大连地铁下穿魏台河桥桩结构变形和其控制探究

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1、大连地铁下穿魏台河桥桩结构变形和其控制探究　　摘要：地铁隧道下穿既有桥的关键是控制土层和桥梁结构的变形，针对新建大连地铁的工程对运营魏台河桥的影响进行分析，通过有限元程序对土层与结构的变形进行了数值计算，评价了隧道衬砌结构的受力以及隧道施工对既有桥梁结构的影响，提出了地铁隧道穿越桥桩结构过程中潜在的风险，为新建地铁区间隧道施工过程对既有桥梁结构影响进行预测评估提供依据，并提出了相应的工程处理措施。实测表明，施工过程中的各项监测数值均在安全范围之内，采取的措施有效保证了地铁隧道安全顺利穿过魏台河桥。关键词：地铁隧道；桩基托换；下穿；沉降变形；数值仿真；中图分类号：TU443文献标

2、识码：A1前言12随着城市轨道交通建设规模地不断扩大，新建隧道近距离穿越既有结构物的情况越来越多[1-2]。如北京地铁10号线下穿国贸立交桥桩基，最小近距2.41m；北京地铁线下穿玉蜓桥桩基；天津地铁3号线盾构隧道近距离穿越铁东路立交桥桩基，其最小近距仅1.35m。隧道穿越桥梁桩基时，不可避免的扰动周围土体。地层应力及变形传递到既有桩基，引起桩基承载力的损失，导致上部结构发生不均匀沉降，影响既有桥梁的安全使用，严重时可导致结构出现失稳破坏。同时，上部桥梁结构自重和荷载，会加大桩基的变位，并影响着桩身的变位模式及内力变化规律。隧道开挖引起洞周收敛，造成的土体水平位移，使得桩基表现

3、为偏向隧道的倾斜或弯曲，影响桩身截面强度。隧道施工过程中需要同时保证新建隧道的安全和既有结构物的稳定，尤其是对于隧道下穿既有桥梁这一问题更加突入，施工不慎甚至可能造成桥梁垮塌、车毁人亡的严重后果。所以地铁开挖对桩的影响越来越引起专家学者以及工程技术人员的高度重视。目前相关技术人员与学者针对这一问题开展了多方面的研究：吴波[3]采用流固耦合分析，针对北京地铁5号线隧道过河过桥段研究了降水对桥基的影响，并对隧道加固方案进行了比选；苏东[4]等结合北京轨道交通机场线盾构法穿越三元桥的实际工况，提出了针对北京地区典型地质条件下的沉降控制措施；李奎[5]采用三维数值模拟方法，对北京地铁5

4、号线过河过桥隧道施工可能采用的4种超前支护方案进行了分析。目前，工程界有关近接施工沉降控制方面的研究较多，控制技术也日渐成熟，但针对新建地铁工程对运营桥梁桩基进行托换加固的影响研究相对较少。本文结合大连市新建地铁工程施工下穿魏台河桥的影响及控制技术进行了分析探讨。2工程概况12大连地铁2号线马栏广场～湾家区间施工过程中需穿越魏台河桥。魏台河桥为四跨间距15m的简支板梁结构，上部结构为空心板梁，桥梁各跨支座为三跨连续盖梁，截面为1.4mx1.2m，每道盖梁下横向设置四根1.2m直径桥柱及柱下直径1.7m单桩承载，桩基插入中风化石英岩约6m。下穿段均为单洞单线断面，该段魏台桥桥桩桩

5、底离左线隧道拱顶净距3.713m、离右线隧道拱顶净距0.437m。新建隧道线路与既有魏台河桥相对位置关系如图1及图2所示。图1区间隧道与桥基桩平面位置关系图(单位:mm)Fig.1Sketchofplanerelationshipaboutbridgeandtunnel(mm)图2区间隧道与桥基桩立面图(单位:mm)Fig.2Elevationviewaboutpilefoundationofrunningtunnelandbridges(mm)区间隧道埋深15～17m，区间沿线原始地貌为剥蚀残丘、马栏河阶地，地势起伏较大，地面高程22.03～30.24m。下穿区段正洞主要穿越

6、中风化石英岩、中风化板岩、中风化石英岩夹板岩地层，局部隧道拱顶位于卵石与中风化岩层交界面。地下水类型主要是土层孔隙水及基岩裂隙水，土层孔隙水主要赋存在素填土层中，基岩裂隙水主要赋存于强风化及中风化板岩中。123风险分析与桩基托换措施由于隧道施工期间，魏台桥桥面车辆正常行驶，桥梁各道盖梁桩间差异沉降控制较为严格，为确保隧道穿桥期间的桥梁结构自身安全以及隧道开挖的安全，考虑对该桥的第2~5排桩进行承载力托换，基本思路为在影响隧道开挖盖梁下各桩顶部位设置3mx2m基础梁，下设托换桩，如图3所示。通过增加抗剪措施使桥桩与托换基础梁紧接并协同工作。同时对区间隧道下穿过程中隧道拱部设置超前

7、小导管，对隧道拱顶以上岩体进行预加固，下穿桥桩段隧道支护参数适当加强，初支厚度调整为300mm，格栅间距调整为500mm。图3加固示意图Fig.3Reinforcementschemes4沉降变形计算隧道开挖对桥梁桩基产生影响，为了保证上部结构的安全，对桩基采取托换加固的方法，选取第三排桩，采用MIDAS/GTS有限元软件，对隧道的开挖过程进行仿真模拟。根据隧道与桥梁桩基的相对位置关系，考虑隧道开挖的影响范围及“边界效应”[6-8]，建立60m×40m的二维数值模型，土体采用平面应变单元模拟