汪楊洲 WANG Yang-zhou
(廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司,廣州 510000)
隨著我國城市軌道交通建設(shè)的進(jìn)一步深化,施工面臨的環(huán)境條件越發(fā)復(fù)雜,區(qū)間下穿、側(cè)穿既有管線、道路及橋梁等成為常態(tài)。其中橋梁對沉降、變形尤為敏感,相應(yīng)控制值要求較為嚴(yán)格,盾構(gòu)區(qū)間如何安全、高效地側(cè)(下)穿橋樁成為眾人研究的課題。王馨霆[1]、郝美麗[2]等通過數(shù)值模擬結(jié)合工程實例分析了盾構(gòu)側(cè)穿橋樁時,掘進(jìn)過程中橋樁的受力及變形特性。邢慧堂[3]、吳鎮(zhèn)[4]等分析了隔離樁措施對側(cè)穿工況橋樁的保護(hù)作用,并通過數(shù)值分析就隔離樁樁長、樁間距等參數(shù)提出了優(yōu)化方案。劉強(qiáng)[5]等從左右線施工步序出發(fā),通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)不同施工步序?qū)驑兜乃轿灰朴绊懹休^大差別,提出雙線盾構(gòu)側(cè)穿橋樁時采用先近后遠(yuǎn)的施工方案有利于對橋樁水平位移的控制。目前對雙線盾構(gòu)區(qū)間側(cè)下穿橋樁案例研究較少,左右線掘進(jìn)順序的不同對側(cè)下穿工況下橋樁豎向位移的影響規(guī)律也有待說明。因此,本文采用數(shù)值模擬方法,結(jié)合工程實例分析了雙線盾構(gòu)區(qū)間不同施工步序側(cè)下穿橋樁的影響規(guī)律,探究了隔離樁措施對該工況下橋樁的保護(hù)作用,對類似工程具有一定參考價值。
北京地鐵7號線東延工程為7號線的東部延伸線,敷設(shè)于朝陽、通州兩個城區(qū),是橫穿北京南城的東西向重要骨干線,全為地下線。
黑莊戶站~萬盛南街西口站由明挖、暗挖及盾構(gòu)區(qū)間組成,其中盾構(gòu)段下穿京哈高速并側(cè)下穿南大溝橋橋樁,穿越段平面位置關(guān)系見圖1。盾構(gòu)區(qū)間采用外徑6m,內(nèi)徑5.4m,環(huán)寬1.2m的管片,穿越段線間距15m。
圖1 區(qū)間側(cè)下穿橋樁平面位置圖
南大溝橋為簡支梁橋,橋面寬34.5m,下部結(jié)構(gòu)支承采用鋼筋砼蓋梁,基礎(chǔ)采用φ1.2m鉆孔灌注樁,邊樁樁長18.4m。圖2為區(qū)間側(cè)下穿橋樁剖面位置圖。
圖2 區(qū)間側(cè)下穿橋樁剖面位置圖
盾構(gòu)區(qū)間左線距南大溝橋橋樁最小水平凈距6.5m,垂直凈距約1m,在穿越道路范圍,盾構(gòu)隧道埋深約22.4m。
通過Midas GTS,建立平面應(yīng)變有限元模型(圖3),模型長度×高度為141m×35m,盾構(gòu)尺寸、樁長及相對位置關(guān)系按實際參數(shù)取值。
圖3 區(qū)間側(cè)下穿橋樁有限元模型
區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)(管片)、橋梁采用線彈性模型,土層采用摩爾-庫倫模型,橋梁、土層間采用界面單元。各土層參數(shù)參照詳勘報告取值,相臨類似土層合并進(jìn)行適當(dāng)簡化,相應(yīng)物理力學(xué)參數(shù)取平均值,各土層參數(shù)取值見表1。
表1 土層參數(shù)
模型上表面為自由邊界,兩側(cè)法向約束,底面X、Y向約束。
2.2.1 雙線區(qū)間先遠(yuǎn)后近施工
區(qū)間左右線分步掘進(jìn),先施工右線區(qū)間(遠(yuǎn)),再施工左線區(qū)間(近)。圖4、圖5分別為右線先施工工況下單線、雙線施工后位移云圖。
圖4 右線先施工位移云圖
圖5 雙線施工后位移云圖
2.2.2 先近后遠(yuǎn)施工
區(qū)間左右線分步掘進(jìn),先施工左線區(qū)間(近),再施工右線區(qū)間(遠(yuǎn))。圖6、圖7分別為左線先施工工況下單線、雙線施工后位移云圖。
圖6 左線先施工位移云圖
圖7 雙線施工后位移云圖
2.2.3 隔離樁保護(hù)措施
在區(qū)間與橋樁間提前打設(shè)兩排微高壓旋噴樁進(jìn)行隔離,旋噴樁樁徑1m,樁間距0.7×0.7m,梅花形布置,樁底與隧道底齊平(先遠(yuǎn)后近施工)。設(shè)隔離樁工況下雙線施工后位移云圖見圖8。
圖8 設(shè)隔離樁雙線施工后位移云圖
統(tǒng)計不同施工工況下地表最大沉降、樁頂沉降及樁頂/底水平位移量(見表2)。
表2 土層、橋樁位移
計算結(jié)果揭示,雙線盾構(gòu)區(qū)間側(cè)下穿橋樁,左右線掘進(jìn)順序?qū)俄敵两涤绊戄^小,先遠(yuǎn)后近施工略有優(yōu)勢(樁頂沉降量減小約6%)。而樁水平位移受左右線掘進(jìn)順序影響較大,對樁頂位移而言,先遠(yuǎn)后近施工有利(樁頂水平位移量減小約22%);對樁底而言,先近后遠(yuǎn)施工有利(樁底水平位移量減小約23%)。
采取隔離樁措施能顯著的減小樁頂沉降(減小約60%),并有利于樁頂水平位移控制(減小約43%)。
本區(qū)間現(xiàn)場采用先遠(yuǎn)后進(jìn)的掘進(jìn)順序施工,在區(qū)間與橋樁間設(shè)置了兩排微高壓旋噴樁隔離,現(xiàn)已施工完成。在盾構(gòu)區(qū)間穿越道路及橋樁段,測量得到各項指標(biāo)均滿足控制要求,道路、橋樁外觀及功能均良好,無需采取后續(xù)處理措施。
本研究采用有限元方法分析了雙線盾構(gòu)區(qū)間側(cè)下穿橋樁工況下,區(qū)間掘進(jìn)順序及隔離樁措施對橋樁沉降及水平位移的影響,得出以下結(jié)論。
①盾構(gòu)側(cè)下穿橋樁時,左右線掘進(jìn)順序?qū)驑端轿灰朴绊戄^大,采用先遠(yuǎn)后近施工有利于樁頂沉降及水平位移的控制,而先近后遠(yuǎn)施工則有利于樁底水平位移的控制,實際施工時宜根據(jù)關(guān)鍵控制因素比選采用。
②盾構(gòu)側(cè)下穿橋樁時,設(shè)置隔離樁措施能顯著減小樁頂沉降及水平位移量,可作為類似工況橋樁保護(hù)方案的優(yōu)選項。