管線基坑穿越地鐵高架區(qū)間橋梁變形規(guī)律研究

孫萍萍

(中鐵四局集團第三建設有限公司，天津 300163)

0 引言

隨著城市軌道交通的持續(xù)發(fā)展，地下空間如何有效利用變成了重視的問題之一。受規(guī)劃和工程地質(zhì)等因素的影響，新建工程將會不可避免的對既有軌道交通的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動，如何保證既有結(jié)構(gòu)的安全將是工程施工的關(guān)鍵。

1 工程概況

1.1 新建工程概況

某城市道路規(guī)劃為城市主干路，設計行車速度60 km/h。其北段已于2018年建成通車。在設計終點附近下穿某城市軌道交通既有線，形成鐵路立交，由于道路低點的雨水不能自流排除，每年汛期大雨時均易出現(xiàn)積水情況，急需建設一座雨水泵站。

1.2 既有地鐵現(xiàn)狀

該既有軌道交通線為雙線中低速磁浮，雙線間距4.6 m，設計速度100 km/h，軌道屬于中低速F軌。

工程影響段為高架橋區(qū)間，橋梁位于直線上，本聯(lián)橋跨布置為(23.6+39.2+23.6)m，4個橋墩分別為71號～74號橋墩(見圖1)。橋梁上部結(jié)構(gòu)為預應力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩，矩形實體墩臺。

本項目穿越本聯(lián)中跨橋梁，鄰近橋墩為72號和73號橋墩。72號和73號橋墩基礎為承臺和群樁基礎，承臺均埋深2 m，樁基類型均為摩擦樁，樁長為17 m。其中72號橋墩承臺下設置6根樁基，73號橋墩承臺下設置9根樁基[1-3]。

1.3 新建工程與既有地鐵位置關(guān)系

自北向南沿該道路主路新建D=2 000 mm雨水管道，開槽深度約3.8 m，基槽開挖上口距西側(cè)橋墩水平距離約7.3 m，距東側(cè)橋墩水平距離約21.5 m。基槽開挖下口線距離樁基礎最小距離為7.78 m(見圖2)[4]。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

本工程巖土工程勘察期間實測的鉆孔孔口處地面標高為80.73 m～81.05 m。根據(jù)對現(xiàn)場鉆探、原位測試與室內(nèi)土工試驗成果的綜合分析，將本工程巖土工程勘察勘探深度范圍內(nèi)(最深30.00 m)的地層，按成因類型、沉積年代劃分為人工堆積層、新近沉積層及第四紀沉積層三大類，并根據(jù)各地層巖性及工程性質(zhì)指標劃分為5個大層及其亞層，具體分述如表1所示。

表1 主要地層情況

3 基坑開挖對高架橋的影響

高架橋梁附近的基坑工程施工時，對鄰近橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是基坑開挖深度、與橋梁結(jié)構(gòu)的距離和橋梁樁基的剛度。基坑工程在施工前土層整體處于穩(wěn)定的狀態(tài)，對于橋梁樁基來說提供穩(wěn)定的側(cè)摩阻力。當進行土方開挖時，橋梁樁基臨近基坑的一側(cè)和另一側(cè)的土體產(chǎn)生不平衡的土壓力，對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變形，對橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。

對于地鐵高架橋梁來說，基礎不均勻沉降將對上部結(jié)構(gòu)造成不良的影響，對于上部結(jié)構(gòu)連續(xù)的橋梁，容易產(chǎn)生較大的應力。

4 施工監(jiān)測

4.1 監(jiān)測方案

監(jiān)測范圍內(nèi)共涉及4個單柱墩，對于橋墩豎向變形監(jiān)測，每個墩柱布設1個測點，共布設4個墩柱豎向變形測點。對于水平變形監(jiān)測，每個橋墩布設順橋向和橫橋向2組測點，每組2個，共16個測點。

4.2 監(jiān)測頻率

監(jiān)測頻率在施工期，每晚列車停運后監(jiān)測1次；施工期結(jié)束1個月內(nèi)，7 d監(jiān)測1次；施工期結(jié)束2個月～13個月，1個月監(jiān)測一次。

4.3 橋梁變形情況

監(jiān)測點S1QDJC01～S1QDJC04分別對應71號～74號橋墩，監(jiān)測周期內(nèi)其豎向位移值如圖3所示。其中正值表示為上升，負值表示為下降。從圖3結(jié)果可以看出與基坑較近的72號和73號橋墩在第4天和第5天均出現(xiàn)不同情況的上浮變形，對應的豎向位移分別為0.19 mm和0.24 mm，對應土方開挖的施工階段，導致樁基周圍部分土體土壓力發(fā)生變化，導致土體變形，進而造成橋梁墩柱的不均勻沉降。在基坑土方開挖期間內(nèi)，墩柱的豎向變形出現(xiàn)了不同程度的上浮變形，而在基坑內(nèi)管線施工及后續(xù)的施工回填過程中，墩柱開始發(fā)生不同程度的沉降變形，在回填夯實期間沉降達到最大，約為0.55 mm，后續(xù)變形逐漸穩(wěn)定，72號和73號橋墩保持在0.4 mm左右[5-6]。

橋梁水平位移監(jiān)測結(jié)果見圖4～圖7，監(jiān)測點S1QDJW71-01～S1QDJW71-04對應71號橋墩4個不同的水平位移監(jiān)測點，同理S1QDJW72～S1QDJW74分別對應其余3個橋墩的水平位移監(jiān)測點，從圖4～圖7可以看出橋墩最大水平變形約為0.3 mm，最大水平位移量位于73號橋墩，變形方向為順橋向，即向基坑方向變形[7]。

5 數(shù)值模擬情況

5.1 模型建立

模型選取影響范圍內(nèi)3跨高架橋梁結(jié)構(gòu)，建立橋梁下部結(jié)構(gòu)和基礎與土體模型，地下土體采用實體單元，對于不同土層分別采用不同的材料力學參數(shù)進行模擬，同時按照最不利的情況及一次整體開挖的情況進行施工步序的模擬(見圖8)。

5.2 數(shù)值模擬結(jié)果

根據(jù)計算模型結(jié)果可知，管線基坑開挖完成后，既有地鐵線高架橋結(jié)構(gòu)豎向最大變形值為0.39 mm，屬于上浮變形，發(fā)生在臨近管線基坑側(cè)的橋梁墩臺處，即73號橋墩(如圖9所示)；橫橋向水平最大變形值為0.31 mm，順橋向水平變形最大值為0.16 mm，變形方向均為偏向管線基坑側(cè)，同時也發(fā)生在臨近管線基坑的橋梁墩臺處，即72號和73號橋墩(如圖10,圖11所示)。

5.3 模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果對比

根據(jù)實際監(jiān)測結(jié)果，橋墩在基坑開挖施工過程中，最大位移預警值為0.7 mm，在實際監(jiān)測過程中均小于預警值。對于豎向變形值數(shù)值模擬結(jié)果略大于實際監(jiān)測結(jié)果，原因可能是在施工過程中對由于施工機械的問題導致豎向上浮變形偏小。而水平變形情況與數(shù)值模擬結(jié)果較為吻合[8-10]。

6 結(jié)論

對于本項目中的三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，基礎的不均勻變形

更容易造成上部結(jié)構(gòu)的應力變化，進而引起上部結(jié)構(gòu)的病害。同時在對于橋梁安全性影響分析時，需進一步根據(jù)下部水平及豎向變形的結(jié)果，對橋梁上部結(jié)構(gòu)的可靠性進行驗算。本次通過實際監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬進行對比，可以為其他項目提供一定的參考。