1 工程概況

位于重慶南岸區(qū)的朝天門大橋A22號的橋臺是分屬于東引橋的橋臺，其橋臺的基面是處于原地平面線下的2m左右，并將它們按1、2、3、4號臺身來分，把每個(gè)臺身之間設(shè)置出2m左右的寬度來做沉降縫隙。A22號橋臺是屬于部分的鋼筋混凝土組成的結(jié)構(gòu)。每個(gè)臺身間預(yù)留的輕軌通道的拱涵是處于中部位置，拱涵的基礎(chǔ)面試低于地平面大概7m處。而朝天門A22號橋臺東側(cè)是彈子石車站的基坑開挖場所在位置，所開挖的軌道基礎(chǔ)貫穿到了A22號橋臺所預(yù)留的輕軌通道拱涵，如圖1所示，所預(yù)留的輕軌通道的拱底寬9m，拱高7m。車站起始里程為YDK26+852.434，區(qū)間與南橋臺預(yù)留隧道接口里程為 YDK26+824.147，臺背起始里程為YDK26+812.323。A22號橋臺的基地高度大致為243，而南橋臺所預(yù)留的隧道至車站之間以及開挖處的高度大致為245，橋臺背部到那個(gè)區(qū)間的接口處用兩級來處理，分別是1：1和1：0.75的放坡段處理的方式。

車站到A22號橋臺臺背的距離大致為41米，車站到A22號橋臺所預(yù)留區(qū)間的隧道距離大致是30米。

2 建立模型與施工步驟

2.1 有限元模型建立

圖1 彈子石車站與朝天門大橋A22橋臺位置

（1）模型的尺寸分析。在模型中首先要計(jì)算模型的大致尺寸，在該研究中，模型邊界到基坑邊界應(yīng)該如何取值：沿著橋跨延伸方向邊界取基坑寬度的4倍，而且要垂直于橋跨延伸方向的長度則要取基坑寬度的4倍，因此該模型的高度應(yīng)該取基坑深度的5倍左右。模型三維尺寸為：330m×220m×100m。

（2）邊界的條件分析。需要合理計(jì)算出模型的底部所限制于垂直方向的自由度，在前后左右位置上則要限制于水平的自由度，地表面是屬于自由面。

（3）單元的選取分析。總體來看，在建造模型的過程中，圍巖所采用的六面體、五面體以及四面體的實(shí)體單元，而文章中所研究的朝天門大橋A22號橋臺是采用的四面體實(shí)體單元來建模的，它的灌注樁以及圍護(hù)樁則是采用的梁單元構(gòu)造，格構(gòu)柱、支撐、冠梁、格構(gòu)柱以及連系梁都是采用的梁單元，在其中的噴射混凝土格構(gòu)柱則是采用的面單元。我們可以按照設(shè)計(jì)圖紙來研究，并賦予了梁單元的截面優(yōu)勢所在以及面單元的厚度優(yōu)勢所在。

（4）屈服準(zhǔn)則及計(jì)算方法的分析。我們所提到的計(jì)算模型是采用的MIDAS/GTS有限元軟件來完成，其中程序采用的是如何“激活和鈍化”這個(gè)單元的技巧來試驗(yàn)彈子石基坑如何實(shí)施開挖及支護(hù)。文字所提到的巖土體材料的屈服準(zhǔn)則則是采用的摩爾庫倫的屈服準(zhǔn)則。模型網(wǎng)格劃分圖如圖2。

圖2 模型網(wǎng)格劃分圖

2.2 如何來確定施工步驟

如何來確定施工步驟，這個(gè)完全要依據(jù)他的分段分成守則來確定，這一整個(gè)計(jì)算過程都是采用的12個(gè)施工部在施工過程中所作的試驗(yàn)。

施工步1—模擬所連接部分的排樁、冠梁以及連接段第一層施工的支撐位置，模擬所筑造的灌注樁、冠梁、排樁來施展工作；施工步2—模擬剛開始部分的圍巖在自身重量下所采用的一種應(yīng)力狀態(tài)；施工步3—模擬所連接段部分的第二層的土體開挖，再模擬出一期所處的第一段第一層土體開挖，再確定如何支撐連接部分的第三道施工；施工步4—模擬出連接段的第一層土體如何開挖，一期第一道斜撐、連系梁，第二道支撐以及格構(gòu)柱如何施工，模擬再確定如何支撐連接部分的第二段施工；施工步5—模擬出連接段的第三層土體如何開挖，再模擬一期的第二段第一層土體，第一段第二層的開挖，模擬出一期的第二道斜撐、支撐、連系梁的施工，使連接段的開挖到基部位置；施工步6—模擬一期第一段第三層、第二段第二層、第三段第一層土體的開挖，第一段開挖至基坑底部，模擬第三道斜撐、連系梁、支撐的施工；施工步7—模擬一期的第三段第三層土體開挖以及開挖到底部位置；施工步8—模擬一期的第三段第二層、第二段第三層的土體開挖則需要開挖到底部位置；施工步9—模擬出二期的排樁、灌注樁如何施工；施工步10—模擬出二期的第一段第一層土體如何開挖；施工步11—模擬二期第二段第一層、第一段第二層土體的開挖，在這個(gè)時(shí)候則第一段的開挖所完成；施工步12—模擬出第二段第二層土體如何來開挖，這時(shí)的基坑開挖基本上完成。

3 研究分析計(jì)算的結(jié)果

3.1 關(guān)于橋臺位置移動(dòng)的分析

在前面的計(jì)算結(jié)果中分析并提取出了A22橋臺從第2施工步到第5施工步的位移分析，以及第12施工步所一一對應(yīng)的位移數(shù)據(jù)圖形可以得出結(jié)論圖中，我們將A22號橋臺的模型構(gòu)件取了A、B、C、D、E、F六部分作為觀察點(diǎn)來分析研究。見圖3。

圖3 A22號橋臺位移分析取點(diǎn)位置

通過以上的分析可知：①從豎向的位移變化來看，每個(gè)控制點(diǎn)是不規(guī)律的變動(dòng)，這些主要能在預(yù)留的拱底（A和B點(diǎn)）這些部分看出，這兩個(gè)部分呈現(xiàn)的是均勻的向上隆起，其中最大的隆起數(shù)值大致為1.4mm；②由于A22號橋臺跟施工的基坑位置距離比較接近，其橫斷面的水平方向的位移變化幅度比較小，每個(gè)控制點(diǎn)的數(shù)值都控制在1mm以下。另外，C、E兩點(diǎn)處的橋臺的兩部分都呈現(xiàn)的是均勻隆起，它們的數(shù)值大致為0.77mm和0.79mm，這些數(shù)值算是比較小的。另外，我們還可以看出，橋臺的中間部分所預(yù)留的隧道拱頂D點(diǎn)初呈現(xiàn)的是垂直向下方向，這個(gè)數(shù)值很小，大致為0.02mm。因此我們也可以得出，A、B、D、F點(diǎn)和C、E點(diǎn)之間存在的最大位移差值大致為1.45mm，這些都可由應(yīng)力進(jìn)行分析，在不均勻沉降作用下得出這些因素都可能引起混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫；③橋臺的中間部分所預(yù)留的隧道路線縱向部分的拱腳向上隆起，其產(chǎn)生的位移變化：G和H點(diǎn)最大豎向隆起位移0.72mm，A和B點(diǎn)為1.43mm，他們之間的差值大致為0.71mm，這可以判斷出橋臺不存在橋跨縱線方向傾倒穩(wěn)定性的危險(xiǎn)。

3.2 關(guān)于圍巖位置移動(dòng)的分析

彈子石車站的圍巖位移逐漸增大是由于基坑開挖深度的不斷增大，其變形的方向向開挖兩側(cè)發(fā)展，這個(gè)差值是由第1施工步的零位移開始，受其初始應(yīng)力作用下，其垂直水平方向的位移變化也在逐步增加。在橋臺30米影響區(qū)內(nèi)，連接區(qū)間與車站基坑連接部位的最大的豎向位移出現(xiàn)在開挖完成后，最大值為7.29mm。見圖4。

圖4 車站基坑圍巖沉降云圖

4 小結(jié)

根據(jù)上述結(jié)果分析：①由于基坑開挖使圍巖產(chǎn)生應(yīng)力重分布，導(dǎo)致橋臺受這些應(yīng)用力的影響而產(chǎn)生位移變化?？梢钥闯?，預(yù)留的隧道拱涵所產(chǎn)生向上的位移變化是由于受基坑開挖與臺背放坡卸荷的影響，因此出現(xiàn)了隆起的現(xiàn)象；②橋臺中部F點(diǎn)和橋臺邊緣C、E點(diǎn)之間的最大位移差為1.45mm；③橋臺中部預(yù)留隧道線路縱線方向拱腳的G、H點(diǎn)最大豎向隆起位移，以及豎向向上隆起位移（A、B點(diǎn)），這兩個(gè)位移變化的差值大致為0.71mm，且得出橋臺不存在橋跨縱線方向的傾覆危險(xiǎn)。

［1］GB50307-2012 地下鐵道、輕軌交通巖土勘察規(guī)范［S］.

［2］GB50157-2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］JTGD63-2007 公路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］TB10002.1-2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.

［5］GB50009-2012 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.