王 勇
(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)
盾构隧道近距离侧穿公路高架桥桥桩的风险分析
王 勇
(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)
以某地铁区间盾构隧道近距离侧穿高架桥桥台桩基为例，采用有限元软件建立了计算模型，分析计算了桥桩的位移变化情况，指出计算结果均在高架桥变形控制的允许值内，在不采取辅助加固措施下，通过监测桥梁变形情况，并根据反馈信息及时精准调控盾构参数，盾构隧道可安全侧穿高架桥桥台桩基。
盾构隧道，高架桥，桩基，位移
0 引言
城市轨道交通建设中区间盾构法施工以对地面影响小、施工速度快等诸多优点得到广泛应用。对于复杂的城市环境，盾构施工难免会对既有建(构)筑物产生影响，尤其是在小净距施工时如何保证二者的安全成为研究的重难点。对盾构隧道穿越桥桩的研究表明[1-6]：区间盾构隧道开挖导致周边地层向隧道收缩变形，邻近桩基随之发生倾斜和挠曲变形，且以向开挖方向的水平位移为主。一般地层注浆加固方式对控制桩基变形效果较小，而保持开挖面的土压平衡才是控制桩基变形的关键措施。
1 工程概况
1.1 盾构隧道与高架桥桩的位置关系
盾构区间隧道布置于道路右侧，武汉大道高架桥位于道路中间，二者走向一致。高架桥为宽26.0 m的单幅桥，桥墩、桥台的基础均采用钢筋混凝土桩基础。区间隧道在左DK13+670处侧穿武汉大道徐东高架Z00桥台，隧道左线与桥台桩基水平净距仅为1.85 m；在左DK13+700到左DK14+002.6区段侧穿武汉大道徐左高架桥的桥墩，隧道左线距桥墩桩基的距离在7.0 m～10.3 m之间。图1和图2为盾构隧道与高架桥的位置关系。
1.2 工程地质条件
根据地质勘察结果，隧道在此区间的地层岩性自上而下依次为：杂填土、粘土、粉砂、粉细砂、圆砾及卵石夹中粗砂等，盾构区间隧道主要穿越粉砂和粉细砂两层岩土，各地层的物理力学性质见表1。
表1 盾构隧道区间内各地层的物理力学性质
2 数值计算及结果分析
2.1 计算模型
利用岩土工程有限元分析软件GTS/NX，建立三维地质结构模型，土体采用摩尔库仑模型，桩基础及隧道衬砌采用线弹性模型。模型的土层根据实际地层的厚度分为七层，由地表至下依次为表1所示地层。区间隧道穿越粉砂层，埋深为17 m。桥桩为端承桩，桩底落于泥岩层。图3为数值计算模型及网格划分情况。模型的侧面均采用法向位移约束条件，底面为固定位移边界条件。
施工阶段工况设置：1)激活武汉大道高架桥桥墩及桩基，同时位移清零作为初始条件；2)左线盾构纵向掘进至贯通并施工衬砌管片；3)右线盾构纵向掘进至贯通并施工衬砌管片。
2.2 计算结果分析
通过施工阶段模拟区间隧道盾构施工侧穿武汉大道高架桥台及桥墩桩基。计算结果如下：
1)桩基水平位移。区间隧道左、右线分别贯通时，Z00桥台桩基和Z01桥墩桩基水平位移云图及曲线如图4和图5所示。
根据计算结果在左线隧道穿过后，桥台临近隧道一侧最大水平位移约为4.21 mm；右线隧道穿越(二次扰动)过后，桥台临近隧道一侧最大沉降约为5.76 mm。
根据计算结果在左线隧道穿过后，桥台临近隧道一侧最大水平位移约为2.53 mm；右线隧道穿越(二次扰动)过后，桥台临近隧道一侧最大沉降约为3.66 mm。
2)桥台竖向位移。区间隧道左、右线分别贯通时，桥台桩基沉降云图及曲线如图6所示。根据计算结果在左线隧道穿过后，桥台临近隧道一侧最大沉降约为4.15 mm；右线隧道穿越(二次扰动)过后，桥台临近隧道一侧最大沉降约为4.29 mm。
3)桥墩承台竖向变形。区间隧道左、右线分别贯通时，Z01桥墩承台桩基沉降云图及曲线如图7所示。根据计算结果在左线隧道穿过后，桥台临近隧道一侧最大沉降约为1.15 mm；右线隧道穿越(二次扰动)过后，桥台临近隧道一侧最大沉降约为1.28 mm。结合Z00承台沉降结果，计算得相邻承台沉降差值最大约为3.01 mm。
3 变形控制标准和风险等级
根据徐东大街高架桥设计单位武汉市政工程设计研究院有限公司出具的《关于徐东大街高架桥桥梁监测的技术要求》，提出该桥梁的变形控制标准为：桥梁的沉降不大于10 mm，承台顶的水平位移不大于6 mm。
根据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》，既有市政高架桥为重要级别环境设施。同时根据区间隧道与临近重要设施的位置关系判断其风险等级，如表2所示。
表2 邻近重要设施的相对距离风险等级
根据表2判断武汉大道高架桥桥台桩基环境风险等级为一级，而一般墩台桩基环境风险等级为四级。
4 风险控制措施
计算结果表明区间隧道施工引起武汉大道高架桥承台及桩基变形均在变形控制标准以内，为保证工程安全，盾构穿越时应尽量减小对高架桥桩的影响，提出如下专项保护措施：
1)盾构施工过程前，对高架桥台周边、桥墩承台、桥墩顶部和底部等均布置沉降、倾斜、裂缝监测点，实时监测桥梁沉降及桥墩倾斜，并及时反馈监测信息以调整盾构掘进参数，保证桥梁安全。
2)掘进过程中合理精确设定土压力，保持土压平衡，出土量、注浆量应与掘进进尺平衡，注浆压力和水土压力平衡。严格防止超挖和欠挖，严格控制盾构推进速度。
3)根据监测数据反馈，加强同步压浆与二次(多次)注浆措施，严格控制注浆压力以减少对邻近高架桥桩基的挤压。
5 结语
以武汉地铁8号线一期工程的工程实际为出发点，分析了徐徐区间盾构隧道近距离侧穿武汉大道高架桥的环境风险情况。采用MIDAS/GTS有限元程序建立三维模型模拟盾构开挖的全过程，分析了盾构施工对武汉大道高架桥桥台及桩基的变形情况，得到了以下结论：
1)区间隧道与武汉大道高架桥桥台桩基水平净距仅为1.85 m，环境风险等级为一级；
2)桥台桩基水平位移约5.76 mm，桥台承台最大沉降约为4.29 mm，相邻承台沉降差约为3.01 mm。承台及桩基变形均在控制标准以内。
在不采取加固措施情况下，通过选取合理的盾构推进参数，盾构隧道可以安全侧穿武汉大道高架桥桥台桩基。
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On risk analysis of close-distance side-penetration of viaduct bridge pier on roads in shield tunnels
Wang Yong
(CCCCSecondHighwayConsultantsCo.,Ltd,Wuhan430056,China)
Taking the close-distance side penetration viaduct pier foundation of the shield tunnel of some subway section as the example, the paper adopts the finite element software to establish the calculation model, analyzes the displacement of the bridge pier, points out the calculation results are within the permitted value of the deformation control of the viaducts, the shield tunnel can be safely side penetrated into the viaduct pier according to the feedback information and accurate adjustment shield parameter under the inspection of bridge deformation.
shield tunnel, viaduct bridge, pile foundation, displacement
1009-6825(2016)16-0192-03
2016-03-26
王 勇(1987- )，男，硕士，助理工程师
U455.43
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