承受混凝土箱梁施工荷載的地道結構設計

龔昕

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

承受混凝土箱梁施工荷載的地道結構設計

龔昕

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

利用地道暗埋段作為預應力鋼筋混凝土箱梁少支架法澆筑主跨合攏段的支架基礎時，通過建立三維有限元模型，分別對是否承受橋梁施工荷載作用的地道結構內力、沉降進行計算，并分析、比較了采取不同設計措施時，地道結構內力、沉降的變化。根據分析結果采用鉆孔灌注樁基礎的地道暗埋段能夠滿足結構安全及橋梁施工沉降的要求。

地道暗埋段；施工荷載；結構設計

0 引言

隨著我國城市基礎設施建設的高速發(fā)展，出現了越來越多地道下穿道路的同時橫向道路設置跨線橋的交通型式。在通常條件下，遇到橋梁橫向跨越地道的情況，應先行施工地道結構，待地道結構施工完成后再施工上跨橋梁。這樣可以避免上層橋梁建成后，橋下凈空較小對后續(xù)地道施工帶來干擾，同時還能避免在后續(xù)地道基坑開挖過程中，對已建橋梁樁基、承臺等造成擾動。先施工地道再施工上層橋梁時，一般需要采取相應措施以避免對已完成的地道結構造成不利影響。例如橋梁可以采用預制鋼箱梁，通過現場吊裝的方式架設，或者橋梁可以采用懸臂節(jié)段澆筑法施工鋼筋混凝土箱梁。這兩種方法都可以避免對地道結構施加額外的施工荷載，防止施工期間對地道結構造成不利影響。但預制鋼箱梁使工程造價增加較多，懸澆施工對施工技術水平要求較高。因此，以臨沂市內環(huán)東線為背景，計算了當橋梁采用少支架現澆法施工，部分施工荷載直接作用在地道頂板時，對地道結構內力的影響，并通過分析，在地道結構設計中采取相應對策，確保地道及橋梁的結構安全。

1 工程背景

臨沂市內環(huán)東線（溫泉路）設置主線下穿鳳凰大街地道一座，地道規(guī)模為雙向6車道，暗埋段結構型式采用單箱雙室箱型結構，地道結構如圖1所示。

圖1 鳳凰大街地道暗埋段結構橫斷面圖（單位：cm）

同時，在鳳凰大街設置上跨內環(huán)東線（溫泉路）跨線橋一座。為降低工程造價，跨越地道的主橋并未采用鋼箱梁，而是采用（40+60+40）m預應力混凝土變高度連續(xù)箱梁，邊支點梁高：2.0 m，中支點梁高：3.5 m，之間按二次拋物線變化，橋梁寬度18 m。橋梁橫斷面如圖2所示。

圖2 鳳凰大街跨線橋結構橫斷面圖（單位：cm）

溫泉路主線下穿地道與鳳凰大街橫向跨線橋平面位置關系如圖3所示，其中跨線橋跨越鳳凰大街地道暗埋段F5節(jié)段。

圖3 內環(huán)東線（溫泉路）-鳳凰大街節(jié)點平面圖

出于控制工程總體造價的考慮，該項工程主橋上部結構采用支架現澆法，在主橋中跨1/4點附近設置2 m合攏段將（40+60+40）m連續(xù)箱梁分成3個節(jié)段（兩個邊跨懸臂段及一個中間梁段）。首先對邊跨懸臂段和中間梁段進行支架現澆，再利用地道結構作為箱梁澆筑支架支撐柱基礎的少支架法澆筑中跨合攏段，并完成體系轉換?？缇€橋其余部分則采用滿堂支架法現澆施工。主橋施工方案如圖4所示。

圖4 鳳凰大街跨線橋施工方案示意圖（單位：cm）

2 計算模型及計算參數

地道結構計算采用建立三維有限元模型，地道頂板、底板、側墻、中隔墻采用板單元模擬，地道側墻、底板采用單向受壓彈簧模擬，底板下打設鉆孔灌注樁基礎時，鉆孔灌注樁采用線性彈性支承模擬。

F5節(jié)段地道底板底面標高58.999～59.088，頂板覆土厚度0.8 m，覆土重度按20 kN/m3計，地道側墻所受側向土壓力為梯形荷載，荷載大小按水土分算計。

根據地勘報告，F5節(jié)段處27#鉆孔揭示的土層分布如表1所列，地道基礎位于第④層中粗砂內。各土層巖土力學參數如表2所列。

表1 主要土層分布情況一覽表

表2 主要土層基本力學參數表

主線地道三道腹板頂上的橋梁荷載（分項系數：1.0），如表3所列。

表3 橋梁荷載一覽表

跨中現澆梁段及支架、模板重量總計為22 237 kN，每道邊腹板按5 600 kN計算、中腹板按12 000 kN計算。

采用MIDAS CIVIL 2015有限元軟件對F5節(jié)段進行三維有限元計算，模型如圖5所示，地道側墻、頂板、底板、中隔墻均采用四節(jié)點板單元。

圖5 F5節(jié)段計算模型

3 計算結果及分析

當地道結構不承受橋梁施工荷載，底板以下也不設置鉆孔灌注樁時，F5節(jié)段結構內力及沉降計算結果云圖如圖6所示，主要部位內力、沉降結果統(tǒng)計如表4所列。

圖6 地道內力、沉降計算結果云圖一

表4 地道內力、沉降計算結果統(tǒng)計表一

當地道結構承受橋梁施工荷載，但底板以下不設置鉆孔灌注樁時，F5節(jié)段結構內力及沉降如圖7所示，主要部位內力、沉降結果統(tǒng)計如表5所列。

圖7 地道內力、沉降計算結果云圖二

表5 地道內力、沉降計算結果統(tǒng)計表二

當地道結構承受橋梁施工荷載，且在底板以下設置鉆孔灌注樁基礎時，F5節(jié)段結構內力及沉降如圖8所示，主要部位內力、沉降結果統(tǒng)計如表6所列。

圖8 地道內力、沉降計算結果云圖三

表6 地道內力、沉降計算結果統(tǒng)計表三

根據以上計算結果可以得出以下結論：

（1）當地道結構需要作為橋梁澆筑支架基礎并承受橋梁施工荷載時，地道主要部位的彎矩較無施工荷載工況增加15%至50%，沉降增加約5 mm（50%）。

（2）當在底板下沿地道外側墻、中隔墻設置鉆孔灌注樁時，地道主要部位的彎矩較承受橋梁施工荷載但不打鉆孔灌注樁基礎時減小約10%，橋梁施工荷載對地道沉降的附加影響幾乎可以消除。

4 結語

本文以臨沂市內環(huán)東線（溫泉路）下穿鳳凰大街為背景，通過建立三維有限元模型，分析、比較了承受分節(jié)段少支架法澆筑預應力混凝土箱梁的施工荷載對下層已建地道暗埋段內力、沉降的影響。為保證地道結構安全，以及地道結構沉降能夠滿足上部橋梁施工要求，對承受橋梁施工荷載的地道暗埋段結構設計提出以下措施：

（1）適當加長地道F5節(jié)段長度，將地道變形縫設置在跨線橋施工影響范圍以外，保證箱梁及施工附加荷載分布在一個完整的地道節(jié)段上，以避免地道不同節(jié)段之間由于荷載不同而產生差異沉降。

（2）設計文件中明確要求橋梁支架鋼管柱中心必須嚴格與地道中隔墻、外側墻中心線對齊，并要求橋梁支架鋼管柱下需設置混凝土梁，混凝土梁高度及寬度需確保經鋼管柱傳至地道的施工荷載由集中力轉換為均勻分布的線性荷載，以保證實際施工中的荷載分布與分析中的計算工況一致。

（3）在橋梁支架鋼管柱支撐架設處的地道外側墻、中隔墻下設置鉆孔灌注樁基礎，增加局部地基承載力、減小地道結構沉降，以滿足地道結構安全，以及橋梁正常施工的需要。

U441

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1009-7716（2017）08-0099-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.031

2017-04-17

龔昕（1984-），男，江蘇蘇州人，碩士，工程師，從事巖土工程與地下結構設計研究工作。