測結果異常或有異常變形趨勢，應立即停止并采取應急措施。

4）對于大跨度預制箱梁總體荷載較大，箱梁安裝應分批、多次進行，以減小施工過程對臨近地鐵結構的影響。