管廊下穿對既有橋梁結構影響的數值分析

賀曉銘 黃 文 范 琨

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

?

管廊下穿對既有橋梁結構影響的數值分析

賀曉銘 黃 文 范 琨

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

依托某綜合管廊下穿高速公路橋梁段，運用ANSYS軟件對綜合管廊下穿既有橋梁的橋樁位移變化進行分析。計算結果顯示：受綜合管廊開挖的影響，橋樁頂面最大累計豎向位移為3.24mm。數值分析結果表明綜合管廊的開挖對橋樁影響滿足安全要求。

綜合管廊；下穿；既有橋梁；數值分析

隨著我國城市化發展，城市地下綜合管廊是消除城市建設過程中“拉鏈馬路”，“蜘蛛網線路”等現象的基礎性工程[1]。但多數城市在規劃方面缺乏經驗，導致在城市地下管廊建設中不可避免地對既有建筑結構的安全造成影響[2]。綜合管廊施工會擾動周圍土體，導致臨近建筑物產生不均勻沉降。本文運用ANSYS軟件對綜合管廊下穿高速公路橋梁段進行有限元模擬和計算，對管廊開挖后橋梁橋樁頂面位移變化情況進行具體分析。

一、工程概況

擬建綜合管廊沿道路路基中心線布設，穿過高速公路橋梁段。本方案須破除原道路部分路面，開挖管廊溝槽，再澆筑完成管廊結構后回填至原地面，恢復路面結構。

綜合管廊結構外部尺寸為5.45m×3.9m(寬×高)，頂板埋深2m，從路面需下挖約6m。開挖前先施工3排φ108×6mm的鋼管樁，注漿加固橋梁承臺靠近管廊一側路基，鋼管樁間距0.5m，距道路邊緣0.25m。管廊溝槽開挖由上至下逐級開挖，逐級防護，開挖坡率按1:0.5，坡面采用φ42×2mm的鋼花管注漿加固，坡口距外側鋼管樁0.7m。管廊溝槽每施工節段不大于3m，綜合管廊和橋梁位置見圖1。

圖1 綜合管廊下穿高速公路開挖示意圖

二、數值模擬

根據圣維南原理可知，超出一定的結構受力范圍，受力影響減弱可以忽略以提高其計算效率[3]。本工程建立三維有限元模型：40m36m20m，共劃分70026個單元，見圖2。整個計算模型有限元網格采用3種單元：其中solid45單元模擬巖體和橋樁，shell63單元模擬支擋結構，link180模擬鋼管灌注樁。三維模型兩側采用水平對稱約束，底面約束豎向位移，前后采用對稱約束，其余采用自由邊界。

圖2 三維模型示意圖

三、工況分析與模擬

依據綜合管廊開挖施工方案，考慮綜合管廊開挖施工過程中對橋樁的影響，簡化模擬過程，本工程模型分為三個工況：(1)綜合管廊未開挖時。(2)綜合管廊開挖第一步。(2)綜合管廊開挖第二步。

(一)計算結果與分析

綜合管廊采用逐段開挖，逐段澆筑，每次開挖3m，分兩步開挖。依據綜合管廊開挖施工方案，在橋樁頂面選取參考點，分析其橋樁位移隨不同工況的變化情況。

圖3 綜合管廊開挖完成后橋樁豎向位移云圖

圖4 橋樁樁頂選取點豎向位移累計變化圖

根據圖4可知，綜合管廊開挖過程中，對橋樁編號為7的豎向位移產生最大影響，最大豎向位移累計變化值為3.2410mm，沉降程度最大位置處于橋面中間。

綜上所述，綜合管廊開挖完成后，橋樁頂面最大累計豎向位移為3.2410mm，位移均未超過5mm。橋樁豎向累計位移遠小于規范規定的沉降量控制值20mm，故高速公路橋梁處于安全范圍[4]。但管廊開挖使橋樁產生不均勻沉降，使高速公路的行車舒適性和服務等級受到影響。

四、結論

通過對綜合管廊下穿高速公路設計施工方案分析，并運用ANSYS軟件分析管廊開挖對橋樁沉降變化影響，得出如下結論：(1)綜合管廊下穿高速公路過程中，由于開挖對巖土體產生擾動，橋樁頂面產生不均勻沉降，沉降峰值為3.2410mm，滿足規范對沉降要求。綜合管廊開挖過程中，橋樁出現沉降，說明管廊開挖對既有橋梁正常運營有一定影響。(2)防止綜合管廊開挖過程中橋樁的沉降位移增加，應合理安排施工工序以及加強監控量測工作，及時反饋橋樁沉降情況。

[1]李胤龍，王小飛，陳華峰，等.淺談國內綜合管廊發展現狀及存在問題[J].建筑節能,2017,4(179).179-180.

[2]陳國祥.綜合管廊施工影響下既有建筑變形控制變形[J].建筑工程技術與設計,2017(1月中),385-386.

[3]謝欽方.新建公路下穿某鐵路橋梁基礎位移分析[J].鐵路建筑技術,2013(增1),11-13.

賀曉銘(1993-)，男，漢，河南禹州，碩士研究生，重慶交通大學，地下空間方向；黃文(1993-)，男，漢，重慶，碩士研究生，重慶交通大學，巖土工程；范琨(1993-)，男，漢，安徽阜陽，碩士研究生，重慶交通大學，地下空間方向。