哈爾濱某地鐵區(qū)間下穿某橋模型分析

彭濤

【摘 要】簡要介紹了哈爾濱地鐵1號線某段區(qū)間隧道下穿四環(huán)某橋的工程施工方法及為減小路面和橋面沉降所施做的工程措施。本文的分析方法主要采用巖土和隧道有限元分析計(jì)算軟件Midas GTS nx對該下穿區(qū)段進(jìn)行3D建模以模擬并分析區(qū)間于該地段下穿四環(huán)路某橋的現(xiàn)實(shí)情況。計(jì)算得出的結(jié)果對于該工程具有預(yù)測及指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】地鐵 有限元 3D建模 下穿橋 Midas GTS nx

1 工程概況

哈爾濱城市軌道交通1號某區(qū)間與該市四環(huán)路某橋斜交（該四環(huán)路橋順橋向與哈爾濱地鐵1號線線路方向交叉角約67.5°），相交長度約38.7m。該橋位于該市四環(huán)路上，因與市區(qū)某主干街道相交故施做橋梁橫跨該街道。該橋?yàn)槠胀ê喼Я簶颍瑯蛄鹤畲罂缍燃s20.7m，橋墩與橋臺距離約11.5m，該橋橋臺及墩臺下均設(shè)橋樁支撐該橋，單排8根，共計(jì)4排（含橋臺）橋下為哈爾濱市某主干街道（與哈爾濱地鐵1號線線路方向同向），哈爾濱地鐵1號線區(qū)間線路設(shè)計(jì)從該橋的第一、二及二三排橋樁下穿過，其中線路左線區(qū)間結(jié)構(gòu)外皮距第一排橋樁最小凈距僅為1.75m。區(qū)間設(shè)計(jì)采用礦山法施工。拱頂采用管棚間插注漿小導(dǎo)管的措施加固，并于徑向采用打設(shè)錨桿的方法加固周圍土體。施工斷面圖如圖1所示。

區(qū)間下穿土層由上至下依次為素填土層、粉質(zhì)粘土層及黏土層，其中區(qū)間結(jié)構(gòu)位于黏土層中，據(jù)該區(qū)域水文地質(zhì)資料，該區(qū)域地下水位年變幅在2.0～3.0m，且常年位于本區(qū)間結(jié)構(gòu)底板下5.0～6.0m。

2 施工方法及主要施工步驟

本段區(qū)間采用礦山法施工，由于區(qū)間上方為既有公路及橋臺堆土，施工中應(yīng)盡量較少對土體的擾動，減少地面沉降和對橋梁基礎(chǔ)的擾動。

為此施工采用了在拱頂180°范圍內(nèi)打設(shè)φ108管棚間布φ42注漿小導(dǎo)管的方法加固拱頂上部土層。其中管棚為通長布設(shè)，小導(dǎo)管長度為3m，隔榀布設(shè)，水平傾角為10°，管棚中應(yīng)注水泥凈漿，小導(dǎo)管中應(yīng)注水泥水玻璃雙液漿，且注漿壓力不小于1.2Mpa。

斷面開挖采用臺階法開挖，上臺階開挖后及時(shí)施做臨時(shí)仰拱使上部臨時(shí)封閉成環(huán)，待下部開挖完畢并封閉整環(huán)后再拆除臨時(shí)仰拱。臺階開挖長度不宜超過6m。

區(qū)間徑向采用φ42注漿錨桿進(jìn)行加固，錨桿長度為1.5m沿區(qū)間側(cè)壁徑向梅花型打設(shè)，打設(shè)間距1mX1m，注漿漿液采用水泥漿。

3 模型的建立

3.1 關(guān)于模型的一些假定

模型中隧道噴射混凝土襯砌均按線彈性模型考慮且遵循廣義虎克定律，土體均以摩爾庫倫模型為基礎(chǔ)模擬，錨桿按Midas GTS nx中新添加的植入式桁架模型模擬。模型中對于因錨桿注漿而加固的的土體采用替換單元屬性的方式實(shí)現(xiàn)，即未加固土體按原土體屬性計(jì)算，加固后土體按硬化土體屬性計(jì)算。由于Midas GTS nx中的地表沉降量是個(gè)累積計(jì)算值顧本模型為了計(jì)算出最接近現(xiàn)實(shí)情況的結(jié)果，計(jì)算過程與實(shí)際開挖過程過程相同。

各土層材料屬性定義如表1。

模型建成后，為了增加模型的計(jì)算穩(wěn)定性，采用四面體網(wǎng)格劃分該模型。同時(shí)為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，本模型以1m為最小單元邊長，共計(jì)劃分267000個(gè)單元。如圖2所示。

3.2 結(jié)果分析

從計(jì)算結(jié)果如圖3所示，可以看出隧道結(jié)構(gòu)最大位移處發(fā)生拱頂，有9mmz左右的豎向位移，其次為拱底，有5mm左右的拱底隆起，但均能滿足地鐵區(qū)間設(shè)計(jì)要求。地面沉降均保持在1～3mm范圍內(nèi)，橋體位于區(qū)間線路左線部分有1.7mm左右的沉陷，由于橋墩和橋樁的杠桿作用使得位于右線區(qū)間橋體有1.2mm作用的上浮，但均能滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

本工程中的加固措施是在模型中經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)最終確定下來的，經(jīng)過多次計(jì)算，發(fā)現(xiàn)管棚對于控制地面沉降效果比較顯著，而小導(dǎo)管和錨桿對于控制區(qū)間內(nèi)部位移及變形有著較為不錯(cuò)的效果，故而在本工程中采用了二者結(jié)合的加固方式，對控制地面及其上方建筑物沉降和對控制區(qū)間內(nèi)部結(jié)構(gòu)位移變形都有著較為優(yōu)異的表現(xiàn)。