高架桥下明挖隧道施工技术研究

谢 斌（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁 辽阳111000）



高架桥下明挖隧道施工技术研究

谢 斌
（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁 辽阳111000）

摘 要：文章以某南京到上海方向某节点改造工程为例，对施工场地的地质情况进行了分析，然后提出了基坑维护的施工方案，通过模拟分析和对比，就围护桩形变、基坑和高铁桥墩之间的土体表面的形变进行了研究，希望通过本次研究，对有效控制高铁基坑变形和桥段始形变，控制高铁正常运行有一定助益。

关键词：高铁；桥梁施工；明挖隧道；安全分析

高铁在建设和设计过程中特殊工程相对较少，对基坑和桥墩的形变控制还没有特定的规范和操作标准，积极探索基坑形变和桥墩形变的控制标准对保障高铁正常运行和安全使用有着显著的促进作用。

1　工程地质情况分析

本次研究的地基层是由土层沉积而成，地基呈现层状分布，各个层之间的分布比较均匀，但是各个层面之间的差距十分大，施工场地地面标准高度在 2.712m～7.851m之间，高度落差在5.141m之间。第一层为人填土层，第二层为褐黄土壤和灰黄粘土的混合在一起，第三层为灰土和青灰色粉砂混合在一起，第四层主要为灰色的粉状粘土，最后一层为灰黄色和青灰色混合而成的青灰色粘土。施工现场，浅部土层中的地下水类型为浅水系，［1-2］拟建场地的微承压主要存在于浅部第二层和第三层的粉土或者粉砂土中，其含水量一般，水源补充主要为大气降水、地表水和上部存在的水源。

2　基坑围护方案的确定

在基坑使用区域开挖一个深度和宽度为8*33m的基坑，围护采用的模式为石砌或者隔离桩，其中石砌挡墙为工程中已经存在的建筑物，隔离桩通常为Φ1000mm～12000mm的钻孔灌注桩，长度一般维持在17m左右。在使用期间，应该保持较低的地下水位，采用集水坑的方式降低水位。具体施工过程中，首先是开挖 Φ1000mm的钻孔围护桩，然后开挖一个深度为Φ500mm的高压旋喷桩，接下来将上部的挡墙去除，做好土方开挖工作，然后将下部挡墙去除，基坑底部铺上相应的建设材料，再然后安装好基坑底部的地板钢筋，最后用混凝土对地板钢筋结构进行浇筑。

3　做好模式计算工作

3.1建立合适模型

本次研究采用的线弹性模型，塑性部分采用Mohr-Coulomb 模型，在设计过程中，基坑以垂直方向穿越高铁桥梁，其中存在的各种技术问题按照平面应变对问题进行处理。

3.2选择合适的计算参数

基坑围护结构钻孔要求灌注桩施工过程中应该按照等效强度和刚度原理将其陆续转化为连续墙结构。混凝土设计强度应该达到C30级以上，厚度维持在0.8m以上，其他材料的物理数据可以查阅相关表格获取。基坑施工主要分以下几个步骤，首先将上部分挡墙及时拆除，从2012年12 月16日开始；其次，开挖基坑的土方，在挡墙拆除后一周之后进行；再次，将因为土方开挖而裸露出来的部分不上挡墙及时去除，在 12月底进行；最后，将基坑底部的垫层铺好，并做好钢筋结构浇筑工作，一般在第二年1月上旬进行，到一月中下旬结束。

4　结果分析

4.1高铁桥墩沉降情况和实际数据对比分析

该项工程是在正常运行的高铁桥梁下进行，安全性十分重要。在施工过程中最为敏感的安全因素就是桥墩的形变量控制。通过本次模拟我们可以得到高铁桥梁沉降各种数值模式，详细情况如图2所示。

图1　高铁桥墩沉降

在高铁桥梁底部施工过程中，桥墩最大沉降主要发生在开往南京方向的桥段中，最大的沉降度为0.64mm，隔离桩对预防过度沉降起到了良好的保护效果，通过对图1a、b两图的对比发现，在项目工程施工过程中，距离基坑边缘3.7m处的桥墩沉降值始终比距离基坑边缘 5.7m处的要大很多，最大的差值超过了0.04mm，最大的沉降量差值相差0.03mm，这就显示出，桥墩和基坑之间的距离是影响桥墩形变的重要因素。通常情况下，高铁项目工程施工完毕后，最大的沉降要求应该小于等于 30mm，路基施工完毕后，扣件可调整的总体沉降量应该在15mm以下，路面和桥梁交界处的沉降差最大不得超过5mm。本次项目工程施工过程中，桥墩的沉降量始终控制在 1mm之内，有效的控制桥面和路面之间沉降差值，可以将其作为高铁桥梁下明挖隧道施工的安全控制指标。通过模型数值模拟结构和现实测试结果对比发现，沉降规律基本符合要求，但是模型模拟出来的数值偏大，出现这种情况可能是与土体超固结现象有一定关系。

4.2基坑围护形变情况分析

通过对图2进行分析可以发现，围护桩水平位移的最大值是在顶部，为4.22mm，模拟数值的最大值为4.96mm，桩顶部最大的沉降为1.45mm，维护桩整个形变主要发生在基坑土方开挖过程中，在对存在挡墙进行拆除过程中，围护桩本身的深层水平位移较小，通过与现场实测数值进行比较，模拟形变数值和实测结果基本吻合一致。但是目前，还不能确定一个合理的控制标准。在具体施工过程中，基坑围护桩形变控制在5mm以内，不会对高铁正常运行造成影响。

图2　围护桩桩顶变形及深层水平位移

4.3基坑和桥墩之间的土体表面形变分析

隔离桩和桥墩之间土体最大的水平位移为2.41mm，最大沉降数值为 2.32mm，数值模拟和现实测得数据形变相吻合，并且存在较小误差。土体表面发生沉降主要发生在上部挡墙部分拆除过程中，而土体倾斜主要发生在下部挡墙拆除过程中，这说明挡墙对形变产生了一定的作用。桥墩的动压力和围护桩身的轴力扩散主要集中在桩入土的12m的范围之内。结合图2所示，土体发生形变的深度范围较小，表面位移和沉降数值应该控制在3mm以内。

5　结束语

在高铁桥梁下明挖隧道施工作业过程中，必须严格控制好高铁桥墩的形变范围。本次项目工程施工发现，基坑形变量应该控制在5mm内，高铁桥墩沉降应该控制在1mm之内，表面位移和沉降数值应该控制在3mm以内，这样可以切实保证高铁道路正常运行。

参考文献：

［1］黄传胜，张家生.地铁深基坑三维有限元模型尺寸效应分析［J］.铁道科学与工程学报. 2011（02）: 47.

［2］熊春宝，雷礼钢，葛有志.土的不同本构关系对三维有限元分析的影响［J］. 天津理工大学学报. 2010（01）:30-31.

（责任编辑：雷 君）

中图分类号：U455.1

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.019

文章编号：1672–7304（2016）01–0042–02

作者简介：谢斌（1987-），男，辽宁辽阳人，研究方向：工程技术。

Research on the construction technology of open cut tunnel under the viaduct

XIE Bin
（China Railway nineteen Bureau Group Second Engineering Co.， Ltd.， Liaoyang， Liaoning 111000）

Abstract:This study mainly to a direction of a node Nanjing to Shanghai renovation project，and on the construction site geological conditions were analyzed， and then the maintenance of construction pit proposed scheme through simulation analysis and comparison， the strain on the envelope pile soil surface deformations，excavation and high-speed rail between piers were studied.

Keywords:High-speed Rail； Bridge Construction； Cut and Cover Tunnel； Safety Analysis