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        圍堰明挖基坑對鄰近隧道及橋梁的影響分析

        2018-10-09 08:13:30虞春龍
        城市道橋與防洪 2018年9期
        關(guān)鍵詞:變形施工

        虞春龍

        (上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海市 200092)

        0 引言

        隨著城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷建設(shè),作為大城市的主要交通疏散工具,對城市發(fā)展起了至關(guān)重要的作用。新建項(xiàng)目的建設(shè)過程中不可避免的與軌道交通產(chǎn)生交織,對其產(chǎn)生影響,鄰近地鐵的深基坑開挖已成為影響地鐵隧道安全的一個重要因素,近年來引起越來越多的重視[1-3]。

        在已建地鐵隧道周邊進(jìn)行圍堰明挖基坑施工,由于圍堰填土、圍護(hù)施工、基坑開挖等因素的影響,勢必將改變隧道周邊的應(yīng)力狀態(tài),引起隧道產(chǎn)生沉降、隆起及隧道的橫向變形。當(dāng)隧道變形積累到一定限度,輕則產(chǎn)生漏水,重則影響到地鐵的正常使用及運(yùn)營安全。因此,鄰近地鐵隧道的圍堰明挖基坑設(shè)計(jì),應(yīng)特別重視對地鐵區(qū)間隧道的保護(hù)設(shè)計(jì)。

        本文以上海市北橫通道圍堰明挖過蘇州河段基坑為例,重點(diǎn)分析圍堰回填、基坑開挖對鄰近地鐵隧道及相鄰橋墩的影響。

        1 工程概況

        1.1 項(xiàng)目概況

        上海市北橫通道明挖過蘇州河段位于西蘇州路與光復(fù)路之間,在長壽路橋南側(cè)橫向穿越蘇州河,河中段結(jié)構(gòu)寬度約28.8~31.1 m,結(jié)構(gòu)型式主要為單層三孔箱涵,岸邊段在通道上方設(shè)置架空層,北線底板深約12.5~15.1 m,南線底板埋深約13.0~18.4 m,本區(qū)段基坑開挖深度大于10 m,屬于一級安全等級基坑[4]。穿越處河道總寬度為66 m,在擬建隧道北側(cè)為上海地鐵13號線盾構(gòu)區(qū)間,區(qū)間隧道埋深為28.8~31.1 m,距離通道結(jié)構(gòu)距離為6.6~39.9 m,工程概況簡圖見圖1。

        圖1 工程概況簡圖

        為保證施工期間蘇州河過水?dāng)嗝嫘枨?,本區(qū)段分兩期明挖施工,一期施工東半福,二期施工西半幅,分期施工期間的平面布置見圖2、圖3。

        1.2 場地地質(zhì)條件

        本工程所在場地內(nèi)土層主要有:①1層填土、①2淤泥、②3層黃~灰色砂質(zhì)粉土、④層灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤1層灰色粉質(zhì)黏土、⑥層暗綠色粉質(zhì)黏土、⑦1層草黃~灰色粉砂、⑦2草黃~灰色粉細(xì)砂、⑧1-1灰色黏土,底板底一般位于④層及⑤1層。

        1.3 水文地質(zhì)條件

        (1)潛水

        圖2 一期施工期間平面布置圖

        圖3 二期施工期間平面布置圖

        勘探期間,測得地下潛水位埋深為0.90~3.50 m,受潮汐、降水量、季節(jié)、氣候等因素影響而變化。

        (2)承壓水

        擬建場地影響本工程的承壓水主要為賦存于⑦層及⑨層中的承壓水。根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn),承壓水水位一般低于潛水位,年呈周期性變化,埋深3.0~12.0 m 。

        1.4 設(shè)計(jì)方案

        本區(qū)段采用圍堰明挖法施工,考慮到汛期蘇州河過水?dāng)嗝嫘枨?,采用分期施工,一期施工河?xùn)|段,二期施工河西段。

        采用柱列式鋼管樁+鋼板樁圍堰,基坑采用800/1 000 m m地下連續(xù)墻圍護(hù),根據(jù)開挖深度的不同,設(shè)置2道混凝土支撐+2~3道鋼支撐的支護(hù)型式,其中第一道及第三道支撐采用混凝土支撐,其余道支撐采用鋼管支撐,地下連續(xù)墻長度為43.5~46.5 m,地下連續(xù)墻隔斷⑦層承壓水,河中明挖段圍護(hù)橫典型橫剖面見圖4。

        2 對鄰近隧道及橋梁影響數(shù)值分析

        利用巖土分析軟件Pl axi s分析圍堰明挖全過程施工對鄰近區(qū)間隧道及橋梁的影響。

        2.1 計(jì)算模型

        選取河中段距離13號線區(qū)間隧道較近位置斷面,基坑寬度約30 m,鄰近地鐵側(cè)開挖深度約13.7 m,圍護(hù)采用800 m m地下連續(xù)墻,豎向共設(shè)置2道混凝土支撐及2道鋼管撐。采用Pl axi s有限元軟件模擬基坑開挖對軌道交通13號線盾構(gòu)及長壽路橋橋墩的影響,土層采用H-S本構(gòu)模型,計(jì)算模型見圖5。

        2.2 計(jì)算參數(shù)

        (1)土體參數(shù)

        模型依據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)勘察報(bào)告及相關(guān)規(guī)范,確定的土體參數(shù)見表1。

        圖5 計(jì)算模型

        表1 模型土體參數(shù)

        (2)支撐參數(shù)

        支撐計(jì)算參數(shù)見表2。

        表2 模型支撐參數(shù)

        (3)圍護(hù)樁參數(shù)

        圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)見表3。

        表3 模型圍護(hù)樁參數(shù)

        2.3 控制標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)上海地區(qū)已有地鐵及橋梁保護(hù)要求,考慮到前期已有變形及后期變形余量,地鐵區(qū)間的豎向及水平位移按1 cm控制[5],長壽路橋橋墩的與長壽路橋的豎向及水平位移按0.5 cm控制。

        2.4 分析結(jié)果

        圍堰填土及開挖至坑底的位移云圖見圖6、圖7。

        圖6 開挖至坑底時總位移云圖(單位:m)

        圖7 開挖至坑底時水平位移云圖(單位:m)

        圍堰填土完成及開挖坑底的隧道變形見圖8、圖9。

        圖8 地鐵區(qū)間變形(m,圍堰及填土完成,最大1.60 mm)

        圖9 地鐵區(qū)間變形(m,基坑開挖完成,最大3.71 mm)

        圍堰填土至基坑開挖完成長壽路橋承臺及承臺樁位移見圖10、圖11。

        分析結(jié)果表明圍基坑開挖對相鄰隧道及橋梁基礎(chǔ)影響較小,其中地鐵13號線最大變形3.71 m m<10 m m,且每一階段的相對變形均小于10 m m;長壽路橋承臺最大沉降0.66 m m<5 m m,橋梁樁基最大水平側(cè)移1.27m m,均滿足暫定控制標(biāo)準(zhǔn)。

        圖10 長壽路橋承臺豎向位移(m,基坑開挖完成,最大0.66 mm)

        3 結(jié)語

        (1)圍堰施工至基坑開挖完畢產(chǎn)生的地鐵隧道區(qū)間及橋梁承臺的豎向及水平位移均小于設(shè)計(jì)控制值,說明圍堰及基坑的整體設(shè)計(jì)方案安全合理;

        (2)目前本區(qū)段東半邊已施工完畢,施工期間地鐵區(qū)間與橋梁變形均在控制范圍內(nèi),進(jìn)一步證明了設(shè)計(jì)方案的安全合理性;

        (3)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案與分析結(jié)果可供其他同類項(xiàng)目借鑒參考。

        圖11 長壽路橋承臺樁基位移(m,基坑開挖完成,最大1.27 mm)

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