大跨暗挖車站正穿高架橋樁施工技術研究

史宣陶 崔廣軍 高躍峰

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031)

0 引言

近年來，隨著城市化進程的加快發展，城市用地越來越稀缺，新建地鐵及城市空間不可避免的會出現臨近建構筑物施工，勢必會對既有結構的安全性造成一定的影響，特別是臨近城市中心運營高架橋樁施工，采用什么支護形式，保證既有橋樁安全運營和暗挖車站結構安全，已經成為暗挖大跨地鐵車站施工過程中不容忽視的問題。關于這一難題，近年來，學者和專家已有大量有價值的研究。

易領兵等[1]通過有限元軟件分析研究大斷面暗挖區間下穿京滬高鐵北京特大橋施工過程中橋面、橋墩、承臺及橋樁位移變化規律特征；張曉光等[2]通過對橋樁變形進行全過程監測，并與有限元模型計算結果進行對比分析；趙瑜等[3]對暗挖隧道側穿高架橋的施工過程進行了仿真數值模擬；王利民等[4]采用數值模擬計算估算暗挖段城市地鐵隧道下穿既有橋梁基礎變形；崔光耀等[5]研究近接樁基隧道下穿施工位移控制技術；李強[6]運用有限差分方法分析了地鐵車站暗挖隧道施工過程中其附近的既有樁基的受力特性及位移變化規律；張志強等[7]對新建隧道鄰接既有樁基的力學行為進行了研究；譚富圣[8]通過有限元法及現場實際監測，論證不同的施工順序，加固方案對既有橋樁的內力、變形及摩阻力的影響。

綜上可知，目前國內學者針對暗挖車站下穿既有橋樁已經有豐富的研究成果。本文在總結前人研究基礎上，以青島地鐵4號線海泊橋站為工程研究背景，結合現場上軟下硬工程地質條件，借助于有限元軟件對暗挖車站正穿高架橋樁進行分析，并與現場監控量測數據對比，以解決大跨暗挖隧道正穿既有高架橋施工過程中存在的問題。

1 工程概況

海泊橋站位于鞍山路與人民路交叉口東側，沿鞍山路北側設置，現狀為雙向六車道；鞍山路為青島市東西向主干道，兩側各為10 m寬的綠化帶；鞍山路路中為杭鞍快速路高架橋。海泊橋站大里程端約100 m主體結構位于杭鞍快速路高架橋引橋下方，該引橋為5跨簡支梁橋，樁基礎；樁為端承樁，樁底落在微風化花崗巖上，樁長5 m～12 m，樁徑1.5 m，每個承臺下方有兩根樁，樁底與主體結構拱頂的最小豎向距離為4.76 m。位置關系詳見圖1。

2 數值模擬分析與監控量測

2.1 計算模型的建立

采用MIDAS GTS-NX進行二維數值模擬分析，考慮圍巖與結構的共同作用、分步施工過程。計算模型左右水平計算范圍均取車站跨度的3倍，垂直計算開挖采范圍向上取至自由地表，向下取隧道高度的3倍，取模型尺寸144 m×100 m，隧道拱頂埋深為22.4 m。計算結構模型如圖2所示，材料物理參數如表1所示。

表1 地層的主要物理力學參數

本模型中，隧道圍巖本構模型采用Mohr-Coulomb模型，以考慮圍巖的非線性變形。襯砌結構采用Beam單元，錨桿采用植入式桁架。

該計算斷面為Ⅳ級圍巖，采用雙層初支拱蓋法大斷面開挖，施工計算步驟嚴格按照隧道施工順序進行：

1)車站拱部采用“CD”法施工，先開挖右側上臺階1，并施作該部第一層初期支護11和臨時中隔壁13上部。2)開挖右側下臺階2，施作臨時中隔壁13下部。3)開挖左側上臺階3，并施作該部第一層初期支護11。4)開挖左側下臺階4。5)拱部開挖完成后，先施作第二層初期支護12，再根據監測情況拆除臨時中隔壁13，必要時也可短拆除(不宜超過3 m)臨時中隔壁13后，再施作第二層初期支護12；第一層初期支護11與第二層初期支護12通過胡須筋連接，形成疊合初支拱蓋(11+12)；在第一層初期支護11和第二層初期支護12疊合初支拱蓋保護下，拉槽開挖車站下部巖體，分左、中、右三部分和上、中、下三臺階共9步開挖，并施作相應段的邊墻支護15，直到開挖到底。具體施工步序如圖3所示。

2.2 計算結果與分析

由圖4～圖6可知，暗挖車站施工完成后，地表最大沉降-1.13 mm；車站結構拱頂最大豎向位移為-1.55 mm，高架橋樁最大豎向位移為-1.16 mm；根據計算高架橋樁傾斜率為1/15 556，相鄰橋樁差異沉降為0.000 05%，均滿足GB 50911—2013城市軌道交通工程監測技術規范和CJJ 99—2003城市橋梁養護技術規范的限值要求。

由圖7可知，暗挖車站結構采用“初支拱蓋法”技術方案施工完成后，根據現場監控實測，地表最大沉降-1.24 mm，跟有限元計算數值基本吻合；驗證了施工方案選取的合理性和有限元計算的準確性。

3 結語

為研究上軟下硬地層大跨暗挖車站施工對既有高架橋樁影響，本文以青島地鐵4號線海泊橋站為工程研究背景，借助于有限元軟件及現場監控量測，分析“初支拱蓋法”施工技術方案對既有高架橋樁影響，得出如下結論：

1)針對大跨度暗挖車站結構正穿高架橋樁，采用“初支拱蓋法”施工技術方案能夠確保高架橋的安全運營和隧道結構的安全施工。

2)暗挖車站施工完成后，地表最大沉降為-1.13 mm；車站結構拱頂最大豎向位移為-1.55 mm，滿足規范地表沉降量不大于30 mm的要求。

3)暗挖車站施工完成后，高架橋樁最大豎向位移為-1.16 mm；傾斜率為1/15 556，滿足規范關于高架橋樁豎向位移控制值5 mm，傾斜控制值1/1 000的要求。

4)根據現場實測，監測數據與數值計算結果基本吻合，驗證了有限元計算的準確性和方案選取的可靠性。