軌道橋梁基礎施工對對山立交臨近橋臺、橋墩的安全影響

馮 進

（重慶交通大學土木建筑學院 重慶 重慶 400074）

軌道橋梁基礎施工對對山立交臨近橋臺、橋墩的安全影響

馮 進

（重慶交通大學土木建筑學院 重慶 重慶 400074）

為評估軌道橋梁基礎施工對對山立交臨近橋臺、橋墩的影響。結(jié)合重慶軌道交通環(huán)線某區(qū)間軌道橋梁施工，采用有限元數(shù)值模擬軟件MIDAS—GTS建立了橋梁基礎以及橋墩、橋臺的三維實體模型，分析了軌道橋梁基礎在加載力的作用下對山立交匝道橋臺及橋墩的位移影響值。通過這些分析，對于施工過程中保護周邊建筑與施工安全有一定的參考價值。

軌道橋梁；對山立交；橋臺、橋墩；數(shù)值模擬；位移

隨著我國城市建設的迅速發(fā)展，便利的交通方式起到了關鍵性的作用。而軌道交通憑著節(jié)能、快捷、高效、暢通、可靠等多方面的優(yōu)勢，已成為了城市公共交通的重要組成部分。在錯綜復雜的交通系統(tǒng)下，新建軌道交通的路線難免需穿越或影響已建或在建的軌道交通。

本文以某軌道施工為背景，通過其軌道橋梁基礎施工對周邊臨近橋臺、橋墩的數(shù)值模擬，分析在施工過程中對山立交臨近橋臺、橋墩的動態(tài)位移影響。

1.概述

1.1 工程概況

本研究對象為軌道交通環(huán)線某區(qū)間軌道橋設計。軌道橋梁基礎施工區(qū)間起訖里程為 YDK24+631.067～YDK24+785.112，長 154.045m，其中該區(qū)間的一邊與暗挖隧道相接，另一邊與既有框架通道相接。

1.2 位置關系

該軌道橋梁基礎基礎施工區(qū)間YDK24+631.067～YDK24+785.112區(qū)段與對山立交D、E匝道道路中心線大致平行，軌道中心線夾于D、E匝道中間。

1.3 工程地質(zhì)條件

該段地表水排泄條件較好，除在原溝心土層厚度較大位置有少量上層滯水外，其余范圍地下水量極少。原始地貌為斜坡，經(jīng)人工改造后，目前地面呈臺階狀，線路位于龍王洞背斜東翼，走向與構(gòu)造線走向大角度斜交，地質(zhì)構(gòu)造條件簡單，沿線無斷層通過，場地穩(wěn)定。地表為第四系全新統(tǒng)人工填土，厚度約2～10m，

下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂質(zhì)泥巖，巖層傾角平緩，巖層產(chǎn)狀115 ∠25，發(fā)育有兩組構(gòu)造裂隙（J1：270～3000∠54～770；J2：190 ～2200∠67～840），巖體較完整～完整；水文地質(zhì)條件簡單，地下水以基巖裂隙水為主。該段為高架橋段，采用樁基礎，鋼筋混凝土箱梁，下伏中等風化基巖強度高，是理想的地基。建議以下伏中等風化基巖作為基礎持力層。

在擬建立交場的區(qū)域構(gòu)造作用輕微，未發(fā)現(xiàn)斷層、滑坡、軟弱夾層、危巖和崩塌、地面塌陷等地表移動等不良地質(zhì)現(xiàn)象，場地不良地質(zhì)現(xiàn)象未發(fā)現(xiàn)。橋位區(qū)巖土結(jié)構(gòu)簡單，上覆填土、亞黏土，下伏基巖為砂質(zhì)泥巖，無不良地質(zhì)現(xiàn)象，土體穩(wěn)定，場地穩(wěn)定。

2 三維有限元模型的建立

根據(jù)重慶市勘測院提供的《重慶軌道交通環(huán)線工程地質(zhì)詳細勘察報告》以及既有擬建隧道設計資料，結(jié)合地形、隧道分布特點，建立三維實體模型，該模型尺寸為：100m×50m×40m。

計算模擬了軌道樁孔在較危險開挖過程對對山立交D、E匝道的橋臺、橋墩影響。模型的邊界條件通過限制模型四個側(cè)面和底面法向的位移來實現(xiàn)，計算荷載包括地層和結(jié)構(gòu)自重。

3 數(shù)值結(jié)果分析

3.1 橋墩及橋臺位移分析

該段軌道橋梁基礎施工、加載后，導致對山立交D、E匝道的橋臺及橋墩發(fā)生一定位移，主要表現(xiàn)為樁孔開挖導致橋臺、橋墩下沉，在樁孔側(cè)面圍巖壓力的側(cè)向推動下，其兩側(cè)橋臺、橋墩水平移動（沿y方向），開挖后最大y方向位移值為0.696mm。為了更好地反映出樁孔在不同開挖載步時對對山立交動態(tài)影響，本分析結(jié)果在對山立交D匝道2#橋臺、E匝道0#橋臺及1#橋墩關鍵位置上取A、B、C三點。本段模型嚴格按照施工方提供的施工方案將施工步分為 7步，第一步為初始地應力場的計算，第二步模擬灌注樁施工，第三、四步模擬基礎土體開挖，第五、六步模擬樁基、承臺和擋土墻的施工，第七步模擬加載。在鄰近軌道工程設施進行各種加、卸載活動會對軌道造成一定影響，由于重慶暫無地鐵安全評價指標，本評估參照《城市橋梁隧道設計規(guī)范》等相關規(guī)范，確定地鐵結(jié)構(gòu)設施變形量評估控制指標為 15mm。

3.2 應力分析

在D匝道0#橋臺后擋土墻的豎向（z方向）應力相對較大，軌道樁孔開挖后橋臺、墩最大豎向（z方向）應力為-1.70MPa，遠小于《城市橋梁設計規(guī)范》中C40 混凝土抗壓強度標準值 26.8MPa；在匝道0#橋臺基礎轉(zhuǎn)角處的水平（y方向）應力相對較大，軌道孔開挖后橋臺、墩最大水平（y方向）應力為-0.37MPa，小于《城市橋梁設計規(guī)范》中混凝土抗壓強度標準值。

3.3 圍巖結(jié)果分析

（1）位移分析

在軌道橋梁基礎施工、加載后最大豎向（z方向）位移為 7.67mm，最大水平（y方向）位移為-2.56mm。為了反映出圍巖在樁孔不同的開挖載步的位移變化情況，本模型在圍巖取A、B、C、D、E五個點進行分析。

（2）應力分析

軌道樁孔開挖使周圍圍巖受擾動，使圍巖產(chǎn)生位移，在位移作用下必產(chǎn)生豎向和水平應力。最大豎向應力為0.58MPa，水平應力為0.25MPa

4 結(jié)論

根據(jù)以上數(shù)值模擬分析結(jié)果可知，D匝道1#橋墩頂部的水平位移相對較大，偏移0.7mm，可忽略不計；E匝道0#橋臺基礎豎向位移相對較大，上移0.61mm，可忽略不計。E匝道0#橋臺后擋土墻邊緣的豎向應力相對較大，應力值為-1.7MPa，小于混凝土抗拉強度標準值 2.39MPa；E匝道 0#橋臺基礎轉(zhuǎn)角處水平應力相對較大，應力值為-0.37MPa，小于混凝土抗拉強度標準值2.39MPa。

通過模擬臨近軌道橋梁基礎施工對對山立交的安全影響，模擬得出的數(shù)據(jù)安全，在實際安全工作的施工條件下，對對山立交的影響將不大。建議挖孔樁凈距小于2.5m時應間隔施工，待先開挖樁澆筑砼且強度達到設計要求后，再施工相鄰樁；樁基開挖應避免擾動原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)，必要時采取防護措施；樁基嵌巖深度范圍內(nèi)不得采取爆破施工；現(xiàn)場必須有排水的措施，嚴防地面雨水流入樁孔內(nèi)，致使樁孔塌方；在施工時做好樁孔支撐，加強對D匝道0#、0#橋臺背后擋土墻的位移監(jiān)控。

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TU714

B

1007-6344（2017）02-0250-01

馮進（1990—），男，漢族，籍貫：湖南益陽，單位：重慶交通大學土木建筑學院2014級碩士研究生，研究方向：道路與鐵道工程。