桥梁桩基对隧道的影响研究

王帅

辽宁省交通高等专科学校，辽宁省沈阳

市，110121

摘要

在一些大型施工中，为了发现和规避施工中的问题，常用有限元软件分析施工中可能出现的问题。在本次施工中，由于临近既有隧道有桥梁桩基施工，为了保障隧道安全及行车安全，根据施工范围内管道的位置及桥梁钻孔桩、承台、墩身、台背填土、钢箱梁吊装等各个阶段的施工顺序以及施工工况。.

关键词：桥梁桩基；隧道；有限元模拟；

一．引言

（一）研究背景

交通是一个城市的命脉，是一个城市发展快慢的衡量标准，是解决人们出行的关键要道，而城市交通发展最快的就是城市快速路与隧道。近几年来，城市立体交通除了体量由小变大，形式从简到繁外，还面临着建设过程中与既有或拟建地面、地下结构如地铁、管涵等相互干扰的问题，给工程界带来的挑战也越来越多。如广州地铁五号线矿山法施工下穿区庄互通时，将立交桥下区段的大断面改为小断面隧道、严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、早闭合、勤量测、速反馈”的施工流程，使得立交桥的沉降得以有效控制；天津地铁二号线穿越津汉公路立交桥，隧道离桥墩最近距离近6.5m，由于土质软弱、桩顶荷载大、桩距隧道近的特点，桩基施工及桩基承担的荷载均将可能对隧道产生影响，通过建立三维有限元数值模型,模拟立交桥桥墩桩基础的成孔施工、运营期桩基承担荷载在土中产生的应力扩散对既有隧道结构和轨道变形产生的影响，分析了单个承台桩基础及考虑多个承台桩基础叠加效应对邻近既有隧道的影响规律,提出了相应的变形控制措施 。

（二）相关研究经验

桥梁桩基施工遇到的问题具有复杂性和多样性，有高速公路桥梁溶洞桩基施工技术的研究，霍达君在明挖法隧道施工对近接桥梁桩基的影响研究中提到了地理气候条件和施工工地周围排水情况的差异，是影响隧道建设的首要原因。许桂生在大跨浅埋暗挖隧道近接桥桩施工扰动影响及控制技术研究中基于Abaqus软件建立桥-隧三维数值计算模型, 对城市公路隧道近接桥梁桩基段施工进行模拟, 得到大跨浅埋暗挖公路隧道施工对地层、桥梁桩基变形的影响规律, 并研究高压旋喷桩加固措施对桥梁桩基变形的影响规律, 并研究高压旋喷桩加固措施对桥梁桩基变形的影响, 结合现场实测数据, 分析加固措施对隧道施工安全的控制效果。

二、工程概况

速化改造工程为广场互通节点，采用桥梁形式跨越既有广场隧道。新建立交桥采用十字交叉定向匝道方案，互通内设8条桥梁形式转向匝道，其中WS匝道、NW匝道、NE匝道、ES匝道，4条匝道布置于隧道两侧敞开段南北侧辅道上方；主桥左右幅、WN匝道、SW匝道、ES匝道、NE匝道，2幅主线桥及4条匝道桥钢箱梁跨越隧道暗埋段，桥梁下部基础采用Φ1.2m、Φ1.5m嵌岩型钻孔灌注桩，承台设计为矩形承台，厚度2.0m-2.5m，采用花瓶式墩身，墩高1.7-21.5m。隧道两侧雨污水管道、弱电、引水管同时进行改迁。既有晓庄广场隧道全长744m，最大纵坡4.4%，其中敞开段516m，暗埋段228m。暗埋段采用单层双孔箱涵结构，单孔净宽度13.05米，主体结构净高5.99m，通车净高度5.0米，顶板及侧墙厚度为90cm，底板厚100cm，中隔墙厚80cm。隧道侧墙外1.0m范围内采用Φ800mm 钻孔灌注桩支护，支护桩外侧采用@450mm套打Φ650mm三轴水泥搅拌桩止水帷幕。

晓庄互通立交主桥左右幅、WN匝道、SW匝道、ES匝道、NE匝道钢箱梁跨越隧道暗埋段。桥梁下部基础采用嵌岩型Φ1.2m、Φ1.5m钻孔灌注桩，桩基距离晓庄广场隧道侧墙小于2m的有ES9（1.648m）、SW14（1.654m）、NE11（1.426m）、SE6（1.975m）。桩基与止水帷幕紧贴设置，承台局部与止水帷幕重叠。项目区域属于市区范围，其中大部分施工内容集中十字路口范围内，具有人口密度大、交通流量大的难点。本工程所涉及到的施工工艺较为常规，但所涵盖的工作内容、工程种类较多，现场施工组织和现场管理有一定的难度。

本标段沿线多为居民小区及商业楼，沿路管线众多，施工前期需对地下管线探明，在工程施工前期对管线制定相应的迁改方案和保护措施。

三、模拟方案确定

互通立交主桥部分桩基距离侧墙小于2m的有ES9墩、SW14、NE11墩、SE6墩等。为评估钻孔灌注桩施工时对既有隧道的影响，进行了三维有限元的施工模拟。桩施工计算选取距隧道最近的NE11、ES9承台，桩基距隧道外侧结构最小距离分别为1.426m和1.648m；地质参数选取了钻孔G17的成果。施工时，先成孔外侧6根桩，后成孔内侧6根桩。

四、三维模型的建立

（一）建模软件介绍

midas GTS是为能够迅速完成对岩土及隧道结构的分析与设计而开发的“岩土隧道结构专用有限元分析软件”，是一款采用windows风格操作界面的完全中文化软件，能够提供完全的三维动态模拟功能。程序提供应力分析、动力分析、渗流分析、应力-渗流耦合分析、边坡稳定分析、衬砌分析和设计功能，并提供莫尔库伦、修正莫尔库伦、邓肯-张、修正剑桥等14种本构及用户自定义本构模型；程序还提供便捷的几何建模功能、地形生成器、隧道建模助手、锚杆建模助手以及丰富的后处理结果；可以广泛应用于地下结构、岩土、水工、地质、矿山、隧道等方面的分析及科研。

（二）隧道概况1.隧道结构概况

隧道全长744m，隧道内部结构沿纵向以变形缝为界，共划分24段；暗埋段共计228m，暗埋段采用单层双孔箱涵结构，单孔净宽度13.05米，主体结构净高5.99m，通车净高度5.0米，主体结构及顶板采用C35、P8防水混凝土，中隔墙、内部构件采用C35混凝土，底板下采用20cm厚C20早强素混凝土垫层。暗埋段顶板及侧墙厚度为90cm，底板厚100cm，中隔墙厚80cm，主线桥梁墩跨越点覆土厚度2m；敞开段底板及侧墙厚度为60cm，中隔带采用钢筋混凝土防撞护栏。

2.隧道施工原则和技术标准

设计使用年限为100年，主体结构构件的安全等级为一级。主体结构的抗震等级为三级，结构按抗震设防烈度7度（设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组第一组）进行抗震验算，并采取必要的构造措施，提高结构和接头处的整体抗震能力。主结构的抗震设防分类为乙类，本工程场地类别：III类，特征周期值取0.45S。本工程构件环境类别，敞开段为1-C，暗埋段为1-B。结构耐火等级为一级。本工程裂缝开展宽度须小于0.2mm。本工程施工阶段底板设置泄水孔，使用阶段按最不利情况进行抗浮验算，抗浮安全系数不小于1.05，考虑抗拔桩不小于1.1。本工程使用阶段地面超载按不大于20KPa考虑，设备区活载标准值按不大于8KPa考虑。本工程使用阶段侧向水土压力按水土分算考虑。

五、结论

土体采用弹塑性的摩尔-库伦模型，实现了桥梁桩基施工过程的仿真模拟。在此基础上系统地分析了均质地层中桩基开挖过程围护结构的变形和位移，周边道路的沉降，隧道的的隆起变形，支撑结构的轴力、剪力、弯矩。围护结构的水平位移在开挖面附近比较大，支撑结构受力在边角位置明显大于其他位置，四个角承受轴力大于其它位置。环梁剪力、弯矩比其他支撑大。

参 考 文 献

[1]毛建彬.高速公路桥梁溶洞桩基施工技术[J].交通世界,2020(08):148-149.

[2]霍达君.明挖法隧道施工对近接桥梁桩基的影响研究[J].山西建筑,2019,45(12):139-140.

[3]张月冬.新建公路隧道上跨既有铁路隧道施工技术探讨[J].低碳世界,2019,9(01):225-226.

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