哈爾濱某地鐵區間下穿某橋模型分析

彭濤

【摘 要】簡要介紹了哈爾濱地鐵1號線某段區間隧道下穿四環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算軟件Midas GTS nx對該下穿區段進行3D建模以模擬并分析區間于該地段下穿四環路某橋的現實情況。計算得出的結果對于該工程具有預測及指導意義。

【關鍵詞】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號某區間與該市四環路某橋斜交（該四環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。該橋位于該市四環路上，因與市區某主干街道相交故施做橋梁橫跨該街道。該橋為普通簡支梁橋，橋梁最大跨度約20.7m，橋墩與橋臺距離約11.5m，該橋橋臺及墩臺下均設橋樁支撐該橋，單排8根，共計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號線區間線路設計從該橋的第一、二及二三排橋樁下穿過，其中線路左線區間結構外皮距第一排橋樁最小凈距僅為1.75m。區間設計采用礦山法施工。拱頂采用管棚間插注漿小導管的措施加固，并于徑向采用打設錨桿的方法加固周圍土體。施工斷面圖如圖1所示。

區間下穿土層由上至下依次為素填土層、粉質粘土層及黏土層，其中區間結構位于黏土層中，據該區域水文地質資料，該區域地下水位年變幅在2.0～3.0m，且常年位于本區間結構底板下5.0～6.0m。

2 施工方法及主要施工步驟

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

為此施工采用了在拱頂180°范圍內打設φ108管棚間布φ42注漿小導管的方法加固拱頂上部土層。其中管棚為通長布設，小導管長度為3m，隔榀布設，水平傾角為10°，管棚中應注水泥凈漿，小導管中應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，上臺階開挖后及時施做臨時仰拱使上部臨時封閉成環，待下部開挖完畢并封閉整環后再拆除臨時仰拱。臺階開挖長度不宜超過6m。

區間徑向采用φ42注漿錨桿進行加固，錨桿長度為1.5m沿區間側壁徑向梅花型打設，打設間距1mX1m，注漿漿液采用水泥漿。

3 模型的建立

3.1 關于模型的一些假定

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現，即未加固土體按原土體屬性計算，加固后土體按硬化土體屬性計算。由于Midas GTS nx中的地表沉降量是個累積計算值顧本模型為了計算出最接近現實情況的結果，計算過程與實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，為了增加模型的計算穩定性，采用四面體網格劃分該模型。同時為了節省計算時間，本模型以1m為最小單元邊長，共計劃分267000個單元。如圖2所示。

3.2 結果分析

從計算結果如圖3所示，可以看出隧道結構最大位移處發生拱頂，有9mmz左右的豎向位移，其次為拱底，有5mm左右的拱底隆起，但均能滿足地鐵區間設計要求。地面沉降均保持在1～3mm范圍內，橋體位于區間線路左線部分有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間橋體有1.2mm作用的上浮，但均能滿足規范要求。

4 結語

本工程中的加固措施是在模型中經過反復實驗最終確定下來的，經過多次計算，發現管棚對于控制地面沉降效果比較顯著，而小導管和錨桿對于控制區間內部位移及變形有著較為不錯的效果，故而在本工程中采用了二者結合的加固方式，對控制地面及其上方建筑物沉降和對控制區間內部結構位移變形都有著較為優異的表現。