城市暗挖隧道对下穿高架桥桩的变形分析--中国期刊网

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城市暗挖隧道对下穿高架桥桩的变形分析

发表时间：2020/11/5 来源：《基层建设》2020年第21期作者：文涛丁兴秦晓升李攀付林芳

[导读] 摘要：随着城市化的加速，势必导致交通流量随之加大，现有的路面交通已远远无法满足需求，从而人们将目光瞄准了城市隧道的开发与应用。

        中国建筑第四工程局有限公司龙城广场市政项目部广东深圳 518000
        摘要：随着城市化的加速，势必导致交通流量随之加大，现有的路面交通已远远无法满足需求，从而人们将目光瞄准了城市隧道的开发与应用。城市隧道的建设需对周边环境以及既有建（构）筑物、交通枢纽功能的影响严格控制。在本文中，针对深圳龙城广场市政隧道项目下穿深圳地铁3号线高架桥桩，我们通过建立相应的模型，进行数值模拟并计算分析高架桥桩的变形，采取相应的措施，以保证施工顺利，为类似的工程提供参考。
        关键词：城市隧道；暗挖法；下穿城市高架桥；变形分析
        1.工程概况
        龙城广场市政工程-下穿龙岗大道隧道位于万科“三馆一城”南侧，现状龙岗大道与龙城大道交叉口西侧，隧道下穿深圳地铁3号线吉祥-龙城广场高架区间。高架桥上部为连续梁结构，下部基础为端承桩，桩径1.2米，桩长约25米。下穿地铁高架桥桩段采用暗挖法施工，暗挖段先进行超前支护包括大管棚支护以及超前小导管施工，再通过全断面注浆加固圈形成截水帷幕后进行开挖，每开挖0.5m后立即安装型钢并喷射混凝土形成初期支护、待初期支护全部完成洞通后进行二次衬砌结构施工。该区域暗挖段基坑深度为5-10米，且暗挖段下穿段开挖轮廓与地铁高架桥桩最小距离为5.9米。该段地质自上而下主要为素填土、粉质粘土、砾砂、含碎石性黏土，微风化大理岩，隧道洞身大部分处在粉质粘土以及砾砂层，地下水位在砾砂层下方，隧道施工期间，管棚施工、暗挖土方开挖等会造成土压力以及水压力的变化，有可能出现涌水涌砂，使既有深圳地铁3号线高架桥桩结构产生扰动，桥桩可能会产生侧移，桥梁可能会发生变形，从而对深圳地铁3号线高架桥桩的保护是一项极其重要的工作。
        2.研究思路
        （1）分别建立桥梁整体模型以及隧道开挖模型，将桥梁上部结构反力施加在隧道模型中；
        （2）建立隧道开挖模型，对施工参数进行分析，计算开挖引起的地面沉降、拱顶沉降、底板回弹等结果；计算开挖引起的桥梁桩基沉降及附加变形及内力；由于B匝道距离桩基更近（5.9m），且两隧道及上跨桥梁的结构基本相同，因此选择B匝道建立开挖模型，为了偏于安全，建模时取隧道两侧距离桩基为5m和9m；
        （3）将隧道开挖引起的桩基沉降及附加内力施加到桥梁整体模型中，计算桥梁受隧道施工的影响。
        3.建立数值模型
        3.1桥梁模型
        桥梁整体模型利用Midas Civil建立，通过m法对桩基进行约束；
        计算桥梁支座反力时需要考虑：自重、二期铺装、预应力与列车荷载、支座摩阻力；
        验算桥梁结构受力时需要再考虑：温度荷载、基础沉降与列车制动力
        3.2隧道模型
        利用Midas GTS NX建立三维隧道开挖模型的，模型水平方向总长120m，宽30m，高35m，隧道开挖区宽度为9m，高为6m，埋深仅有4m。
        超前加固中管棚和小导管注浆，在计算时将其简化拱形加固圈，模拟时利用改变加固圈土体参数来实现。
        3.3侧穿模型、开挖区与桥桩位置关系模型
        隧道开挖区距离两侧相邻的桥桩距离分别为5米和9米，桥墩的高度为10米。桥桩为端承桩，桩长为25米。桩直径1.2米。
        3.4土体及结构的力学参数如下表

表1土体参数表

        表2结构力学参数表
        3.5开挖工法模型
        本项目采用多导洞上下台阶预留核心土的方法进行开挖，上下台阶长度为5米，相临洞室滞后间距10米，每循环开挖长度取1m。
        4.数值模型计算结果分析
        模型首先进行初始地应力分析，并模拟桥梁的成桥过程对地应力的影响，保留初始应力场，同时进行位移清零，作为隧道开挖分析的初始状态。
        （3）地表沉降分析
        计算结果显示：
        ①地表沉降量将随着距离隧道中心线距离的变大而变小，隧道开挖引起的地表最大沉降量发生在拱顶处约21.6mm。
        ②地表沉降受到隧道开挖的影响范围约为±20m，超出这个范围后影响极小。
        （4）拱顶沉降分析
        计算结果显示：
        ①隧道开挖引起的拱顶最大沉降量发生中线偏右，约为23.3mm。
        ②沉降量由中线向两侧依次递减，拱顶两端的沉降量约为5.5mm。
        （5）底板隆起分析
        计算结果显示：
        ①隧道开挖引起的底板最大隆起量发生在拱底中线附近，最大值约为25mm。
        ②隆起量由中心向两侧递减，左右两侧的墙角位移值约为5mm。
        （6）塑性区分布
        计算结果表明：
        左右导洞的塑性区大致呈对称分布，隧道开挖引起的塑性区主要集中在洞顶和洞底区域，洞顶塑性区大概在洞顶以上2.6米左右的范围内，洞底的塑性区大致分布在洞底以下2.8米的范围。施工监测重点检测部位可根据以上计算结果。
        （7）通过计算得出桥墩、承台及桥桩的位移结果---竖向位移
        计算结果表明：
        竖向位移：两侧桩顶沉降量为0.1mm，26号桩顶沉降量为0.2mm，27号桩顶沉降量为0.3mm。
        （8）桥墩、承台及桥桩的位移结果---水平位移
        计算结果表明：
        ①桥墩墩顶水平位移：25号和28号桥墩的墩顶水平位移为0.1mm，26号桥墩的墩顶水平位移为 0.9mm，27号桥墩的水平位移为-1.1mm。墩顶最大相对位移发生在26和27号墩，为2mm。
        ②承台水平位移：25号承台水平位移为0.1mm，26号承台的水平位移为1.7mm，27号承台的水平位移为-1.9mm，28号承台的水平位移为0.2mm。
        ③桥桩的水平位移：桩顶水平位移与承台相同，桩身水平位移按深度递减，桩底的水平位移约为0。
        5.结论以及建议
        本文针对深圳龙城广场市政隧道项目，采用数值模拟对下穿深圳地铁3号线高架桥桩的变形进行了分析，分析得出以下几点结论：
        （1）地表沉降量将随着距离隧道中心线距离的变大而变小，隧道开挖引起的地表最大沉降量发生在拱顶处约21.6mm；隧道开挖引起的拱顶最大沉降量发生中线偏右，约为23.3mm，且拱顶沉降量由中线向两侧依次递减，拱顶两端的沉降量约为5.5mm；隧道开挖引起的底板最大隆起量发生在拱底中线附近，最大值约为25mm，且隆起量由中心向两侧递减，左右两侧的墙角位移值约为5mm；隧道开挖引起的塑性区主要集中在洞顶和洞底区域，洞顶塑性区大概在洞顶以上2.6米左右的范围内，洞底的塑性区大致分布在洞底以下2.8米的范围。
        （2）桥桩竖向位移：两侧桩顶沉降量为0.1mm，26号桩顶沉降量为0.2mm，27号桩顶沉降量为0.3mm；桥桩桩顶水平位移：25号和28号桥墩的墩顶水平位移为0.1mm，26号桥墩的墩顶水平位移为 0.9mm，27号桥墩的水平位移为-1.1mm。墩顶最大相对位移发生在26和27号墩，为2mm；承台水平位移：25号承台水平位移为0.1mm，26号承台的水平位移为1.7mm，27号承台的水平位移为-1.9mm，28号承台的水平位移为0.2mm；桥桩的水平位移：桩顶水平位移与承台相同，桩身水平位移按深度递减，桩底的水平位移约为0。
        综上可知，该城市暗挖隧道下穿地铁3号线高架桥桩的竖向变形以及水平变形均未超过允许值（6mm）。，建议根据模拟分析的结果确定施工监测重点监测部位，同时对各类最大变形量发生位置采取相应的处理措施，保证施工顺利。
        参考文献：
        [1]深圳万科龙城广场市政工程勘察报告，2017.
        [2]下穿龙岗大道隧道暗挖专项施工方案，2018.
        [3]下穿龙岗大道匝道施工图设计，2018.
        [4]复杂环境下浅埋暗挖隧道近接施工关键技术，大连理工大学桥隧研发基地
        [5]浅埋大断面隧道长距离连续下穿大流量道路与地铁高架的综合施工技术研究与应用，文涛
        [作者简介]文涛，男，1994年生，江西吉安人，现任龙城广场市政项目技术负责人。