新建橋梁樁基對既有隧道的影響分析

冼長策 劉斌

（1.云南交通咨詢有限公司，云南 昆明 650000；2.云南交通職業技術學院勘察設計研究院，云南 昆明 650501）

隨著城市經濟快速發展，城市建設基礎設計逐漸完善。為滿足城市日益增長的交通運輸需求，需要設計部分道路的交通分流改造。但因城市地下隧道、管線錯綜復雜，可能會出現新建橋梁跨越既有隧道的情況。若盲目增大橋梁跨徑、樁長，不僅會增加橋梁的工程造價，而且將導致橋跨比不協調，影響城市橋梁景觀效果。

本文以某橋梁上跨既有隧道為例，分析新建橋梁樁基施工及建成后對既有隧道的影響。同時，根據不同樁—隧道凈距及樁底標高下隧道變形的大小程度，得出安全且經濟的樁—隧道凈距及樁底標高。

一、項目概況

該項目為節點改造工程，節點現狀為平交口，擬改建為互通式立交，形式為主線上跨簡易菱形立交。主要結構物為一座總寬18.4m、長237m的預應力混凝土連續梁橋及若干段擋墻。

既有隧道以“西北—東南向”斜下穿改造設計節點，其自南向北與節點主線呈約38°夾角。

根據隧道有關資料，隧道襯砌結構按新奧法原理設計，采用復合式襯砌結構，鉆爆法施工。既有隧道位于Ⅳ圍巖淺埋段，隧道寬12.06m，高8.74m，矢跨比1:1.38，隧道拱頂埋深約18.5m，隧道斷面尺寸如圖1所示。

圖1 隧道斷面圖

二、既有隧道場區周圍地質情況

第四系全新統（Q4ml）雜填土：僅局部少量分布，主要分布在民房建筑一帶，物質差異性較大，結構松散～稍密，堆積年限約5年～15年不等，厚1.50m～1.70m。

第四系全新統（Q4el+dl）粉質黏土：呈褐紫紅色，可～塑狀，土芯切面光滑度一般，手拍切面無水印，因一般含粉粒物質，黏性一般，搓成細長土條較難，韌性中等，干強度中等，厚0.60m～9.90m。

第四系全新統（Q4col+dl）碎塊石土：物質成份為碎塊石夾黏性土、粉土質砂，碎塊石母巖以砂巖為主，少量為泥巖，直徑4cm～55cm，含量55%～70%，細粒成份為粉質黏土、粉砂等，厚度1.5m～9.3m。

侏羅系中統沙溪廟組巖層（J2x）：

泥巖：紫紅色，主要成分為黏土礦物，含砂質，泥質結構，中～厚層狀構造，強風化帶厚0.40m～9.70m。

砂巖：褐黃色，褐灰色，青灰色，成分以長石、石英為主，細～中粒結構，泥質膠結，厚層～巨厚層狀構造，強風化帶厚0.40m～9.80m。

三、有限元模型建立及分析

借助Midas GTS軟件，橋墩樁基礎、隧道結構采用線彈性模型，巖土參數采用摩爾—庫倫模型。

施工階段模擬依次包括初始應力狀態計算，位移清零、應力計算；施工軌道結構；位移清零、應力計算；橋梁樁基的施工，以及位移計算和應力計算；橋梁上部荷載施加，以及位移計算和應力計算。

四、有限元結果分析

（一）樁—隧道凈距=4.5m

樁基施工完成時隧道結構最大豎向變形為0.025mm，位于隧道結構左側拱肩；最大橫向變形為0.005mm，位于隧道結構中隔墻上部。采用隧道仰拱反映隧道梁豎向變形，仰拱最大豎向變形為0.01mm。

擬建項目建設完成后隧道結構最大豎向變形為2.9mm，位于隧道結構左側拱肩；最大橫向變形為0.6mm，位于隧道結構中隔墻上部。采用隧道仰拱反映隧道梁豎向變形，仰拱最大豎向變形為0.8mm。

項目建設完成后，依據計算結果可知，隧道所處地層無較大塑性變形擴展，可認為擬建項目建設不降低隧道結構所處地層地基承載力。

（二）樁—隧道凈距=10m

當樁—隧道凈距為10m時，因凈距變大，使橋梁結構跨徑增大，需增加樁基以確保橋梁結構穩定。

樁基施工完成時隧道結構最大豎向變形為0.01mm，位于隧道結構臨近擬建橋樁側邊墻；最大橫向變形為0.01mm，位于隧道結構臨近擬建橋樁側拱頂。采用隧道仰拱反映隧道梁豎向變形，仰拱最大豎向變形為0.01mm。

擬建項目建設完成后隧道結構最大豎向變形為0.39mm，位于隧道結構臨近擬建橋樁側拱肩；最大橫向變形為0.1mm，位于隧道結構臨近擬建橋樁側拱肩。采用隧道仰拱反映隧道梁豎向變形，仰拱最大豎向變形為0.3mm。

項目建設完成后，依據計算結果可知，隧道所處地層無較大塑性變形擴展，可認為擬建項目建設不降低隧道結構所處地層地基承載力。

通過以上分析可知，當樁—隧道凈距為4.5m、10m時，項目施工及建成后，其對既有隧道的影響差距較小，且引起隧道結構變形均小于10mm，隧道仰拱變形均小于4mm，滿足相關規范對隧道變形的要求，隧道結構所處地層地基承載力也能夠滿足要求。

因此，對于跨既有隧道橋梁工程，橋梁樁基距既有隧道的安全距離為4.5m時，其對隧道產生的變形影響可滿足規范要求，工程設計不應盲目增大橋梁跨徑，增加工程投資。

（三）樁底標高位于隧道拱頂附近

當樁—隧道凈距為10m、樁底標高位于隧道頂板附近時，經計算，擬建項目樁基施工完成時隧道結構最大豎向變形為0.02mm，位于隧道結構臨近擬建橋樁側邊墻；最大橫向變形為0.01mm，位于隧道結構臨近擬建橋樁側拱頂。采用隧道仰拱反映隧道梁豎向變形，仰拱最大豎向變形為0.02mm。

擬建項目建設完成后隧道結構最大豎向變形為0.43mm，位于隧道結構臨近擬建橋樁側拱肩；最大橫向變形為0.15mm，位于隧道結構臨近擬建橋樁側拱肩。采用隧道仰拱反映隧道梁豎向變形，仰拱最大豎向變形為0.37mm。

擬建橋梁建設完成后，由計算結果可知，隧道所處地層無較大塑性變形擴展，可認為擬建項目建設不降低隧道結構所處地層地基承載力。

通過以上分析可知，當新建橋梁樁底標高位于隧道拱頂附近時，項目建設及建成使用所引起隧道結構變形均小于10mm，隧道仰拱變形均小于4mm，滿足相關規范對隧道的變形要求，隧道結構所處地層地基承載力也能夠滿足要求。

因此，對于類似工程設計，當樁-隧道凈距大于10m時，樁底標高宜位于隧道拱頂附近，不應盲目增大樁長。

五、結語

當樁—隧道凈距為4.5m，樁基施工對既有軌道產生的最大豎向變形為0.025mm、最大橫向變形為0.005mm，仰拱最大豎向變形為0.01mm，其對隧道產生的變形影響可滿足規范要求，不應盲目增大安全凈距。

當樁—隧道凈距為10m，樁底標高位于隧道頂板附近時，樁基施工對既有軌道產生的最大豎向變形為0.02mm、最大橫向變形為0.01mm，仰拱最大豎向變形為0.02mm，其對隧道產生的變形影響可滿足規范要求，不應盲目增大樁長。

樁基施工對既有隧道產生的影響與項目建成通車就對隧道產生的影響相差不大，類似案例分析時應以樁基施工影響分析為主。