高架橋施工對既有軌道交通結構影響分析

盛 小 龍

(江西省勘察設計研究院，江西 南昌 330200)

0 引言

目前，以地下線、地面線和高架線為主的城市軌道交通是解決大城市交通擁堵的有效手段[1]。但城市軌道交通在發展過程中難免會遇到高架橋與既有城市軌道交通結構相互影響的問題。在施工前，需要對高架橋樁基施工對既有軌道交通結構的影響進行安全評估分析。

徐濤等[2]對緊鄰地鐵隧道的高架橋橋臺樁基施工過程進行數值模擬分析，研究立交橋橋臺樁基施工對已完成初期支護的地鐵區間礦山法隧道初支結構可能產生的影響。徐亞光等[3]以跨地鐵高架橋及城軌鐵路隧道的高速公路橋梁工程為依托，運用數值模擬方法，對橋梁上部結構施工存在的交叉影響進行安全分析。周智海和陳芳[4]以重慶市某上跨既有軌道結構的擬建市政道路工程為背景，對高架橋影響軌道線路區間的最不利斷面進行了軌道結構位移與變形等相關安全影響的計算分析。朱雙廳等[5]通過PLAXIS 3D 三維數值分析，對某連接線道路節點橋墩樁基施工對杭州地鐵1號線車站的影響進行安全評估。榮露和劉金波等[6]依托某鄰近運營地鐵隧道的城市快速路高架橋工程，對高架橋樁基、承臺及上部結構施工對運營地鐵隧道的變形影響進行研究分析。陳德超[7]運用Midas/GTS有限元軟件構建了橋梁與隧道及車站的三維模型，以計算上跨立交施工時，對地下隧道、車站等結構產生的位移變化、彎矩和軸力，從而對施工方法和工序的安全性進行評估。

1 工程概況

海珠灣隧道線路全長4.35 km，北接既有東曉南高架，向南以雙管單層盾構隧道形式下穿珠江瀝滘水道、洛溪島和三枝香水道，繼續以暗埋隧道形式穿過南浦大道后接出地面，接入南段工程。主線采用設計速度60 km/h、雙向六車道的城市主干道建設標準。

項目建設內容包括過江隧道1座、互通立交3處(從北至南依次為南洲路立交、環城高速立交和南浦島立交，分別與南洲路、環城高速和南浦島實現交通轉換)。其中，與地鐵相關段主要包括南洲路立交、環城高速立交以及雨污水管開挖回填等內容。

根據CJJ—T 202—2013城市軌道交通保護技術規程[8]的相關判定標準，結合圖1平面位置關系圖中的不同剖面，擬建工程的外部作業影響等級判定如表1所示。

表1 外部作業影響等級判定匯總表

綜上，海珠灣隧道工程的外部作業等級判定為特級。根據規定，當外部作業影響等級為特級時，施工前應進行安全評估。

2 工程地質與水文地質條件

4)殘積層(Qel)。⑤1可塑粉質黏土：可塑；⑤2硬塑粉質黏土：硬塑。

5)巖石全風化帶。⑥1泥質粉砂巖：巖芯呈堅硬土狀，遇水易軟化。

6)巖石強風化帶。⑦1A泥質粉砂巖：巖芯多呈堅硬土柱狀，遇水易軟化；⑦1B泥質粉砂巖：巖芯呈短柱狀、扁柱狀，夾碎塊狀；⑦3A粉砂巖：巖芯多呈堅硬土柱狀，局部夾半巖半土狀；⑦3B粉砂巖：巖芯多呈碎塊狀、扁柱狀，風化不均，局部夾中風化巖芯。

7)巖石中風化帶。⑧1泥質粉砂巖：粉砂質結構，中厚層狀構造，巖石裂隙稍發育，巖芯多呈柱狀；⑧3粉砂巖：粉砂質結構，薄層狀、中厚層狀構造，裂隙稍發育。

場地地勢低平，為地表水及地下水逕流排泄區，場區的地下水類型主要有上層滯水、第四系砂層孔隙潛水及基巖孔隙裂隙承壓水。

3 三維數值模擬分析

3.1 計算模型及參數選取

目前，在評估外部作業對既有地下結構的安全影響時，常用的方法主要還是利用數值分析軟件。通過建立數值仿真模型進行計算分析，從而判斷外部作業施工是否會對既有軌道交通結構的安全運營造成威脅。

模型側重于分析既有軌道交通結構在外部作業影響下的位移和內力變化，采用三維有限元模型建模模擬，模型如圖2,圖3所示。

計算模擬過程為：地應力平衡→地鐵結構開挖及支護→位移清零→高架施工→開放路面交通。

土體本構模型采用修正Mohr-Coulomb模型，根據詳勘報告所提供的參數取值。既有地鐵結構分別采用梁單元和板單元模擬，材料參數取值如表2所示。

表2 數值模擬計算參數表

3.2 計算結果分析

擬建工程多個斷面外部作業影響等級為特級，需要對地鐵車站主體結構、附屬結構、軌道區間結構進行數值模擬分析。計算工作量大，在此僅列出地鐵車站結構及區間結構中計算結果最大的項目，模型計算豎向位移云圖如圖4，圖5所示。根據模型計算得到的內力結果，結合結構配筋資料，得到既有地鐵結構位移及內力計算結果最大值見表3。

表3 既有地鐵結構位移及內力計算結果最大值匯總表

計算結果顯示，在高架施工過程中，既有地鐵結構的變形值較小，變形值均小于10 mm，滿足變形控制要求。

施工過程中，既有車站結構(明挖部分)產生的最大裂縫值為0.09 mm<0.2 mm；既有車站結構(暗挖部分)產生的最大裂縫值為0.06 mm<0.2 mm；既有區間結構(盾構部分)產生的最大裂縫值為0.16 mm<0.2 mm；既有區間結構(礦山部分)產生的最大裂縫值為0.10 mm<0.2 mm；既有區間結構(明挖部分)產生的最大裂縫值為0.07 mm<0.2 mm；均滿足裂縫控制指標要求。

4 結語

1)安全評估計算結果顯示，擬建工程施工過程中所引起的既有地鐵結構的變形及裂縫滿足控制指標要求。

2)施工前，必須對隧道位置進行現場復測，地面放樣并做好明顯標識，確?，F場實際施工時樁基與隧道準確的相對位置。在信息化指導施工過程中，隧道內部必須采用自動化監測設備，并根據施工區域及施工進度適時調整監測頻率，及時獲取變形數據，以反饋指導施工。

3)應充分考慮樁基施工對鄰近地鐵隧道結構的影響，優化施工工序，避開列車運營時間，合理選擇保護措施。針對樁基與隧道結構凈距不足3 m的區域，建議在樁基施工前先試樁，優化施工機械設備、泥漿配比參數、施工擾動等因素。非原位試驗時，在對應參照距離位置布置測斜孔等監測措施，以監測數據反分析指導施工，為后續原位施工明確各項施工參數。