高架橋下明挖隧道施工技術研究

謝 斌（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽111000）

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高架橋下明挖隧道施工技術研究

謝 斌
（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽111000）

摘 要：文章以某南京到上海方向某節點改造工程為例，對施工場地的地質情況進行了分析，然后提出了基坑維護的施工方案，通過模擬分析和對比，就圍護樁形變、基坑和高鐵橋墩之間的土體表面的形變進行了研究，希望通過本次研究，對有效控制高鐵基坑變形和橋段始形變，控制高鐵正常運行有一定助益。

關鍵詞：高鐵；橋梁施工；明挖隧道；安全分析

高鐵在建設和設計過程中特殊工程相對較少，對基坑和橋墩的形變控制還沒有特定的規范和操作標準，積極探索基坑形變和橋墩形變的控制標準對保障高鐵正常運行和安全使用有著顯著的促進作用。

1　工程地質情況分析

本次研究的地基層是由土層沉積而成，地基呈現層狀分布，各個層之間的分布比較均勻，但是各個層面之間的差距十分大，施工場地地面標準高度在 2.712m～7.851m之間，高度落差在5.141m之間。第一層為人填土層，第二層為褐黃土壤和灰黃粘土的混合在一起，第三層為灰土和青灰色粉砂混合在一起，第四層主要為灰色的粉狀粘土，最后一層為灰黃色和青灰色混合而成的青灰色粘土。施工現場，淺部土層中的地下水類型為淺水系，［1-2］擬建場地的微承壓主要存在于淺部第二層和第三層的粉土或者粉砂土中，其含水量一般，水源補充主要為大氣降水、地表水和上部存在的水源。

2　基坑圍護方案的確定

在基坑使用區域開挖一個深度和寬度為8*33m的基坑，圍護采用的模式為石砌或者隔離樁，其中石砌擋墻為工程中已經存在的建筑物，隔離樁通常為Φ1000mm～12000mm的鉆孔灌注樁，長度一般維持在17m左右。在使用期間，應該保持較低的地下水位，采用集水坑的方式降低水位。具體施工過程中，首先是開挖 Φ1000mm的鉆孔圍護樁，然后開挖一個深度為Φ500mm的高壓旋噴樁，接下來將上部的擋墻去除，做好土方開挖工作，然后將下部擋墻去除，基坑底部鋪上相應的建設材料，再然后安裝好基坑底部的地板鋼筋，最后用混凝土對地板鋼筋結構進行澆筑。

3　做好模式計算工作

3.1建立合適模型

本次研究采用的線彈性模型，塑性部分采用Mohr-Coulomb 模型，在設計過程中，基坑以垂直方向穿越高鐵橋梁，其中存在的各種技術問題按照平面應變對問題進行處理。

3.2選擇合適的計算參數

基坑圍護結構鉆孔要求灌注樁施工過程中應該按照等效強度和剛度原理將其陸續轉化為連續墻結構。混凝土設計強度應該達到C30級以上，厚度維持在0.8m以上，其他材料的物理數據可以查閱相關表格獲取。基坑施工主要分以下幾個步驟，首先將上部分擋墻及時拆除，從2012年12 月16日開始；其次，開挖基坑的土方，在擋墻拆除后一周之后進行；再次，將因為土方開挖而裸露出來的部分不上擋墻及時去除，在 12月底進行；最后，將基坑底部的墊層鋪好，并做好鋼筋結構澆筑工作，一般在第二年1月上旬進行，到一月中下旬結束。

4　結果分析

4.1高鐵橋墩沉降情況和實際數據對比分析

該項工程是在正常運行的高鐵橋梁下進行，安全性十分重要。在施工過程中最為敏感的安全因素就是橋墩的形變量控制。通過本次模擬我們可以得到高鐵橋梁沉降各種數值模式，詳細情況如圖2所示。

圖1　高鐵橋墩沉降

在高鐵橋梁底部施工過程中，橋墩最大沉降主要發生在開往南京方向的橋段中，最大的沉降度為0.64mm，隔離樁對預防過度沉降起到了良好的保護效果，通過對圖1a、b兩圖的對比發現，在項目工程施工過程中，距離基坑邊緣3.7m處的橋墩沉降值始終比距離基坑邊緣 5.7m處的要大很多，最大的差值超過了0.04mm，最大的沉降量差值相差0.03mm，這就顯示出，橋墩和基坑之間的距離是影響橋墩形變的重要因素。通常情況下，高鐵項目工程施工完畢后，最大的沉降要求應該小于等于 30mm，路基施工完畢后，扣件可調整的總體沉降量應該在15mm以下，路面和橋梁交界處的沉降差最大不得超過5mm。本次項目工程施工過程中，橋墩的沉降量始終控制在 1mm之內，有效的控制橋面和路面之間沉降差值，可以將其作為高鐵橋梁下明挖隧道施工的安全控制指標。通過模型數值模擬結構和現實測試結果對比發現，沉降規律基本符合要求，但是模型模擬出來的數值偏大，出現這種情況可能是與土體超固結現象有一定關系。

4.2基坑圍護形變情況分析

通過對圖2進行分析可以發現，圍護樁水平位移的最大值是在頂部，為4.22mm，模擬數值的最大值為4.96mm，樁頂部最大的沉降為1.45mm，維護樁整個形變主要發生在基坑土方開挖過程中，在對存在擋墻進行拆除過程中，圍護樁本身的深層水平位移較小，通過與現場實測數值進行比較，模擬形變數值和實測結果基本吻合一致。但是目前，還不能確定一個合理的控制標準。在具體施工過程中，基坑圍護樁形變控制在5mm以內，不會對高鐵正常運行造成影響。

圖2　圍護樁樁頂變形及深層水平位移

4.3基坑和橋墩之間的土體表面形變分析

隔離樁和橋墩之間土體最大的水平位移為2.41mm，最大沉降數值為 2.32mm，數值模擬和現實測得數據形變相吻合，并且存在較小誤差。土體表面發生沉降主要發生在上部擋墻部分拆除過程中，而土體傾斜主要發生在下部擋墻拆除過程中，這說明擋墻對形變產生了一定的作用。橋墩的動壓力和圍護樁身的軸力擴散主要集中在樁入土的12m的范圍之內。結合圖2所示，土體發生形變的深度范圍較小，表面位移和沉降數值應該控制在3mm以內。

5　結束語

在高鐵橋梁下明挖隧道施工作業過程中，必須嚴格控制好高鐵橋墩的形變范圍。本次項目工程施工發現，基坑形變量應該控制在5mm內，高鐵橋墩沉降應該控制在1mm之內，表面位移和沉降數值應該控制在3mm以內，這樣可以切實保證高鐵道路正常運行。

參考文獻：

［1］黃傳勝，張家生.地鐵深基坑三維有限元模型尺寸效應分析［J］.鐵道科學與工程學報. 2011（02）: 47.

［2］熊春寶，雷禮鋼，葛有志.土的不同本構關系對三維有限元分析的影響［J］. 天津理工大學學報. 2010（01）:30-31.

（責任編輯：雷 君）

中圖分類號：U455.1

文獻標識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.019

文章編號：1672–7304（2016）01–0042–02

作者簡介：謝斌（1987-），男，遼寧遼陽人，研究方向：工程技術。

Research on the construction technology of open cut tunnel under the viaduct

XIE Bin
（China Railway nineteen Bureau Group Second Engineering Co.， Ltd.， Liaoyang， Liaoning 111000）

Abstract:This study mainly to a direction of a node Nanjing to Shanghai renovation project，and on the construction site geological conditions were analyzed， and then the maintenance of construction pit proposed scheme through simulation analysis and comparison， the strain on the envelope pile soil surface deformations，excavation and high-speed rail between piers were studied.

Keywords:High-speed Rail； Bridge Construction； Cut and Cover Tunnel； Safety Analysis