管廊下穿对既有桥梁结构影响的数值分析

贺晓铭 黄 文 范 琨

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)



管廊下穿对既有桥梁结构影响的数值分析

贺晓铭 黄 文 范 琨

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

依托某综合管廊下穿高速公路桥梁段，运用ANSYS软件对综合管廊下穿既有桥梁的桥桩位移变化进行分析。计算结果显示：受综合管廊开挖的影响，桥桩顶面最大累计竖向位移为3.24mm。数值分析结果表明综合管廊的开挖对桥桩影响满足安全要求。

综合管廊；下穿；既有桥梁；数值分析

随着我国城市化发展，城市地下综合管廊是消除城市建设过程中“拉链马路”，“蜘蛛网线路”等现象的基础性工程[1]。但多数城市在规划方面缺乏经验，导致在城市地下管廊建设中不可避免地对既有建筑结构的安全造成影响[2]。综合管廊施工会扰动周围土体，导致临近建筑物产生不均匀沉降。本文运用ANSYS软件对综合管廊下穿高速公路桥梁段进行有限元模拟和计算，对管廊开挖后桥梁桥桩顶面位移变化情况进行具体分析。

一、工程概况

拟建综合管廊沿道路路基中心线布设，穿过高速公路桥梁段。本方案须破除原道路部分路面，开挖管廊沟槽，再浇筑完成管廊结构后回填至原地面，恢复路面结构。

综合管廊结构外部尺寸为5.45m×3.9m(宽×高)，顶板埋深2m，从路面需下挖约6m。开挖前先施工3排φ108×6mm的钢管桩，注浆加固桥梁承台靠近管廊一侧路基，钢管桩间距0.5m，距道路边缘0.25m。管廊沟槽开挖由上至下逐级开挖，逐级防护，开挖坡率按1:0.5，坡面采用φ42×2mm的钢花管注浆加固，坡口距外侧钢管桩0.7m。管廊沟槽每施工节段不大于3m，综合管廊和桥梁位置见图1。

图1 综合管廊下穿高速公路开挖示意图

二、数值模拟

根据圣维南原理可知，超出一定的结构受力范围，受力影响减弱可以忽略以提高其计算效率[3]。本工程建立三维有限元模型：40m36m20m，共划分70026个单元，见图2。整个计算模型有限元网格采用3种单元：其中solid45单元模拟岩体和桥桩，shell63单元模拟支挡结构，link180模拟钢管灌注桩。三维模型两侧采用水平对称约束，底面约束竖向位移，前后采用对称约束，其余采用自由边界。

图2 三维模型示意图

三、工况分析与模拟

依据综合管廊开挖施工方案，考虑综合管廊开挖施工过程中对桥桩的影响，简化模拟过程，本工程模型分为三个工况：(1)综合管廊未开挖时。(2)综合管廊开挖第一步。(2)综合管廊开挖第二步。

(一)计算结果与分析

综合管廊采用逐段开挖，逐段浇筑，每次开挖3m，分两步开挖。依据综合管廊开挖施工方案，在桥桩顶面选取参考点，分析其桥桩位移随不同工况的变化情况。

图3 综合管廊开挖完成后桥桩竖向位移云图

图4 桥桩桩顶选取点竖向位移累计变化图

根据图4可知，综合管廊开挖过程中，对桥桩编号为7的竖向位移产生最大影响，最大竖向位移累计变化值为3.2410mm，沉降程度最大位置处于桥面中间。

综上所述，综合管廊开挖完成后，桥桩顶面最大累计竖向位移为3.2410mm，位移均未超过5mm。桥桩竖向累计位移远小于规范规定的沉降量控制值20mm，故高速公路桥梁处于安全范围[4]。但管廊开挖使桥桩产生不均匀沉降，使高速公路的行车舒适性和服务等级受到影响。

四、结论

通过对综合管廊下穿高速公路设计施工方案分析，并运用ANSYS软件分析管廊开挖对桥桩沉降变化影响，得出如下结论：(1)综合管廊下穿高速公路过程中，由于开挖对岩土体产生扰动，桥桩顶面产生不均匀沉降，沉降峰值为3.2410mm，满足规范对沉降要求。综合管廊开挖过程中，桥桩出现沉降，说明管廊开挖对既有桥梁正常运营有一定影响。(2)防止综合管廊开挖过程中桥桩的沉降位移增加，应合理安排施工工序以及加强监控量测工作，及时反馈桥桩沉降情况。

[1]李胤龙，王小飞，陈华峰，等.浅谈国内综合管廊发展现状及存在问题[J].建筑节能,2017,4(179).179-180.

[2]陈国祥.综合管廊施工影响下既有建筑变形控制变形[J].建筑工程技术与设计,2017(1月中),385-386.

[3]谢钦方.新建公路下穿某铁路桥梁基础位移分析[J].铁路建筑技术,2013(增1),11-13.

贺晓铭(1993-)，男，汉，河南禹州，硕士研究生，重庆交通大学，地下空间方向；黄文(1993-)，男，汉，重庆，硕士研究生，重庆交通大学，岩土工程；范琨(1993-)，男，汉，安徽阜阳，硕士研究生，重庆交通大学，地下空间方向。