阮 偉

（武漢市城市建設(shè)投資開發(fā)集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430000）

隨著城市中心城區(qū)路網(wǎng)的優(yōu)化與加密，城市高架橋與地鐵二者常近距離實(shí)施[1-2]。為了確保既有地鐵的運(yùn)營安全與新建高架橋的順利施工，對既有地鐵隧道區(qū)間結(jié)構(gòu)安全的影響進(jìn)行評估。文章以擬在武漢地鐵8號線附近新建沙湖大道跨徐東大街立交橋?yàn)槔?，通過建立數(shù)學(xué)模型對既有地鐵區(qū)間的結(jié)構(gòu)變形與結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化進(jìn)行計(jì)算分析，評估安全影響。

1 工程概況

1.1 沙湖大道跨徐東大街立交橋概況

在武漢市武昌核心區(qū)沙湖大道上新建跨徐東大街的高架橋，在徐東大街兩側(cè)布置主跨橋墩，橋墩采用兩根分離式花瓶墩，墩柱尺寸2.0 m×2.5 m，每個(gè)墩柱配置2根直徑2.0 m的鉆孔灌注樁，樁長60 m。承臺高度3 m，截面尺寸3.2 m×8.0 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁為變高連續(xù)鋼箱梁。

1.2 武漢地鐵8號線汪家墩站—岳家嘴站區(qū)間概況

徐東大街西側(cè)存在已投運(yùn)武漢地鐵8號線，新建高架橋平面上跨地鐵8號線汪家墩站—岳家嘴站區(qū)間，地鐵隧道區(qū)間采取盾構(gòu)法施工，分左、右區(qū)間，中心線間距為13 m。管片外徑6.2 m、厚度350 mm。

1.3 兩項(xiàng)目空間位置關(guān)系

擬建高架橋樁基結(jié)構(gòu)與地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)外邊線最小水平距離約7.06 m、區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)頂埋深17.55 m。

擬建高架橋與地鐵8號線汪家墩站—岳家嘴站區(qū)間空間位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 擬建高架橋與汪家墩站—岳家嘴站區(qū)間空間位置關(guān)系

2 工程地質(zhì)、水文概況

高架橋擬建場地為一級階地全新統(tǒng)沖積平原區(qū)，地形較平坦、地勢變化不大。工程場地土層主要為近代人工填土層、第四系河流沖洪積土層、湖積土層，揭露下伏基巖為侏羅系泥質(zhì)砂巖。高架橋主墩穿越的地層主要為1-1雜填土、1-2素填土、3黏土、4粉質(zhì)黏土夾粉土粉砂、5細(xì)砂、6礫卵石、7-1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、7-2中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。

擬建場地地下水主要為上層滯水、孔隙承壓水及基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于上部人工填土中，對擬建施工影響較小。孔隙承壓水主要賦存于4粉質(zhì)黏土夾粉土粉砂及5細(xì)砂層中，具備承壓性，對樁基施工影響不大。基巖裂隙水主要賦存于下部基巖中，接受其上部含水層地下水的下滲及側(cè)向滲流補(bǔ)給，與承壓水呈連通關(guān)系，對工程施工影響較小。

3 對地鐵結(jié)構(gòu)安全影響評估

3.1 外部作業(yè)影響等級與變形控制指標(biāo)選取

兩項(xiàng)目結(jié)構(gòu)外邊線最小距離L為7.06 m，地鐵區(qū)間隧道外徑D為6.20 m，項(xiàng)目與地鐵結(jié)構(gòu)接近程度為1.0D

城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值如表1所示。

表1 軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo) 單位：mm

3.2 評估思路

高架橋樁的施工和上部結(jié)構(gòu)荷載的傳遞會造成周圍土體的位移和應(yīng)力變化，導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)的受力和變形狀態(tài)發(fā)生改變，誘發(fā)結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻變形。綜合分析項(xiàng)目場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，結(jié)合高架橋樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、施工特點(diǎn)以及鄰近地鐵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用Midas GTS/NX軟件建立整體三維計(jì)算模型，對高架橋樁施工全過程進(jìn)行模擬，分析施工過程中鄰近地鐵區(qū)間的結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)力變化情況。

3.3 模型建立

模型計(jì)算范圍的控制原則為邊界條件不能過大影響核心部位的計(jì)算結(jié)果，模型計(jì)算范圍為長72 m、寬60 m、土層計(jì)算深度65 m。鉆孔灌注樁樁身混凝土等級為C30，采用實(shí)體單元模擬，樁土之間設(shè)置相應(yīng)的摩擦接觸單元。泥漿相對密度為1.2，泥漿護(hù)壁過程等效為靜水壓力等效荷載，等效靜水壓力取γ=12 kN/m3。通過樁周薄壁單元模擬滲透條件的變化，修改單元屬性模擬混凝土硬化過程。盾構(gòu)管片混凝土等級為C45，采用板單元模擬。上部結(jié)構(gòu)和行車荷載等效為上部結(jié)構(gòu)荷載施加于墩柱，豎向等效荷載取19 000 kN/根，水平等效荷載取350 kN/根。為簡化計(jì)算，將所有鉆孔灌注樁分為近地鐵（前）側(cè)樁和遠(yuǎn)地鐵（后）側(cè)樁。

模擬高架橋施工工序如表2所示。

表2 模擬高架橋施工工序

4 計(jì)算分析

4.1 各工序下地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)位移計(jì)算

擬建高架橋從鉆孔灌注樁的成樁到上部結(jié)構(gòu)施工，各工況下地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的最大位移值如表3所示。

表3 地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的最大位移值 單位：mm

混凝土灌注的過程中，隧道整體下沉，水平位移、豎向位移和總位移的最大值均出現(xiàn)在上部結(jié)構(gòu)施工階段，分別為0.139、0.742、0.75 mm。

4.2 區(qū)間結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響計(jì)算

各階段區(qū)間結(jié)構(gòu)的彎矩軸力計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 各階段區(qū)間結(jié)構(gòu)的彎矩軸力計(jì)算結(jié)果

在后側(cè)孔泥漿護(hù)壁鉆孔開挖過程中，區(qū)間結(jié)構(gòu)的彎矩和軸力略有減小，變化率分別為-0.1%和-0.03%。灌注混凝土以及承臺、立柱和上部結(jié)構(gòu)施工階段，區(qū)間結(jié)構(gòu)的彎矩和軸力變大，最大變化率分別為1.16%和0.44%。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）高架橋施工引起的地鐵隧道區(qū)間結(jié)構(gòu)水平位移、豎向位移及總位移最大值分別為0.139、0.742、0.75 mm，隧道區(qū)間各方向變形影響均在地鐵結(jié)構(gòu)安全控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（2）高架橋施工會使區(qū)間結(jié)構(gòu)的彎矩以及軸力變大，最大變化率分別為1.16%和0.44%，對地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較小。

5.2 建議

（1）高架橋施工前，收集地鐵鄰近區(qū)間結(jié)構(gòu)的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對地鐵隧道的最新健康狀態(tài)開展調(diào)查分析，掌握地鐵結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，為明確保護(hù)措施提供重要依據(jù)。

（2）鉆孔灌注樁施工中，嚴(yán)格控制成樁質(zhì)量，嚴(yán)禁采用沖孔法施工灌注樁；鉆孔灌注樁泥漿護(hù)壁過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制漿液的稠度，避免漿液外流，造成土體軟化；靠近地鐵結(jié)構(gòu)側(cè)橋樁成孔過程中，采用長護(hù)筒跟進(jìn)。

（3）高架橋施工中，同步制定科學(xué)的監(jiān)測方案，委托具備相應(yīng)資質(zhì)的第三方監(jiān)測單位對地鐵區(qū)間軌道、管片結(jié)構(gòu)變形，灌注樁的結(jié)構(gòu)變形及周邊水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。