高架桥施工对既有轨道交通结构影响分析

　　摘要:以广州某隧道工程为背景，运用有限元分析方法，对既有轨道交通车站结构、区间结构、附属结构受高架桥施工过程中的影响进行分析，分析内容包括结构的内力、位移及裂缝变形值，计算结果表明，现有施工方案下，轨道交通结构的变形值远小于控制值，满足轨道结构的安全要求。

　　关键词:高架桥施工，轨道结构，有限元模拟，安全评估

　　0引言目前，以地下线、地面线和高架线为主的城市轨道交通是解决大城市交通拥堵的有效手段[1]。但城市轨道交通在发展过程中难免会遇到高架桥与既有城市轨道交通结构相互影响的问题。在施工前，需要对高架桥桩基施工对既有轨道交通结构的影响进行安全评估分析。徐涛等[2]对紧邻地铁隧道的高架桥桥台桩基施工过程进行数值模拟分析，研究立交桥桥台桩基施工对已完成初期支护的地铁区间矿山法隧道初支结构可能产生的影响。徐亚光等[3]以跨地铁高架桥及城轨铁路隧道的高速公路桥梁工程为依托，运用数值模拟方法，对桥梁上部结构施工存在的交叉影响进行安全分析。

　　周智海和陈芳[4]以重庆市某上跨既有轨道结构的拟建市政道路工程为背景，对高架桥影响轨道线路区间的最不利断面进行了轨道结构位移与变形等相关安全影响的计算分析。朱双厅等[5]通过PLAXIS3D三维数值分析，对某连接线道路节点桥墩桩基施工对杭州地铁1号线车站的影响进行安全评估。荣露和刘金波等[6]依托某邻近运营地铁隧道的城市快速路高架桥工程，对高架桥桩基、承台及上部结构施工对运营地铁隧道的变形影响进行研究分析。陈德超[7]运用Midas/GTS有限元软件构建了桥梁与隧道及车站的三维模型，以计算上跨立交施工时，对地下隧道、车站等结构产生的位移变化、弯矩和轴力，从而对施工方法和工序的安全性进行评估。

　　1工程概况

　　海珠湾隧道线路全长4.35km，北接既有东晓南高架，向南以双管单层盾构隧道形式下穿珠江沥滘水道、洛溪岛和三枝香水道，继续以暗埋隧道形式穿过南浦大道后接出地面，接入南段工程。主线采用设计速度60km/h、双向六车道的城市主干道建设标准。项目建设内容包括过江隧道1座、互通立交3处(从北至南依次为南洲路立交、环城高速立交和南浦岛立交，分别与南洲路、环城高速和南浦岛实现交通转换)。其中，与地铁相关段主要包括南洲路立交、环城高速立交以及雨污水管开挖回填等内容。

　　根据CJJ—T202—2013城市轨道交通保护技术规程[8]的相关判定标准，结合平面位置关系图中的不同剖面，拟建工程的外部作业影响等级判定。综上，海珠湾隧道工程的外部作业等级判定为特级。根据规定，当外部作业影响等级为特级时，施工前应进行安全评估。

　　2工程地质与水文地质条件

　　根据本次钻探资料，场地覆盖层主要为第四系全新统人工填土层(Qml4)，全新统海陆交互相沉积层(Qmc4)，基岩为白垩系下统白鹤洞组(K1b)碎屑沉积岩。根据岩土层的成因类型及岩性自上而下划分为:1)第四系全新统人工填土层(Qml4)。

　　①1杂填土:松散;①2素填土:稍湿，主要由软塑黏性土和砂土组成。2)全新统海陆交互相黏性土层(Qmc4)。②1淤泥、淤泥质粉质黏土:饱和，流塑;②2淤泥质粉、细砂:饱和，松散，粒径较均匀;②3粉质黏土:可塑，局部软塑～可塑。3)全新统海陆交互相砂性土层(Qmc4)。③1粉砂、细砂:饱和，松散，粒径较均匀;③2中砂:饱和，松散，粒径不均匀;③3细砂:饱和，稍密，粒径较均匀。

　　4)残积层(Qel)。⑤1可塑粉质黏土:可塑;⑤2硬塑粉质黏土:硬塑。5)岩石全风化带。⑥1泥质粉砂岩:岩芯呈坚硬土状，遇水易软化。6)岩石强风化带。⑦1A泥质粉砂岩:岩芯多呈坚硬土柱状，遇水易软化;⑦1B泥质粉砂岩:岩芯呈短柱状、扁柱状，夹碎块状;⑦3A粉砂岩:岩芯多呈坚硬土柱状，局部夹半岩半土状;⑦3B粉砂岩:岩芯多呈碎块状、扁柱状，风化不均，局部夹中风化岩芯。7)岩石中风化带。⑧1泥质粉砂岩:粉砂质结构，中厚层状构造，岩石裂隙稍发育，岩芯多呈柱状;⑧3粉砂岩:粉砂质结构，薄层状、中厚层状构造，裂隙稍发育。场地地势低平，为地表水及地下水迳流排泄区，场区的地下水类型主要有上层滞水、第四系砂层孔隙潜水及基岩孔隙裂隙承压水。

　　3三维数值模拟分析

　　3.1计算模型及参数选取

　　目前，在评估外部作业对既有地下结构的安全影响时，常用的方法主要还是利用数值分析软件。通过建立数值仿真模型进行计算分析，从而判断外部作业施工是否会对既有轨道交通结构的安全运营造成威胁。模型侧重于分析既有轨道交通结构在外部作业影响下的位移和内力变化，采用三维有限元模型建模模拟。计算模拟过程为:地应力平衡→地铁结构开挖及支护→位移清零→高架施工→开放路面交通。土体本构模型采用修正Mohr-Coulomb模型，根据详勘报告所提供的参数取值。既有地铁结构分别采用梁单元和板单元模拟。

　　3.2计算结果分析

　　拟建工程多个断面外部作业影响等级为特级，需要对地铁车站主体结构、附属结构、轨道区间结构进行数值模拟分析。计算工作量大，在此仅列出地铁车站结构及区间结构中计算结果最大的项目。根据模型计算得到的内力结果，结合结构配筋资料，得到既有地铁结构位移及内力计算结果最大值。

　　计算结果显示，在高架施工过程中，既有地铁结构的变形值较小，变形值均小于10mm，满足变形控制要求。施工过程中，既有车站结构(明挖部分)产生的最大裂缝值为0.09mm<0.2mm;既有车站结构(暗挖部分)产生的最大裂缝值为0.06mm<0.2mm;既有区间结构(盾构部分)产生的最大裂缝值为0.16mm<0.2mm;既有区间结构(矿山部分)产生的最大裂缝值为0.10mm<0.2mm;既有区间结构(明挖部分)产生的最大裂缝值为0.07mm<0.2mm;均满足裂缝控制指标要求。

　　道路施工论文投稿刊物：《路基工程》杂志社全国征稿启动中 是由中国铁路工程总公司主管，中铁二局集团有限公司;西安交通大学;中铁二院工程集团有限责任公司主办的路基工程类专业杂志。

　　4结语

　　1)安全评估计算结果显示，拟建工程施工过程中所引起的既有地铁结构的变形及裂缝满足控制指标要求。2)施工前，必须对隧道位置进行现场复测，地面放样并做好明显标识，确保现场实际施工时桩基与隧道准确的相对位置。在信息化指导施工过程中，隧道内部必须采用自动化监测设备，并根据施工区域及施工进度适时调整监测频率，及时获取变形数据，以反馈指导施工。3)应充分考虑桩基施工对邻近地铁隧道结构的影响，优化施工工序，避开列车运营时间，合理选择保护措施。针对桩基与隧道结构净距不足3m的区域，建议在桩基施工前先试桩，优化施工机械设备、泥浆配比参数、施工扰动等因素。非原位试验时，在对应参照距离位置布置测斜孔等监测措施，以监测数据反分析指导施工，为后续原位施工明确各项施工参数。

　　参考文献:

　　[1]龙佩恒，于文法，王少钦，等.城市轨道高架桥动力响应分析与监测[J].铁道标准设计，2017，61(12):54-58.

　　[2]徐涛，王凯，蒋玉龙.桥台桩基施工对邻近地铁区间隧道的影响分析[J].路基工程，2016(2):129-133.

　　[3]徐亚光，曹文，康圣雨.新建公路桥梁对既有铁路桥隧的影响分析[J].铁道建筑，2019，59(3):22-25.

　　[4]周智海，陈芳.拟建市政道路高架桥对其下既有轨道结构安全影响评估[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2020，39(6):59-65.

　　[5]朱双厅，谢康，张箭，等.高架桥桩施工对既有地铁车站影响安全评估[J].四川水泥，2020(7):261-262.

　　[6]荣露，刘金波.高架桥上跨施工对邻近运营地铁隧道变形的影响[J].建筑施工，2020，42(9):1805-1807.

　　[7]陈德超.上跨立交施工对其下既有轨交的安全影响分析[J].建筑施工，2019，41(10):1907-1911.

　　[8]GJJ/T202—2013，城市轨道交通结构安全保护技术规范[S].

　　作者：盛小龙