新建橋梁施工對鄰近地鐵區(qū)間隧道的影響研究

朱燦群

廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司 廣東 廣州 510000

1 項目概況

短咀里湖橋改造工程位于武漢市東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)與鄂州市葛店經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)快速聯(lián)系的交通軸高新大道短咀里湖橋。

按照高新大道線路整體規(guī)劃，主體橋梁的起點樁號是K0+000.000，終點樁號是K0+929.060，橋梁總長是929.06m，其中主橋長是180m，引橋長是749.06m，標(biāo)準(zhǔn)段橋面凈寬是42m。道路級別為城市主干道，設(shè)計速度為60km/h。

以下是此次改造工程新建橋梁施工方案：

場地施工道路修建。在現(xiàn)有路面上部墊高2m，作為施工路段，道路路堤坡腳線與11號線右線區(qū)間隧道的最短凈間距為1.45m。

橋樁、承臺以及橋墩施工。在承臺挖4m深的基坑，圍護使用拉森Ⅳ型的鋼板樁，其樁長為9m，拉森鋼板樁與11號右線區(qū)間的橫向間距為5m～9.72m，垂直間距為7.156m～9.096m。新建橋樁的直徑為1m～1.3m，樁長為30m～55m，橋樁與11號線右線區(qū)間的橫向間距為7.58m～11.95m。

圖1 橋樁及承臺施工示意圖

搭建臨時支撐架，拱肋吊裝施工。裝置臨時支架使用的是350t履帶吊裝拱肋。考慮到吊車滿載，吊車的總重量約為600t。

在完成斜跨拱塔安裝后，對剩余的臨時支架，以及施工剩余的主墩、主梁進行安裝。考慮到汽車吊的滿載是300t，主梁使用的是350t的汽車吊。

由固結(jié)墩按順序從兩端分別吊裝施工主梁，直到橋梁施工完畢，清理施工路面，還原地面[1]。

2 主要地質(zhì)參數(shù)

表1 橋位區(qū)土的物理力學(xué)指標(biāo)建議值表

3 影響分析

3.1 荷載結(jié)構(gòu)

在橋梁施工期間，對影響區(qū)間隧道受力的情況進行分析，也就是橋梁拱肋吊裝的過程。此過程使用的是350t的履帶吊車，吊車吊裝拱肋的位置是在區(qū)間右線YDK60+860～YDK60+930處，區(qū)間深度約為12.8m，吊車平面規(guī)格為8.5m*10m。

圖2 拱肋吊裝施工荷載布置圖

在橋梁的建設(shè)過程中，區(qū)間側(cè)面的附加荷載是157.5KPa，通過Boussinesq解積分，使用角點法可以得到區(qū)間頂部的豎向附加荷載[2]。區(qū)間計算使用的是水土合算，垂直土壓力根據(jù)太沙基土壓力理論，通過全面對比，取全覆土進行計算分析。

圖3 荷載計算圖

11號線左葛區(qū)間外徑6.2m，管片厚度0.35m，管片混凝土采用C50，混凝土管片剛度折減系數(shù)取值0.75。采用MIDAS GTS NX建立荷載結(jié)構(gòu)模型計算分析。

根據(jù)11號線左葛區(qū)間施工圖，區(qū)間管片外側(cè)配筋采用12E16，內(nèi)側(cè)配筋采用10E18。考慮彎矩增大系數(shù)0.3，區(qū)間管片寬度為1500mm，內(nèi)力計算結(jié)果如下表：

表2 區(qū)間內(nèi)力計算結(jié)果

3.2 數(shù)值模擬分析

根據(jù)軌道交通11號線區(qū)間隧道與新建橋梁空間位置關(guān)系，建立三維有限元計算模型。

圖4 三維數(shù)值模型

根據(jù)實際工程的施工工序?qū)τ嬎氵^程進行了一定的簡化，介紹計算的模擬過程如下：

(1) 邊界條件和初始條件：模型的四周、底部邊界為法向約束，圍巖地層首先達到初始應(yīng)力平衡狀態(tài)。

(2) 現(xiàn)狀短咀里湖橋施工，模型位移清零。

(3) 盾構(gòu)隧道開挖，沿著其軸線方向推進，每步開挖后，立即對模型進行求解，使其處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，然后分段施加盾構(gòu)管片。模型位移清零。

(4) 模型位移清零。

(5) 根據(jù)施工工序圖，施工便道施作，填土厚度兩米。

(6) 新建橋梁橋樁施工。

(7) 橋梁承臺基坑開挖。

(8) 承臺及橋墩澆筑，拱肋吊裝施工，施加吊裝荷載97.5kPa。

(9) 移除吊裝荷載，主梁吊裝施工，施加施工荷載48.75kPa。

(10) 移除施工荷載，橋梁施工完成。

上述模擬計算的區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力情況，具體如下表所示：通過上述計算分析，可以得出如下主要結(jié)論：

表4 有限元分析-區(qū)間結(jié)構(gòu)位移計算結(jié)果

表5 荷載結(jié)構(gòu)法-拱肋吊裝階段區(qū)間內(nèi)力計算結(jié)果

表6 荷載結(jié)構(gòu)法-拱肋吊裝階段區(qū)間配筋驗算表

(1) 新建短咀里湖橋梁施工過程中，區(qū)間隧道受力最不利工況為橋梁拱肋吊裝階段。經(jīng)驗算，管片裂縫寬度內(nèi)側(cè)為0.185mm，外側(cè)為0.076mm。在橋梁施工過程中現(xiàn)有管片配筋能滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)等情況下受力要求。

(2) 新建短咀里湖橋梁施工過程中，軌道交通11號線左葛區(qū)間的最大水平變形為1.118mm，最大豎向位移為4.597mm，區(qū)間變形量滿足相應(yīng)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 主要施工要求

(1) 根據(jù)短咀里湖橋改造工程詳勘報告，孔隙承壓水賦存于（11-1）粉土層，承臺基坑主要位于淤泥及粘土等隔水層中，局部基坑底距離粉土層較近，建議采取封底加固措施，確保基坑開挖及地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全[3]。

(2) 現(xiàn)有施工方案中橋梁施工便道距離11號線區(qū)間隧道最小水平距離為1.45m，建議優(yōu)化施工組織方案，調(diào)整施工便道位置至隧道結(jié)構(gòu)邊線外5m。

(3) 橋梁拱肋吊裝施工采用350t履帶吊，滿載重量為600t，建議優(yōu)化調(diào)整拱肋吊裝施工方案，增加起吊次數(shù)，減小單次起吊載荷[4]。

4 應(yīng)急預(yù)案

4.1 橋梁施工應(yīng)急預(yù)案

在橋梁實施期間，下部地鐵隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯位移或變形，如果超出了監(jiān)控警告的范圍，就必須馬上中止工程，并在相關(guān)地區(qū)盡快進行拆除[5]。

如遇不可抗力、地質(zhì)條件變化、建設(shè)等原因，發(fā)生危險情況，必須立即采取措施，排除危險。

4.2 軌道交通11號線區(qū)間隧道應(yīng)急預(yù)案

建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位等與軌道交通11號線運營單位及其相關(guān)單位保持良好交流。

在橋梁建設(shè)前，應(yīng)根據(jù)評估結(jié)果在隧道內(nèi)布置沉降點和收斂點，并對其進行監(jiān)控。

5 結(jié)論分析

(1) 此評估報告的計算是根據(jù)下列條件進行的：施工便道高度為2m、施工便道與隧道之間的最小橫向間距是1.45m、施工期間對地面額外的橫向超載是157.5KPa。如果最后的實施方案或項目邊界條件改變，則需再次進行評估[6]。

(2) 目前的施工方案中，橋梁施工便道與11號線區(qū)間隧道之間的最小橫向間距為1.45m，應(yīng)改善施工組織方案，并將施工便道移至隧道結(jié)構(gòu)邊線外5m處。

(3) 在橋梁建設(shè)之前，可根據(jù)軌道11號線區(qū)間管片變形情況，對區(qū)間采用鋼管片進行加固處理。

6 結(jié)束語

綜上所述，在臨近地鐵區(qū)間隧道周邊開展橋梁施工的過程中，施工單位要根據(jù)實際情況，結(jié)合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定施工標(biāo)準(zhǔn)，充分分析哪些施工內(nèi)容會對隧道產(chǎn)生影響。施工單位根據(jù)可能影響的內(nèi)容完善施工要求，合理設(shè)計應(yīng)急預(yù)案，從不同角度保障隧道使用安全。