軌道交通下穿城市道路橋臺的數值分析

周祖勇 郭艷華

(1.重慶市江北區城鄉建設委員會，重慶 400025； 2.廈門市市政設計院重慶分院，重慶 400015)

?

軌道交通下穿城市道路橋臺的數值分析

周祖勇1郭艷華2

(1.重慶市江北區城鄉建設委員會，重慶 400025； 2.廈門市市政設計院重慶分院，重慶 400015)

以重慶軌道交通九號線隧道下穿城市道路橋臺工程為例，通過建立有限元數值模型，計算分析了隧道開挖、橋基及橋臺的變形發展規律，并探討了軌道施工對橋梁結構的影響，為下階段隧道設計和施工提供依據。

隧道，橋臺，有限元模型，荷載

0 引言

近年來，隨著重慶市軌道交通的快速發展，軌道交通與現狀及規劃城市道路、橋梁的矛盾也逐漸增多，沖突更加凸顯，特別是軌道穿越橋梁結構時，更需要進行充分的論證，因此，對重慶軌道交通九號線下穿城市次干道B路橋臺的有限元數值計算分析是十分重要的，由于軌道交通施工方式為暗挖施工，開挖斷面比較大，可能會造成橋臺基底及車站二襯發生的變形較大，通過計算先行判斷軌道施工對橋梁結構的影響，為下階段軌道設計和施工提供參考。

1 概況

重慶市軌道交通九號線規劃的李家坪站位于現狀嘉華大橋北延段道路下，為地下隧道。城市次干道B路在軌道九號線李家坪站處上跨嘉華大橋北延伸段(正交)形成分離式立交，該道路為城市次干道，雙向四車道，規劃路幅寬度為26 m，上跨橋上部結構采用2×40 m預應力混凝土簡支小箱梁，橋墩為樁基礎，重力式U型橋臺，基礎形式為嵌巖擴大基礎，基底標高270.37～268.37，擬建橋臺位于規劃軌道九號線右側軌道正上方。B路與軌道相交處路面標高275.571，現狀嘉華大橋北延伸段道路標高267.9，軌道九號線該處車站設計高度18 m、寬20 m，車站結構頂標高為256.07,豎向高差在道路里程線處約為14.3 m，在最不利處約為12.8 m。

2 平面有限元數值計算

采用通用有限元軟件Midas-GTS對軌道交通九號線下穿城市次干道B路橋臺進行有限元分析，選取如圖1中所示典型橫剖面，模擬軌道九號線李家坪車站隧道開挖、使用中橋梁樁基和橋臺變形發展規律。

2.1 計算參數選取

計算范圍內的巖層以中風化泥巖和砂巖層為主，圍巖級別為Ⅳ級。有限元計算采用的單元類型及材料參數如表1所示。設計荷載中，汽車荷載：城—A級；人群荷載：4.0 kN/m2；路面設計軸載：BZZ-100。

表1 材料參數表

2.2 有限元模型的建立

整個計算采用5個計算步進行模擬：

計算步1：模擬隧道左、右導坑開挖；

計算步2：模擬隧道中左側、右側初期支護施工以及錨桿施工；

計算步3：模擬隧道左右側導坑襯砌支護施工及中間導坑開挖；

計算步4：模擬隧道導坑初期支護施工及錨桿施工；

計算步5：模擬隧道中間導坑襯砌支護施工。

具體有限元模型圖如圖2所示。

2.3 計算結果

通過對模型的有限元分析，得到變形圖及內力圖如圖3，圖4所示。

表2 計算結果表

工況隧道開挖隧道施工結束樁基、橋臺變形/mm2．453．41襯砌彎矩/kN·m—419初期支護彎矩/kN·m—41．4錨桿應力/MPa—41．5

從圖3，圖4及表2可以看出，軌道九號線李家坪車站隧道開挖引起橋梁橋臺基礎下沉量為2.45 mm，隧道施工結束后，橋臺累計下沉量3.41 mm，雖然軌道九號線隧道最小覆土厚度為12.8 m，埋深較淺，隧道設計斷面較大，但隧道襯砌結構處于中風化泥巖層中，巖土力學性質較好，同時隧道分斷面分導坑逐段有序開挖，初支及襯砌緊密跟進施工的作業方式，也有效控制隧道整個施工階段對上部橋梁的影響。

3 結語

1)本文通過對重慶軌道交通九號線下穿城市次干道B路橋臺的有限元數值計算分析，軌道九號線開挖施工及使用引起B路橋臺最大變形3.41 mm，同時，在擬建軌道處橋梁的施工及運營，引起軌道九號線襯砌內力與現狀頂部無荷載情況變化不大。

2)為避免B路橋梁樁基對規劃軌道九號線結構物發生豎向傳力，樁基以軌道結構物向外45°擴散線為嵌巖起算線，同時樁基嵌巖起算線以上巖層段采用隔離措施。若橋梁的施工時間早于軌道的施工時間，采用機械成孔，若橋梁的施工時間晚于軌道的施工時間，避免樁基的施工對軌道結構的擾動，采用人工挖孔。

3)軌道九號線隧道開挖時，禁止爆破施工，避免爆破震動影響橋臺底部巖體穩定，進而影響到橋臺的安全使用。同時施工時應注意監控測量，隧道開挖時，橋臺基底沉降控制在6 mm以內，軌道正常運營時，橋臺基底沉降控制在8 mm以內，橋臺橫向不均勻沉降不超過2‰。

[1] 李 治.數值計算軟件在巖土工程中應用叢書:Midas/GTS在巖土工程中應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[2] 章立峰，劉建國.地鐵區間隧道施工過程動態模擬分析[J].隧道建設，2003，23(6):3-5.

[3] 吳 波,高 波.城市地鐵小間距隧道施工性態的力學模擬與分析[J].中國公路學報,2005(3):84-89.

The numerical analysis on road abutment of rail transit underground city

Zhou Zuyong1Guo Yanhua2

(1.ChongqingJiangbeiDistrictUrbanandRuralConstructionCommittee,Chongqing400025,China;2.ChongqingBranch,XiamenMunicipalEngineeringDesignInstituteCo.,Ltd,Chongqing400015,China)

Taking the road abutment engineering of Chongqing rail transit line 9 tunnel underground city as an example, through the establishment of finite element model, calculated and analyzed the deformation and development laws of tunnel excavation, bridge foundation and abutment, and discussed the influence of rail construction to bridge structure, provided basis for the next phase tunnel design and construction.

tunnel, abutment, finite element model, load

1009-6825(2016)30-0170-03

2016-08-15

周祖勇(1982- )，男，碩士，工程師

U441

A