地鐵區間隧道側穿鐵路橋梁樁基設計

晏偉光

【摘要】本文通過某工程數值模型計算，針對地鐵區間隧道側穿對橋梁樁基的影響，分析了橋梁樁基及隧道襯砌結構的安全性，并針對性地提出了側穿段隧道技術措施。

【關鍵詞】區間隧道;側穿;橋梁樁基;技術措施

1、工程概況

某城市地鐵暗挖區間隧道下穿既有鐵路橋梁，兩線交角約66°。既有鐵路為客運專線，區間右線與橋梁7#橋墩相鄰，隧道開挖輪廓與橋梁樁基平面距離約8.7m。區間隧道與橋梁7#橋墩樁基礎位置關系如圖1。

2、地質概況

區間隧道下穿段為Ⅴ級圍巖，地層主要為第四系素填土及三疊系泥質白云巖。素填土：雜色，由人工回填碎塊石及紅黏土等組成。泥質白云巖：強風化，裂隙極發育，完整性差;中風化，巖石組織結構少部分破壞，裂隙較發育。地下水類型主要有松散層孔隙水和基巖裂隙水。

3、區間隧道側穿橋梁樁基影響分析

3.1計算模型

隧道模擬采用二維地層—結構計算模型，計算范圍上取至地面，下取至隧底以下30m處，左側取至距左側橋梁基礎中線30m處，右側取至距右側洞室中線20m處。列車荷載參照《鐵路橋涵設計基本規范》，靜力荷載綜合取值：q=85kN/m。計算模型如圖2

3.2材料計算參數

圍巖物理力學指標按地勘報告及相關規范取值，見表1。

3.3計算結果分析

隧道開挖模擬計算結果如圖3～圖5所示：

由上圖可知，區間隧道開挖最大位移量發生在隧道仰拱處，最大豎向位移為3.3mm，最大橫向位移量約1.7mm，地表最大沉降量約1.2mm;樁基礎最大豎向位移約0.3mm。隧道開挖后拱頂沉降小于《城市軌道交通工程監控技術規范》（GB50911-2013）中規定的控制目標值，且根據相關下穿經驗，綜合確定相關標準控制如下：洞頂最大沉降12mm，地表沉降10mm，橋梁基礎的沉降8mm。可知，各計算結果均滿足要求。

4、區間隧道結構安全性分析

二襯與初支圍巖的相互作用采用荷載-結構模型，二襯采用彈性梁單元模擬，襯砌截面厚度取0.45m，主筋選用φ20@200，二襯與初期支護和圍巖的相互作用采用只能受壓的徑向彈簧單元模擬。

根據《隧規》中深淺埋的計算規定，本隧道按淺埋隧道計算。計算中考慮二次襯砌承受全部圍巖壓力，按《隧規》附錄E淺埋隧道襯砌作用（荷載）方法計算圍巖壓力;水位線位于地面線以下6.2m，靜水壓力直接作用在二襯上。襯砌結構荷載計算結果如下：垂直壓力q=342.8kPa，水平壓力e上=68.55kPa，水平壓力e下=104.9kPa，水壓力p上=79.2kPa，水壓力p下=150.4kPa。

將計算得到的荷載施加在二襯結構上，得到襯砌結構內力如圖6、圖7、圖8。

分別取拱頂、拱腰、拱腳、墻腰、墻腳及仰拱各處的軸力、剪力及彎矩進行結構配筋及裂縫檢算，檢算結果見表2

從表中結果可以看出，二次襯砌截面厚度0.45m，主筋選用φ20@200時，結構襯砌各個部位安全系數均滿足規范要求，裂縫驗算均滿足規范要求。

5、側穿橋梁樁基段隧道技術措施

區間暗挖隧道采用礦山法施工，復合式襯砌結構，并輔以注漿小導管作為超前支護，結合以上數值模擬計算，具體技術措施如下：

（1）隧道拱部120°范圍內采用φ42超前注漿小導管注漿;初噴混凝土26cm厚，鋼架采用工18型鋼鋼架全環設置;二次襯砌45cm厚C35防水鋼筋混凝土。

（2）考慮到隧道施工中的震動因素對橋樁的影響，為確保橋梁樁基的絕對安全，隧道開挖臨近橋樁的區段采用人工機械開挖，避免常規爆破開挖震動對橋樁的影響。

（3）區間下穿時加強對橋樁與隧道間地表及洞內圍巖的監控量測，若發現沉降超標或橫向位移變形過大，影響橋樁穩定，應暫停施工，封閉掌子面，并通知各方進行處理。地表可采用φ89鋼花管注漿隔離的應急預案。

（4）施工中應執行第三方監測并制定專項監測方案。若發現異常，應立即采取相關措施以保證安全并暫停施工，同時立即通知相關單位解決，以避免隧道施工造成對既有公路面及構筑物的破壞。

結論：

（1）區間隧道側穿橋梁樁基，開挖時地表沉降、洞內收斂及橋梁樁基位移均滿足規范要求;隧道襯砌結構各個部位安全系數及裂縫驗算均滿足規范要求。

（2）考慮到隧道施工中的震動因素對橋樁的影響，隧道開挖臨近梁樁基的區段采用人工機械開挖，避免常規爆破開挖震動對橋樁的影響。

（3）施工中應加強超前地質預報及洞內外監控量測，適時調整優化工程措施，以確保施工安全及結構安全，確保工程順利實施。

參考文獻：

[1]GB50157—2003，地鐵設計規范[S].

[2]TBl0003—2005，J449—2005，鐵路隧道設計規范[S].

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[4]GB50911-2013，城市軌道交通工程監測技術規范[S].