雙線盾構(gòu)區(qū)間近距離側(cè)下穿橋樁處理措施研究

汪楊洲 WANG Yang-zhou

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510000）

0 引言

隨著我國城市軌道交通建設(shè)的進一步深化，施工面臨的環(huán)境條件越發(fā)復(fù)雜，區(qū)間下穿、側(cè)穿既有管線、道路及橋梁等成為常態(tài)。其中橋梁對沉降、變形尤為敏感，相應(yīng)控制值要求較為嚴(yán)格，盾構(gòu)區(qū)間如何安全、高效地側(cè)（下）穿橋樁成為眾人研究的課題。王馨霆[1]、郝美麗[2]等通過數(shù)值模擬結(jié)合工程實例分析了盾構(gòu)側(cè)穿橋樁時，掘進過程中橋樁的受力及變形特性。邢慧堂[3]、吳鎮(zhèn)[4]等分析了隔離樁措施對側(cè)穿工況橋樁的保護作用，并通過數(shù)值分析就隔離樁樁長、樁間距等參數(shù)提出了優(yōu)化方案。劉強[5]等從左右線施工步序出發(fā)，通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)不同施工步序?qū)驑兜乃轿灰朴绊懹休^大差別，提出雙線盾構(gòu)側(cè)穿橋樁時采用先近后遠的施工方案有利于對橋樁水平位移的控制。目前對雙線盾構(gòu)區(qū)間側(cè)下穿橋樁案例研究較少，左右線掘進順序的不同對側(cè)下穿工況下橋樁豎向位移的影響規(guī)律也有待說明。因此，本文采用數(shù)值模擬方法，結(jié)合工程實例分析了雙線盾構(gòu)區(qū)間不同施工步序側(cè)下穿橋樁的影響規(guī)律，探究了隔離樁措施對該工況下橋樁的保護作用，對類似工程具有一定參考價值。

1 工程概況

北京地鐵7號線東延工程為7號線的東部延伸線，敷設(shè)于朝陽、通州兩個城區(qū)，是橫穿北京南城的東西向重要骨干線，全為地下線。

黑莊戶站~萬盛南街西口站由明挖、暗挖及盾構(gòu)區(qū)間組成，其中盾構(gòu)段下穿京哈高速并側(cè)下穿南大溝橋橋樁，穿越段平面位置關(guān)系見圖1。盾構(gòu)區(qū)間采用外徑6m，內(nèi)徑5.4m，環(huán)寬1.2m的管片，穿越段線間距15m。

圖1 區(qū)間側(cè)下穿橋樁平面位置圖

南大溝橋為簡支梁橋，橋面寬34.5m，下部結(jié)構(gòu)支承采用鋼筋砼蓋梁，基礎(chǔ)采用φ1.2m鉆孔灌注樁，邊樁樁長18.4m。圖2為區(qū)間側(cè)下穿橋樁剖面位置圖。

圖2 區(qū)間側(cè)下穿橋樁剖面位置圖

盾構(gòu)區(qū)間左線距南大溝橋橋樁最小水平凈距6.5m，垂直凈距約1m，在穿越道路范圍，盾構(gòu)隧道埋深約22.4m。

2 有限元分析

2.1 模型建立

通過Midas GTS，建立平面應(yīng)變有限元模型（圖3），模型長度×高度為141m×35m，盾構(gòu)尺寸、樁長及相對位置關(guān)系按實際參數(shù)取值。

圖3 區(qū)間側(cè)下穿橋樁有限元模型

區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)（管片）、橋梁采用線彈性模型，土層采用摩爾-庫倫模型，橋梁、土層間采用界面單元。各土層參數(shù)參照詳勘報告取值，相臨類似土層合并進行適當(dāng)簡化，相應(yīng)物理力學(xué)參數(shù)取平均值，各土層參數(shù)取值見表1。

表1 土層參數(shù)

模型上表面為自由邊界，兩側(cè)法向約束，底面X、Y向約束。

2.2 工況計算

2.2.1 雙線區(qū)間先遠后近施工

區(qū)間左右線分步掘進，先施工右線區(qū)間（遠），再施工左線區(qū)間（近）。圖4、圖5分別為右線先施工工況下單線、雙線施工后位移云圖。

圖4 右線先施工位移云圖

圖5 雙線施工后位移云圖

2.2.2 先近后遠施工

區(qū)間左右線分步掘進，先施工左線區(qū)間（近），再施工右線區(qū)間（遠）。圖6、圖7分別為左線先施工工況下單線、雙線施工后位移云圖。

圖6 左線先施工位移云圖

圖7 雙線施工后位移云圖

2.2.3 隔離樁保護措施

在區(qū)間與橋樁間提前打設(shè)兩排微高壓旋噴樁進行隔離，旋噴樁樁徑1m，樁間距0.7×0.7m，梅花形布置，樁底與隧道底齊平（先遠后近施工）。設(shè)隔離樁工況下雙線施工后位移云圖見圖8。

圖8 設(shè)隔離樁雙線施工后位移云圖

3 結(jié)果分析

統(tǒng)計不同施工工況下地表最大沉降、樁頂沉降及樁頂/底水平位移量（見表2）。

表2 土層、橋樁位移

計算結(jié)果揭示，雙線盾構(gòu)區(qū)間側(cè)下穿橋樁，左右線掘進順序?qū)俄敵两涤绊戄^小，先遠后近施工略有優(yōu)勢（樁頂沉降量減小約6%）。而樁水平位移受左右線掘進順序影響較大，對樁頂位移而言，先遠后近施工有利（樁頂水平位移量減小約22%）；對樁底而言，先近后遠施工有利（樁底水平位移量減小約23%）。

采取隔離樁措施能顯著的減小樁頂沉降（減小約60%），并有利于樁頂水平位移控制（減小約43%）。

本區(qū)間現(xiàn)場采用先遠后進的掘進順序施工，在區(qū)間與橋樁間設(shè)置了兩排微高壓旋噴樁隔離，現(xiàn)已施工完成。在盾構(gòu)區(qū)間穿越道路及橋樁段，測量得到各項指標(biāo)均滿足控制要求，道路、橋樁外觀及功能均良好，無需采取后續(xù)處理措施。

4 總結(jié)

本研究采用有限元方法分析了雙線盾構(gòu)區(qū)間側(cè)下穿橋樁工況下，區(qū)間掘進順序及隔離樁措施對橋樁沉降及水平位移的影響，得出以下結(jié)論。

①盾構(gòu)側(cè)下穿橋樁時，左右線掘進順序?qū)驑端轿灰朴绊戄^大，采用先遠后近施工有利于樁頂沉降及水平位移的控制，而先近后遠施工則有利于樁底水平位移的控制，實際施工時宜根據(jù)關(guān)鍵控制因素比選采用。

②盾構(gòu)側(cè)下穿橋樁時，設(shè)置隔離樁措施能顯著減小樁頂沉降及水平位移量，可作為類似工況橋樁保護方案的優(yōu)選項。