盾构隧道穿越既有混凝土桥梁结构的风险控制指标

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1、第35卷，第3期中国铁道科学VoI．35No．32014年5月CHINARAILWAYSCIENCEMay，2014文章编号：lOO1—4632(2o14)03—0047—09盾构隧道穿越既有混凝土桥梁结构的风险控制指标张海彦，何平，胡友刚1,2，秦东平L，闫国新。(1．北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京100044；2．北京市轨道交通建设管理有限公司，北京100037；3．中国新兴保信建设总公司，北京100037)摘要：基于《公路桥梁承载能力检测评定规程》，确定桥梁承载能力计算参数；采用有限元法计算盾构隧道穿越既有混

2、凝土桥梁结构时桥梁结构的剩余承载力和结构内力；选取桥梁结构的内力不大于剩余承载能力时的桥梁结构差异变形值，作为工程的最终风险控制指标；根据每个阶段控制步各监测控制点的变形规律，将最终风险控制指标分配给每个阶段控制步，得到工程的阶段风险控制指标。以地铁公主坟站一西钓鱼台站区间双洞盾构隧道穿越普惠桥工程为例进行仿真分析。结果表明：该工程的最终风险控制指标为中幅桥台竖向差异沉降不大于10．0mm；边幅桥台竖向差异沉降不大于5．0mm；桥台水平位移均不大于5．1mm；边幅桥台的差异变形越大，使得其各工况的内力相差较大；中幅及边幅桥台的变形随着

3、隧道开挖面的接近及穿越南桥台逐渐增加，随着隧道开挖面离开北桥台逐渐减小；中幅桥台的竖向阶段风险控制指标明显高于边幅桥台的竖向风险控制指标，而二者水平向的阶段风险控制指标较为接近。关键词：盾构隧道；桥梁结构；风险控制；剩余承载力；结构内力；差异变形中图分类号：U455．43：U441．7文献标识码：Adoi：10．3969／j．issr~1001—4632．2014．03．08随着城市轨道交通的快速发展[1]，地铁盾构隧的安全性和可控性。道不可避免地会穿越既有公路桥梁结构等。在盾构隧道施工过程中，若土体变形较大，将可能导致既1桥梁承载能

4、力计算参数的评定有桥梁结构产生附加内力和变形，使得桥梁结构开裂、倾斜，为桥梁的安全和正常使用埋下隐患[2]。目前对既有公路桥梁承载能力的评定采用《公因此，如何确定地铁盾构隧道穿越既有桥梁结构时路桥梁承载能力检测评定规程》[6]。该规程通过对的风险控制指标，成为盾构隧道施工过程中需要解构件材质强度、混凝土碳化深度、钢筋保护层厚度决的技术问题之一。等的检测，给出各检测参数的评定标度。并考虑评既有的公路混凝土桥梁在正常使用过程中，由定期内桥梁结构进一步的衰退和恶化，给出如下桥于汽车荷载、风吹日晒等因素的影响，其结构构件梁承载能力极限状态的评

5、定公式。不可避免地会出现裂缝、碳化、钢筋锈蚀等损伤，roS≤R(fd，&adc，袁ads)Zl(1一&)(1)使得桥梁的承载能力随着使用年限的增加而逐渐削式中：ro为结构的重要性系数；S为荷载效应函弱。因此，本文基于桥梁承载能力参数的评定，采数；R(·)为抗力效应函数；厂d为材料的设计强度；用有限元法计算地铁盾构隧道穿越既有公路混凝土&为构件截面折减系数；adc为构件的几何参数；＆桥梁结构时桥梁结构的剩余承载力和结构内力，在为钢筋截面折减系数；‰为钢筋的几何参数；Z此基础上，确定盾构隧道施工工程的最终风险控制为承载能力检算系数；&为承

6、载能力恶化系数。指标和阶段风险控制指标，从而提高盾构隧道施工采用式(1)对桥梁承载能力极限状态进行评收稿日期：2013—07—20；修订日期：2014—01—10基金项目：国家自然科学基金资助项目(50778012)；北京市轨道交通建设管理有限公司科研试验项目(地铁十(二)线科技字第2013A173号)作者简介：张海彦(1982一)，男，陕西榆林人，博士研究生。48中国铁道科学第35卷定时，首先需要根据桥梁结构的检测结果对参数度和结构自振频率这3个指标进行检测，并评定其，＆，Z1和&进行评定。标度，然后由式(3)计算出承载能力综合评定

7、标1．1构件截面折减系数∈的评定度D，再按照表3确定构件不同受力状态时的承载对混凝土桥梁，由于材料风化、混凝土碳化、能力检算系数Z。物理及化学损伤而引起构件的有效截面损失，导致3D一∑DJ口(3)构件截面抗力的降低。因此，首先选取构件的材料j=l风化、混凝土碳化和物理及化学损伤等3个指标进式中：D，为影响z的第项检测指标的评定标行检测并评定其标度，然后由式(2)计算出构件度，按照文献[6]中4．2．2条、表5．3．5、表截面综合评定标度R，再按照表1确定构件截面折5．9．2的规定确定；a为第项检测指标的权重，减系数。3个指标的权重分别

8、取0．40，0．30，0．30。表3承载能力检算系数R一∑R(2)式中：R为影响。的第i项检测指标的评定标度，按照文献[6]中表7．7．5—1、表7．7．5—2、表5．7．3的规定确定；∞为第i项检测指标的权重，3个指标