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隨著《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》的發(fā)布，交通建設(shè)事業(yè)日益興起，我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施工程有著越來(lái)越大的發(fā)展空間。但是我國(guó)的安全建設(shè)問(wèn)題也日益明顯，在建設(shè)過(guò)程中會(huì)經(jīng)常遇到各種結(jié)構(gòu)物相互交叉的情況，本文以新建橋梁樁基礎(chǔ)上跨在建隧道為背景，以隧道結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，分析其在橋梁樁基礎(chǔ)附加荷載作用下的工作情況，并優(yōu)化了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)控制方案。

一、項(xiàng)目概況

(一)隧道結(jié)構(gòu)概況

本項(xiàng)目隧道屬于在建項(xiàng)目，截面為圓形斷面，內(nèi)徑6m，襯砌材料為C50防水鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料，道路建設(shè)范圍內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)埋深約23m，位于中風(fēng)化砂巖中，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。沿線原始地形地貌基本為臺(tái)地及臺(tái)地間沖溝，局部為沖洪積階地。沿線人工活動(dòng)作用強(qiáng)烈，現(xiàn)狀多為植被或農(nóng)田覆蓋，穿插分布廠房或居民區(qū)等。

(二)橋梁結(jié)構(gòu)概況

區(qū)段內(nèi)擬新建橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制梁鋼梁，橋墩為C40花瓶形雙肢墩，基礎(chǔ)形式為C35鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直徑為2.2m，樁長(zhǎng)約32.0m，嵌入中風(fēng)化巖層中,嵌巖深度約8.5m，以中風(fēng)化巖層為持力層，隧道保護(hù)范圍內(nèi)P09、P10墩柱處基礎(chǔ)基底標(biāo)高，低于隧道結(jié)構(gòu)底標(biāo)高，無(wú)基礎(chǔ)荷載傳至隧道結(jié)構(gòu)上。

橋梁樁基礎(chǔ)采用旋挖成孔、鋼護(hù)筒護(hù)壁，施工時(shí)要求鋼護(hù)筒緊跟，嚴(yán)格控制水位變化，要求水位變化不超過(guò)5m。

(三)相互關(guān)系及建設(shè)時(shí)序

道路高架橋與隧道平面呈約60度斜交。保護(hù)范圍內(nèi)此段道路為高架橋結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目影響隧道段長(zhǎng)度70m。擬建道路高架橋墩樁西側(cè)基礎(chǔ)與隧道結(jié)構(gòu)最小平面距離為5.27m，東側(cè)橋墩樁基礎(chǔ)與隧道結(jié)構(gòu)最小平面距離為6.92m。

選擇橋墩與隧道結(jié)構(gòu)凈距最小處做剖面，描述擬建道路高架橋結(jié)構(gòu)與隧道位置關(guān)系，如圖1-1所示。此剖面中左線隧道軌面標(biāo)高為2.954m，右線隧道軌面標(biāo)高為3.071m。道路高架橋基礎(chǔ)基底標(biāo)高為0m，基礎(chǔ)底與隧道結(jié)構(gòu)底最小豎向距離為1.66m，無(wú)基礎(chǔ)荷載傳至隧道結(jié)構(gòu)上。

圖1 擬建項(xiàng)目與隧道位置關(guān)系剖面圖

隧道工程施工已于2018年1月開工，預(yù)計(jì)2022年通車運(yùn)營(yíng)；擬建橋梁處于施工圖設(shè)計(jì)階段，根據(jù)兩項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度判斷，此段范圍高架橋后于隧道結(jié)構(gòu)建設(shè)。

二、結(jié)構(gòu)安全分析論證

(一)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)相應(yīng)隧道結(jié)構(gòu)保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)擬建項(xiàng)目建設(shè)對(duì)隧道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判斷如下：

表1 擬建項(xiàng)目接近程度判斷

表2 擬建項(xiàng)目影響分區(qū)判斷

表3 擬建項(xiàng)目影響等級(jí)劃分

綜上表分析，擬建項(xiàng)目對(duì)施工過(guò)程中隧道結(jié)構(gòu)影響等級(jí)為特級(jí)。

(二)隧道結(jié)構(gòu)安全指標(biāo)控制值

根據(jù)相關(guān)工程案例及規(guī)范，隧道結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)為：

①隧道結(jié)構(gòu)外邊線四周的3m范圍內(nèi)不能進(jìn)行任何工程建設(shè)；

②管線、構(gòu)筑物、其他設(shè)施需跨越、橫穿或涉及隧道設(shè)施的，與隧道結(jié)構(gòu)的垂直凈距離原則上不應(yīng)小于3米；

③隧道結(jié)構(gòu)絕對(duì)沉降量及水平位移量≤10mm(包括各種加載和卸載的最終位移量)；

④建(構(gòu))筑物豎向荷載及降水、注漿等施工因素而引起的隧道外壁附加荷載≤10kPa(≤1t/m2)；

⑤由于打樁振動(dòng)、爆炸產(chǎn)生的震動(dòng)，引起的隧道峰值速度≤1.2cm/s。

三、新建橋樁對(duì)結(jié)構(gòu)的影響分析

根據(jù)擬建項(xiàng)目與隧道位置關(guān)系及建設(shè)時(shí)序，項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)可能地下結(jié)構(gòu)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)有：1.道路高架橋?qū)嵤痘A(chǔ)開挖及建成后樁基礎(chǔ)加載，可能對(duì)隧道周圍圍巖進(jìn)行擾動(dòng)，影響結(jié)構(gòu)變形，需判斷此變形是否滿足結(jié)構(gòu)正常運(yùn)營(yíng)要求；2.項(xiàng)目建設(shè)及建成可能改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)荷載，需判斷此時(shí)隧道結(jié)構(gòu)承載力及裂縫寬度是否滿足要求。以下將分別對(duì)兩部分進(jìn)行計(jì)算及分析。

(一)分析計(jì)算原則

結(jié)構(gòu)取縱向每延米拱形平面結(jié)構(gòu)計(jì)算，初襯和二襯結(jié)構(gòu)按破損階段法計(jì)算，分別采用地層結(jié)構(gòu)法、荷載-結(jié)構(gòu)法模型，應(yīng)用通用有限元程序Midas GTS，按平面有限元法對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算和分析。

(二)樁基礎(chǔ)施工對(duì)隧道變形影響分析

選擇前述典型坡面進(jìn)行分析，該剖面左側(cè)P09號(hào)橋墩樁基與隧道左洞間距為5.27m，右側(cè)P10號(hào)橋墩樁基與隧道右洞間距為6.92m，左線隧道行車面標(biāo)高為2.954m，右線隧道行車面標(biāo)高為3.071m。道路高架橋基礎(chǔ)基底標(biāo)高為0m，基礎(chǔ)底與隧道結(jié)構(gòu)底最小豎向距離為1.66m。

本次計(jì)算采用二維平面應(yīng)變模型，所得變形量應(yīng)較結(jié)構(gòu)實(shí)際變形量略大；上部結(jié)構(gòu)荷載直接施加于樁頂處，計(jì)算模型如下圖3-1所示。

圖2 計(jì)算模型

計(jì)算分析步驟如下：(1)地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算平衡；(2)隧道開挖；(3)施做橋梁樁基；(4)施加高架橋基礎(chǔ)荷載。

根據(jù)施作橋梁樁基礎(chǔ)時(shí)地層及隧道結(jié)構(gòu)變形云圖。此時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)最大豎向變形為2.05mm，位于右線結(jié)構(gòu)頂部，方向?yàn)橄蛳鲁两?；隧道結(jié)構(gòu)最大橫向變形為0.77mm，位于左線左拱腰，方向偏向P09橋墩方向。

根據(jù)橋梁樁基礎(chǔ)施做完成后，結(jié)構(gòu)荷載時(shí)地層及隧道結(jié)構(gòu)變形云圖。此時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)最大豎向變形為2.84mm，位于右線結(jié)構(gòu)頂部，方向?yàn)橄蛳鲁两?；隧道結(jié)構(gòu)最大橫向變形為0.85mm，位于左線左拱腰，方向偏向P09橋墩方向。

(三)綠梓大道建設(shè)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)承載力及裂縫寬度影響分析

根據(jù)圖2典型剖面，擬建項(xiàng)目影響范圍內(nèi)，項(xiàng)目建設(shè)前、后隧道頂距離地面豎向距離均為23.7m，項(xiàng)目實(shí)施完成后，高架橋樁基基礎(chǔ)與隧道結(jié)構(gòu)最小平面距離為5.27m；此外，高架橋基底低于隧道結(jié)構(gòu)，采用鋼護(hù)筒護(hù)壁，樁基礎(chǔ)與周圍土體作用力微弱，項(xiàng)目建設(shè)無(wú)附加荷載加至隧道結(jié)構(gòu)上；因此，擬建項(xiàng)目建設(shè)前后不改變隧道結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，能夠滿足原承載力及裂縫寬度要求。

(四)監(jiān)測(cè)措施優(yōu)化

根據(jù)前述數(shù)值計(jì)算分析，優(yōu)化隧道施工監(jiān)測(cè)方案，如下：

1.監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)

(1)隧道結(jié)構(gòu)絕對(duì)沉降量及水平位移量≤10mm；

(2)隧道縱向變形曲線的曲率半徑R≥15000m；

(3)隧道的相對(duì)變曲≤1/2500；

2.監(jiān)測(cè)斷面布置

樁基影響范圍內(nèi)每條隧洞應(yīng)每8m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.監(jiān)測(cè)預(yù)警

監(jiān)測(cè)的實(shí)際變形值達(dá)到最大允許變形值的60%時(shí)，應(yīng)向申請(qǐng)人、監(jiān)理單位、建設(shè)管理單位發(fā)出預(yù)警；當(dāng)達(dá)到最大允許變形值80%時(shí)，須發(fā)出報(bào)警。

四、結(jié)論

以實(shí)際工程為背景,采用有限元軟件分析了后建橋梁樁基礎(chǔ)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)的影響。在建模過(guò)程中,依據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)施工圖建模,采用合理的本構(gòu)模型,得出了相應(yīng)結(jié)論,可以為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

根據(jù)上述橋梁樁基施工對(duì)既有隧道的影響研究，得出以下結(jié)論，1.高架橋樁基礎(chǔ)與隧道結(jié)構(gòu)最小平面距離為5.27m(>3m)，橋梁梁底與隧道結(jié)構(gòu)頂豎向距離約34.4m(>3m)，滿足控保范圍內(nèi)設(shè)計(jì)技術(shù)要求；2.根據(jù)計(jì)算可知，擬建項(xiàng)目建設(shè)及建成使用所引起隧道結(jié)構(gòu)變形均小于規(guī)范要求控制值10mm；3.擬建項(xiàng)目建設(shè)不改變?cè)淼澜Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載，隧道結(jié)構(gòu)仍滿足承載力及裂縫寬度要求。