淺埋暗挖隧道大斷面下穿高架橋影響分析

姜漢濤

中交鐵道設計研究總院有限公司

淺埋暗挖隧道大斷面下穿高架橋影響分析

姜漢濤

中交鐵道設計研究總院有限公司

烏魯木齊軌道交通1號線大地窩堡站～國際機場站區間暗挖大斷面近距離下穿機場高架橋，施工風險大，橋梁保護難度高。針對風險源進行了有限元分析，并通過合理的加固方案，為順利完成橋下隧道施工提供了安全保障，為類似工程提供了指導經驗。

地鐵工程；暗挖隧道；高架橋

1 引言

隨著地鐵工程的發展，多樣的區間工法在地鐵中廣泛的使用。受周邊場地條件限制、區間配線方案的影響，淺埋暗挖工法越來越多的在地鐵工程中應用。大量的地鐵線路沿城市主干道下方建設，區間隧道不可避免會出現下穿高架橋等情況。本文依托實際工程項目，通過對暗挖隧道下穿高架橋的影響分析，為類似工程施工提供一定的指導經驗。

2 工程概況

烏魯木齊軌道交通1號線大地窩堡站～國際機場站區間采用盾構法及淺埋暗挖法施工。區間臨近國際機場站站端受配線影響，結構形式采用單洞雙線暗挖大斷面，下穿機場高架橋。詳見圖1。

隧道開挖寬度為12.3m，開挖高度為9.6m，埋深約14.5m，采用雙側壁法開挖施工。區間隧道與高架橋斜交角度約73°，隧道距離高架橋基礎約11.9m。

機場高架橋為10跨連續梁結構，跨度12m/18m，橋面板厚0.2m，縱梁截面為0.45mX1.2m、0.55mX1.2m，橫梁截面為0.75mX1.3m，橋下為獨立基礎，基礎截面為3.6mX4.6m，埋深為2.1、2.5m。

筆者對區間下穿高架橋工程進行數值模擬研究，分析施工過程中隧道開挖對橋梁結構的影響。

圖1 區間下穿高架橋關系圖

2.1 工程地質概況

地質從上到下依次為，雜填土、圓礫、卵石。

(1)1-1雜填土（Q4mll/），分布于地表，分布不均勻，層厚0.5～3.5m，灰黃-灰色，稍密-密實，稍濕-潮濕，以圓礫、卵石為主組成。

(2)4-9圓礫，分布均勻，土黃色，層厚1.5～19m。成份以砂巖、灰巖為主，多呈渾圓狀，粒徑組成：2～20mm占40%～55%，20～60mm占20%～35%，大于60mm約10%，余以雜砂礫充填為主。

(3)4-10卵石（Q3al+pl/），分布均勻，灰黃色、灰色、深灰色，厚度14～35m，成份以砂巖、灰巖為主，渾圓狀，磨圓度較好，粒徑組成：2～20mm占10%～30%，20～60mm占40%～55%，大于60mm占10%～30%。

2.2 地下水類型與特征

勘察期間勘探深度內未見地下水，不考慮地下水位抗浮設計及抗承壓水設計，不考慮地下水對工程的影響。

2.3 結構設計參數

區間位于卵石地層（V級圍巖），拱部采用超前小導管+長管棚注漿加固。初期支護350mm厚C25噴射混凝土，二襯600mm厚C45模筑鋼筋混凝土。超前小導管采用直徑25鋼管，L=2.5m，間距0.3mX1.0m（環X縱）拱部150°范圍設置。長管棚采用直徑?159鋼管，拱部120°范圍設置。詳見右側斷面圖。

3 工程重難點分析

(1)卵石層內小導管成孔難度大，小導管注漿效果難控制。

(2)區間位于卵石層內，卵石層（V級圍巖）拱頂及掌子面穩定性差，地面沉降控制難度較高。

(3)T3航站樓高架橋為連續梁結構，對橋梁基礎差異沉降要求較高。

(4)區間大斷面正穿高架橋獨立基礎，隧道頂部距離基礎底部約12m，小于一倍開挖寬度，上部橋梁荷載擴散能力弱，難形成空間效應的承載拱。

3.1 風險源變形控制標準

根據橋梁剩余變形評估報告，變形控制指標如下：

(1)單墩最大累計沉降15mm；

(2)相鄰橋墩最大差異沉降5mm；

(3)墩柱傾斜1/1000。

3.2 施工方法確定

為了嚴格控制結構沉降，考慮卵石地層成孔難度大，穩定性差的特性，超前支護采用小導管注漿加固，控制每榀超前小導管設計長度，并設置長管棚。

為控制沉降，采用雙側壁法施工，減少分部開挖體量，有效控制隧道自身開挖變形。

第一步：拱部施作超前管棚、超前小導管，注漿加固地層。開挖洞室1、2，洞室2距離洞室1不小于6m。

第二步：拱部施作超前管棚、超前小導管，注漿加固地層。開挖洞室3、4，洞室4距離洞室3不小于6m，洞室3距離洞室2不小于6m。

第三步：拱部施作超前管棚、超前小導管，注漿加固地層。開挖洞室5、6，洞室6距離洞室5不小于6m，洞室5距離洞室4不小于6m。

第四步：洞室封閉成環后，分段拆除臨時中隔壁，澆筑仰拱，每段拆除長度不大于6m。

第五步：依次分段拆除臨時中隔壁、中隔板，至二襯結構封閉。

4 工程實施影響分析

4.1 計算模型及參數

本次平面有限元數值計算運用有限元計算軟件Plaxis 8.5進行分析，采用土體彈塑性結構模型，對土體進行激活和鈍化來模擬土體的開挖和填筑。有限元模型采用的物理力學參數如下表1所示：

表1 巖土力學參數表

4.2 計算結果及分析

圖2 下穿機場高架橋計算模型

圖3 機場高架橋豎向變形計算結果云圖

通過計算得出，機場高架橋基礎最大豎向位移5.9mm，縱向相鄰基礎沉降1.3mm，橫向相鄰基礎沉降1.1mm，均滿足沉降變形控制標準要求。雖然理論計算可以滿足橋梁變形控制要求，但考慮實際施工過程中不可預見的因素，仍需采取加固措施，確保施工安全。

4.3 風險源保護措施

(1)加強超前支護措施，隧道穿過高架橋基礎段采用長管棚+超前小導管進行超前加固。

(2)隧道采用雙側壁法施工、并加強豎向支撐體系。

(3)穿越前地面設置臨時支架進行滿堂支撐，防止突然坍塌

(4)施工前預先對隧道下穿范圍高架橋基礎底部注漿加固(注漿范圍：水平向基礎兩側1m寬度，豎向基礎底板3m范圍)，要求28天無側限抗壓強度qu≥0.8MPa。

(5)加強監測，根據監測結果對基礎采取跟蹤注漿措施。若變形達到報警值（即容許變形量70%），應立即停止施工，對橋梁進行支頂措施。

5 結束語

目前，該段區間隧道已完成施工，監測結果為地面累計沉降5.6mm，基礎累計沉降4.9mm，基礎差異沉降1.1mm，變形結果均滿足設計要求。

通過計算分析及工后沉降結果，得出以下結論：

(1)大～國區間下穿機場高架橋時會造成隧道周邊土體的松動，導致基沉降和變形，且連續梁結構高架橋保護難度大，需要采取必要的加固保護措施。

(2)通過綜合采取加強隧道自身剛度，地面注漿加固等措施，對隧道開挖變形控制效果較好，加固方案合理，為順利完成橋下區間隧道施工提供了安全保障，為類似工程提供了指導經驗。

[1] GB—50157 2013,地鐵設計規范[S].

[2] TB/10003-2005鐵路隧道設計規范[S].

[3] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M],安徽教育出版社2004.