周祖勇 郭艷華

(1.重慶市江北區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，重慶 400025； 2.廈門(mén)市市政設(shè)計(jì)院重慶分院，重慶 400015)

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軌道交通下穿城市道路橋臺(tái)的數(shù)值分析

周祖勇1郭艷華2

(1.重慶市江北區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，重慶 400025； 2.廈門(mén)市市政設(shè)計(jì)院重慶分院，重慶 400015)

以重慶軌道交通九號(hào)線(xiàn)隧道下穿城市道路橋臺(tái)工程為例，通過(guò)建立有限元數(shù)值模型，計(jì)算分析了隧道開(kāi)挖、橋基及橋臺(tái)的變形發(fā)展規(guī)律，并探討了軌道施工對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，為下階段隧道設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

隧道，橋臺(tái)，有限元模型，荷載

0 引言

近年來(lái)，隨著重慶市軌道交通的快速發(fā)展，軌道交通與現(xiàn)狀及規(guī)劃城市道路、橋梁的矛盾也逐漸增多，沖突更加凸顯，特別是軌道穿越橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，更需要進(jìn)行充分的論證，因此，對(duì)重慶軌道交通九號(hào)線(xiàn)下穿城市次干道B路橋臺(tái)的有限元數(shù)值計(jì)算分析是十分重要的，由于軌道交通施工方式為暗挖施工，開(kāi)挖斷面比較大，可能會(huì)造成橋臺(tái)基底及車(chē)站二襯發(fā)生的變形較大，通過(guò)計(jì)算先行判斷軌道施工對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，為下階段軌道設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 概況

重慶市軌道交通九號(hào)線(xiàn)規(guī)劃的李家坪站位于現(xiàn)狀嘉華大橋北延段道路下，為地下隧道。城市次干道B路在軌道九號(hào)線(xiàn)李家坪站處上跨嘉華大橋北延伸段(正交)形成分離式立交，該道路為城市次干道，雙向四車(chē)道，規(guī)劃路幅寬度為26 m，上跨橋上部結(jié)構(gòu)采用2×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支小箱梁，橋墩為樁基礎(chǔ)，重力式U型橋臺(tái)，基礎(chǔ)形式為嵌巖擴(kuò)大基礎(chǔ)，基底標(biāo)高270.37～268.37，擬建橋臺(tái)位于規(guī)劃軌道九號(hào)線(xiàn)右側(cè)軌道正上方。B路與軌道相交處路面標(biāo)高275.571，現(xiàn)狀嘉華大橋北延伸段道路標(biāo)高267.9，軌道九號(hào)線(xiàn)該處車(chē)站設(shè)計(jì)高度18 m、寬20 m，車(chē)站結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高為256.07,豎向高差在道路里程線(xiàn)處約為14.3 m，在最不利處約為12.8 m。

2 平面有限元數(shù)值計(jì)算

采用通用有限元軟件Midas-GTS對(duì)軌道交通九號(hào)線(xiàn)下穿城市次干道B路橋臺(tái)進(jìn)行有限元分析，選取如圖1中所示典型橫剖面，模擬軌道九號(hào)線(xiàn)李家坪車(chē)站隧道開(kāi)挖、使用中橋梁樁基和橋臺(tái)變形發(fā)展規(guī)律。

2.1 計(jì)算參數(shù)選取

計(jì)算范圍內(nèi)的巖層以中風(fēng)化泥巖和砂巖層為主，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。有限元計(jì)算采用的單元類(lèi)型及材料參數(shù)如表1所示。設(shè)計(jì)荷載中，汽車(chē)荷載：城—A級(jí)；人群荷載：4.0 kN/m2；路面設(shè)計(jì)軸載：BZZ-100。

表1 材料參數(shù)表

2.2 有限元模型的建立

整個(gè)計(jì)算采用5個(gè)計(jì)算步進(jìn)行模擬：

計(jì)算步1：模擬隧道左、右導(dǎo)坑開(kāi)挖；

計(jì)算步2：模擬隧道中左側(cè)、右側(cè)初期支護(hù)施工以及錨桿施工；

計(jì)算步3：模擬隧道左右側(cè)導(dǎo)坑襯砌支護(hù)施工及中間導(dǎo)坑開(kāi)挖；

計(jì)算步4：模擬隧道導(dǎo)坑初期支護(hù)施工及錨桿施工；

計(jì)算步5：模擬隧道中間導(dǎo)坑襯砌支護(hù)施工。

具體有限元模型圖如圖2所示。

2.3 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)對(duì)模型的有限元分析，得到變形圖及內(nèi)力圖如圖3，圖4所示。

表2 計(jì)算結(jié)果表

工況隧道開(kāi)挖隧道施工結(jié)束樁基、橋臺(tái)變形/mm2．453．41襯砌彎矩/kN·m—419初期支護(hù)彎矩/kN·m—41．4錨桿應(yīng)力/MPa—41．5

從圖3，圖4及表2可以看出，軌道九號(hào)線(xiàn)李家坪車(chē)站隧道開(kāi)挖引起橋梁橋臺(tái)基礎(chǔ)下沉量為2.45 mm，隧道施工結(jié)束后，橋臺(tái)累計(jì)下沉量3.41 mm，雖然軌道九號(hào)線(xiàn)隧道最小覆土厚度為12.8 m，埋深較淺，隧道設(shè)計(jì)斷面較大，但隧道襯砌結(jié)構(gòu)處于中風(fēng)化泥巖層中，巖土力學(xué)性質(zhì)較好，同時(shí)隧道分?jǐn)嗝娣謱?dǎo)坑逐段有序開(kāi)挖，初支及襯砌緊密跟進(jìn)施工的作業(yè)方式，也有效控制隧道整個(gè)施工階段對(duì)上部橋梁的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

1)本文通過(guò)對(duì)重慶軌道交通九號(hào)線(xiàn)下穿城市次干道B路橋臺(tái)的有限元數(shù)值計(jì)算分析，軌道九號(hào)線(xiàn)開(kāi)挖施工及使用引起B(yǎng)路橋臺(tái)最大變形3.41 mm，同時(shí)，在擬建軌道處橋梁的施工及運(yùn)營(yíng)，引起軌道九號(hào)線(xiàn)襯砌內(nèi)力與現(xiàn)狀頂部無(wú)荷載情況變化不大。

2)為避免B路橋梁樁基對(duì)規(guī)劃軌道九號(hào)線(xiàn)結(jié)構(gòu)物發(fā)生豎向傳力，樁基以軌道結(jié)構(gòu)物向外45°擴(kuò)散線(xiàn)為嵌巖起算線(xiàn)，同時(shí)樁基嵌巖起算線(xiàn)以上巖層段采用隔離措施。若橋梁的施工時(shí)間早于軌道的施工時(shí)間，采用機(jī)械成孔，若橋梁的施工時(shí)間晚于軌道的施工時(shí)間，避免樁基的施工對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，采用人工挖孔。

3)軌道九號(hào)線(xiàn)隧道開(kāi)挖時(shí)，禁止爆破施工，避免爆破震動(dòng)影響橋臺(tái)底部巖體穩(wěn)定，進(jìn)而影響到橋臺(tái)的安全使用。同時(shí)施工時(shí)應(yīng)注意監(jiān)控測(cè)量，隧道開(kāi)挖時(shí)，橋臺(tái)基底沉降控制在6 mm以?xún)?nèi)，軌道正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，橋臺(tái)基底沉降控制在8 mm以?xún)?nèi)，橋臺(tái)橫向不均勻沉降不超過(guò)2‰。

[1] 李 治.數(shù)值計(jì)算軟件在巖土工程中應(yīng)用叢書(shū):Midas/GTS在巖土工程中應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 章立峰，劉建國(guó).地鐵區(qū)間隧道施工過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬分析[J].隧道建設(shè)，2003，23(6):3-5.

[3] 吳 波,高 波.城市地鐵小間距隧道施工性態(tài)的力學(xué)模擬與分析[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2005(3):84-89.

The numerical analysis on road abutment of rail transit underground city

Zhou Zuyong1Guo Yanhua2

(1.ChongqingJiangbeiDistrictUrbanandRuralConstructionCommittee,Chongqing400025,China;2.ChongqingBranch,XiamenMunicipalEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Chongqing400015,China)

Taking the road abutment engineering of Chongqing rail transit line 9 tunnel underground city as an example, through the establishment of finite element model, calculated and analyzed the deformation and development laws of tunnel excavation, bridge foundation and abutment, and discussed the influence of rail construction to bridge structure, provided basis for the next phase tunnel design and construction.

tunnel, abutment, finite element model, load

1009-6825(2016)30-0170-03

2016-08-15

周祖勇(1982- )，男，碩士，工程師

U441

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