地鐵隧道下穿既有鐵路橋施工影響分析

閆 鑫，葉陽升，張 梅，馬偉斌

(1.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;2.中國鐵道科學(xué)研究院高速鐵路軌道技術(shù)國家重點實驗室，北京 100081;3.鐵道部工程管理中心，北京 100844)

地鐵隧道下穿既有鐵路橋施工影響分析

閆 鑫1，2，葉陽升1，2，張 梅3，馬偉斌1，2

(1.中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081;2.中國鐵道科學(xué)研究院高速鐵路軌道技術(shù)國家重點實驗室，北京 100081;3.鐵道部工程管理中心，北京 100844)

近年來我國城市地鐵建設(shè)得到了較快的發(fā)展，隧道下穿既有構(gòu)筑物的工程增加，地鐵下穿既有鐵路橋施工，如處置不當(dāng)將影響列車安全運行。本文結(jié)合哈爾濱地鐵隧道下穿既有鐵路框構(gòu)橋施工，對施工過程中框構(gòu)橋與土層之間出現(xiàn)的滑移和脫空進(jìn)行模擬分析，結(jié)合實際框構(gòu)橋差異沉降觀測結(jié)果，選擇注漿加固橋基。研究結(jié)果表明:隧道施工過程中，橋梁的不均勻沉降，改變了橋梁的受力狀態(tài)，但橋梁變形在允許范圍內(nèi)，根據(jù)需要可以加大注漿加固范圍，以保證施工期間橋梁能夠安全服役。

地鐵下穿 框構(gòu)橋 仿真計算 施工影響

地鐵隧道下穿既有橋梁施工時，隧道開挖擾動周圍地層，引起地層移動和變形，可能對一定范圍內(nèi)鄰近的橋梁基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)造成損傷。北京、上海和廣州地鐵建設(shè)中都曾遇到類似問題，給設(shè)計和施工帶來了極大難題。如果處理不當(dāng)，會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。結(jié)合哈爾濱地鐵1號線下穿哈爾濱南站既有鐵路橋工程，對地鐵隧道下穿既有鐵路橋產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究。

1 工程概況

哈爾濱地鐵1號線南站站至農(nóng)科院站區(qū)間段下穿哈爾濱南站1號—9號鐵路橋，其中7號橋為框構(gòu)橋，無樁基，橋梁底板距隧道頂部約6.3 m。該橋通行貨運列車，車速不超過30 km/h。圖1為7號框構(gòu)橋與新建地鐵區(qū)間隧道關(guān)系。

圖1 7號橋和地鐵隧道關(guān)系(單位:mm)

2 地鐵下穿既有鐵路橋變形影響分析

2.1 計算模型

模型尺寸為62.88 m×41.00 m×32.25 m。劃分網(wǎng)格后的實體模型如圖2所示。考慮到框構(gòu)橋與土層之間的滑移與脫空，在框構(gòu)橋與土層之間建立接觸面，地層參數(shù)如表1。

圖2 7號框構(gòu)橋有限元模型

表1 地層力學(xué)參數(shù)

按照實際的兩臺階工法進(jìn)行模擬，每循環(huán)進(jìn)尺0.5 m，上臺階預(yù)留核心土，保證掌子面與核心土間距2 m，上臺階掌子面與下臺階間距3 m，上、下行隧道前后錯開20 m開挖，荷載按照實際情況折算施加。

2.2 框構(gòu)橋變形分析

橋監(jiān)測原點位于計算模型中框構(gòu)橋農(nóng)科院站一側(cè)的面上，計算監(jiān)測點沿上行線隧道走向水平布置。見圖3，可以看出，按照上、下行線隧道間隔20 m的開挖方式施工至變形穩(wěn)定后，公路主路與輔路下框構(gòu)橋底板最大沉降量分別為14.46 mm，14.15 mm，超過限值10 mm。7號框構(gòu)橋差異沉降監(jiān)測點位置如圖4所示。

圖3 框構(gòu)橋垂向位移沿縱向分布

圖4 7號框構(gòu)橋差異沉降監(jiān)測點位置

計算結(jié)果顯示，在隧道施工過程中，7號框構(gòu)橋稍有傾斜，垂向位移最小為3.09 mm，位置在1#點，最大為8.57 mm，位置在8#點。差異沉降為8.57-3.09=5.48 mm，小于要求的0.001L=0.001×42 880=42.88 mm，L為橋跨長。在7號框構(gòu)橋前期服役狀態(tài)正常的情況下，7號框構(gòu)橋可能出現(xiàn)整體沉降超標(biāo)，但結(jié)構(gòu)整體安全程度較高。

2.3 框構(gòu)橋脫空

隧道施工將會引起框構(gòu)橋底板出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，過大的脫空將導(dǎo)致框構(gòu)橋底板出現(xiàn)裂縫，框構(gòu)橋垂向位移見圖5，墊層垂向位移見圖6。由圖5和圖6可以看出，在施工過程中，將導(dǎo)致框構(gòu)橋在已有變形基礎(chǔ)上向下行線稍有傾斜。

框構(gòu)橋底板及墊層垂向位移最大變形均發(fā)生在正中位置外側(cè)，框構(gòu)橋底板最大變形為8.24 mm，相同位置處墊層的最大變形量為9.31 mm，有脫空現(xiàn)象發(fā)生;正中位置里側(cè)，框構(gòu)橋底板最大變形為6.24 mm，相同位置處墊層的最大變形量為6.42 mm，二者變形基本相近。

圖5 框構(gòu)橋垂向位移

圖6 框構(gòu)橋墊層垂向位移

3 結(jié)論及建議

地鐵下穿7號鐵路橋，框構(gòu)橋底板下沉超過限值10 mm，橋底板有脫空現(xiàn)象，差異沉降較小，在允許范圍內(nèi)。據(jù)此，建議加大監(jiān)測頻率，實時掌握橋梁變形情況，根據(jù)橋梁變形發(fā)展趨勢，必要時應(yīng)擴(kuò)大注漿范圍;由于脫空病害具有隱蔽性，施工時，在初期支護(hù)完成后，對區(qū)間隧道開挖影響的范圍進(jìn)行物探，探測框構(gòu)橋底板的脫空位置、脫空程度，根據(jù)探測結(jié)果對框構(gòu)橋脫空區(qū)進(jìn)行注漿加固處理，避免底板脫空現(xiàn)象進(jìn)一步發(fā)展，改善橋梁受力狀況，保證區(qū)間隧道施工過程中鐵路橋的安全。

[1]包德勇.近距離交疊隧道施工影響的數(shù)值模擬[J].地下空間與工程學(xué)報，2011，7(1):127-132.

[2]劉志祥，郭永樂，周士霖.隧道下穿橋梁的橋墩穩(wěn)定性未確知測度評價研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2011，21(4):97.

[3]翟旭東，彭立敏，吳祖標(biāo)，等.牛角沖互通立交橋在瀏陽河隧道下穿時的變形特性[J].鐵道建筑，2009(5):41-43.

[4]崔光耀，王明年，路軍富，等.客運專線機(jī)場路隧道下穿高架橋近接樁基施工位移控制技術(shù)[J].中國鐵道科學(xué)，2011，32(3):68-73.

[5]宋曉宇，劉濤，梁青槐.盾構(gòu)下穿地鐵13號線清河高架橋地表沉降監(jiān)測[J].鐵道建筑，2011(6):65-67.

U455

A

1003-1995(2012)06-0084-02

2012-04-05;

2012-04-20

閆鑫(1984— )，男，河北石家莊人，博士研究生。

(責(zé)任審編 王 紅)