孫萍萍

(中鐵四局集團第三建設(shè)有限公司，天津 300163)

0 引言

隨著城市軌道交通的持續(xù)發(fā)展，地下空間如何有效利用變成了重視的問題之一。受規(guī)劃和工程地質(zhì)等因素的影響，新建工程將會不可避免的對既有軌道交通的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動，如何保證既有結(jié)構(gòu)的安全將是工程施工的關(guān)鍵。

1 工程概況

1.1 新建工程概況

某城市道路規(guī)劃為城市主干路，設(shè)計行車速度60 km/h。其北段已于2018年建成通車。在設(shè)計終點附近下穿某城市軌道交通既有線，形成鐵路立交，由于道路低點的雨水不能自流排除，每年汛期大雨時均易出現(xiàn)積水情況，急需建設(shè)一座雨水泵站。

1.2 既有地鐵現(xiàn)狀

該既有軌道交通線為雙線中低速磁浮，雙線間距4.6 m，設(shè)計速度100 km/h，軌道屬于中低速F軌。

工程影響段為高架橋區(qū)間，橋梁位于直線上，本聯(lián)橋跨布置為(23.6+39.2+23.6)m，4個橋墩分別為71號～74號橋墩(見圖1)。橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩，矩形實體墩臺。

本項目穿越本聯(lián)中跨橋梁，鄰近橋墩為72號和73號橋墩。72號和73號橋墩基礎(chǔ)為承臺和群樁基礎(chǔ)，承臺均埋深2 m，樁基類型均為摩擦樁，樁長為17 m。其中72號橋墩承臺下設(shè)置6根樁基，73號橋墩承臺下設(shè)置9根樁基[1-3]。

1.3 新建工程與既有地鐵位置關(guān)系

自北向南沿該道路主路新建D=2 000 mm雨水管道，開槽深度約3.8 m，基槽開挖上口距西側(cè)橋墩水平距離約7.3 m，距東側(cè)橋墩水平距離約21.5 m。基槽開挖下口線距離樁基礎(chǔ)最小距離為7.78 m(見圖2)[4]。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

本工程巖土工程勘察期間實測的鉆孔孔口處地面標(biāo)高為80.73 m～81.05 m。根據(jù)對現(xiàn)場鉆探、原位測試與室內(nèi)土工試驗成果的綜合分析，將本工程巖土工程勘察勘探深度范圍內(nèi)(最深30.00 m)的地層，按成因類型、沉積年代劃分為人工堆積層、新近沉積層及第四紀(jì)沉積層三大類，并根據(jù)各地層巖性及工程性質(zhì)指標(biāo)劃分為5個大層及其亞層，具體分述如表1所示。

表1 主要地層情況

3 基坑開挖對高架橋的影響

高架橋梁附近的基坑工程施工時，對鄰近橋梁結(jié)構(gòu)的影響主要是基坑開挖深度、與橋梁結(jié)構(gòu)的距離和橋梁樁基的剛度?；庸こ淘谑┕で巴翆诱w處于穩(wěn)定的狀態(tài)，對于橋梁樁基來說提供穩(wěn)定的側(cè)摩阻力。當(dāng)進行土方開挖時，橋梁樁基臨近基坑的一側(cè)和另一側(cè)的土體產(chǎn)生不平衡的土壓力，對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變形，對橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。

對于地鐵高架橋梁來說，基礎(chǔ)不均勻沉降將對上部結(jié)構(gòu)造成不良的影響，對于上部結(jié)構(gòu)連續(xù)的橋梁，容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力。

4 施工監(jiān)測

4.1 監(jiān)測方案

監(jiān)測范圍內(nèi)共涉及4個單柱墩，對于橋墩豎向變形監(jiān)測，每個墩柱布設(shè)1個測點，共布設(shè)4個墩柱豎向變形測點。對于水平變形監(jiān)測，每個橋墩布設(shè)順橋向和橫橋向2組測點，每組2個，共16個測點。

4.2 監(jiān)測頻率

監(jiān)測頻率在施工期，每晚列車停運后監(jiān)測1次；施工期結(jié)束1個月內(nèi)，7 d監(jiān)測1次；施工期結(jié)束2個月～13個月，1個月監(jiān)測一次。

4.3 橋梁變形情況

監(jiān)測點S1QDJC01～S1QDJC04分別對應(yīng)71號～74號橋墩，監(jiān)測周期內(nèi)其豎向位移值如圖3所示。其中正值表示為上升，負值表示為下降。從圖3結(jié)果可以看出與基坑較近的72號和73號橋墩在第4天和第5天均出現(xiàn)不同情況的上浮變形，對應(yīng)的豎向位移分別為0.19 mm和0.24 mm，對應(yīng)土方開挖的施工階段，導(dǎo)致樁基周圍部分土體土壓力發(fā)生變化，導(dǎo)致土體變形，進而造成橋梁墩柱的不均勻沉降。在基坑土方開挖期間內(nèi)，墩柱的豎向變形出現(xiàn)了不同程度的上浮變形，而在基坑內(nèi)管線施工及后續(xù)的施工回填過程中，墩柱開始發(fā)生不同程度的沉降變形，在回填夯實期間沉降達到最大，約為0.55 mm，后續(xù)變形逐漸穩(wěn)定，72號和73號橋墩保持在0.4 mm左右[5-6]。

橋梁水平位移監(jiān)測結(jié)果見圖4～圖7，監(jiān)測點S1QDJW71-01～S1QDJW71-04對應(yīng)71號橋墩4個不同的水平位移監(jiān)測點，同理S1QDJW72～S1QDJW74分別對應(yīng)其余3個橋墩的水平位移監(jiān)測點，從圖4～圖7可以看出橋墩最大水平變形約為0.3 mm，最大水平位移量位于73號橋墩，變形方向為順橋向，即向基坑方向變形[7]。

5 數(shù)值模擬情況

5.1 模型建立

模型選取影響范圍內(nèi)3跨高架橋梁結(jié)構(gòu)，建立橋梁下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)與土體模型，地下土體采用實體單元，對于不同土層分別采用不同的材料力學(xué)參數(shù)進行模擬，同時按照最不利的情況及一次整體開挖的情況進行施工步序的模擬(見圖8)。

5.2 數(shù)值模擬結(jié)果

根據(jù)計算模型結(jié)果可知，管線基坑開挖完成后，既有地鐵線高架橋結(jié)構(gòu)豎向最大變形值為0.39 mm，屬于上浮變形，發(fā)生在臨近管線基坑側(cè)的橋梁墩臺處，即73號橋墩(如圖9所示)；橫橋向水平最大變形值為0.31 mm，順橋向水平變形最大值為0.16 mm，變形方向均為偏向管線基坑側(cè)，同時也發(fā)生在臨近管線基坑的橋梁墩臺處，即72號和73號橋墩(如圖10,圖11所示)。

5.3 模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果對比

根據(jù)實際監(jiān)測結(jié)果，橋墩在基坑開挖施工過程中，最大位移預(yù)警值為0.7 mm，在實際監(jiān)測過程中均小于預(yù)警值。對于豎向變形值數(shù)值模擬結(jié)果略大于實際監(jiān)測結(jié)果，原因可能是在施工過程中對由于施工機械的問題導(dǎo)致豎向上浮變形偏小。而水平變形情況與數(shù)值模擬結(jié)果較為吻合[8-10]。

6 結(jié)論

對于本項目中的三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)的不均勻變形

更容易造成上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，進而引起上部結(jié)構(gòu)的病害。同時在對于橋梁安全性影響分析時，需進一步根據(jù)下部水平及豎向變形的結(jié)果，對橋梁上部結(jié)構(gòu)的可靠性進行驗算。本次通過實際監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬進行對比，可以為其他項目提供一定的參考。