浅埋暗挖隧道大断面下穿高架桥影响分析

姜汉涛

中交铁道设计研究总院有限公司

浅埋暗挖隧道大断面下穿高架桥影响分析

姜汉涛

中交铁道设计研究总院有限公司

乌鲁木齐轨道交通1号线大地窝堡站～国际机场站区间暗挖大断面近距离下穿机场高架桥，施工风险大，桥梁保护难度高。针对风险源进行了有限元分析，并通过合理的加固方案，为顺利完成桥下隧道施工提供了安全保障，为类似工程提供了指导经验。

地铁工程；暗挖隧道；高架桥

1 引言

随着地铁工程的发展，多样的区间工法在地铁中广泛的使用。受周边场地条件限制、区间配线方案的影响，浅埋暗挖工法越来越多的在地铁工程中应用。大量的地铁线路沿城市主干道下方建设，区间隧道不可避免会出现下穿高架桥等情况。本文依托实际工程项目，通过对暗挖隧道下穿高架桥的影响分析，为类似工程施工提供一定的指导经验。

2 工程概况

乌鲁木齐轨道交通1号线大地窝堡站～国际机场站区间采用盾构法及浅埋暗挖法施工。区间临近国际机场站站端受配线影响，结构形式采用单洞双线暗挖大断面，下穿机场高架桥。详见图1。

隧道开挖宽度为12.3m，开挖高度为9.6m，埋深约14.5m，采用双侧壁法开挖施工。区间隧道与高架桥斜交角度约73°，隧道距离高架桥基础约11.9m。

机场高架桥为10跨连续梁结构，跨度12m/18m，桥面板厚0.2m，纵梁截面为0.45mX1.2m、0.55mX1.2m，横梁截面为0.75mX1.3m，桥下为独立基础，基础截面为3.6mX4.6m，埋深为2.1、2.5m。

笔者对区间下穿高架桥工程进行数值模拟研究，分析施工过程中隧道开挖对桥梁结构的影响。

图1 区间下穿高架桥关系图

2.1 工程地质概况

地质从上到下依次为，杂填土、圆砾、卵石。

(1)1-1杂填土（Q4mll/），分布于地表，分布不均匀，层厚0.5～3.5m，灰黄-灰色，稍密-密实，稍湿-潮湿，以圆砾、卵石为主组成。

(2)4-9圆砾，分布均匀，土黄色，层厚1.5～19m。成份以砂岩、灰岩为主，多呈浑圆状，粒径组成：2～20mm占40%～55%，20～60mm占20%～35%，大于60mm约10%，余以杂砂砾充填为主。

(3)4-10卵石（Q3al+pl/），分布均匀，灰黄色、灰色、深灰色，厚度14～35m，成份以砂岩、灰岩为主，浑圆状，磨圆度较好，粒径组成：2～20mm占10%～30%，20～60mm占40%～55%，大于60mm占10%～30%。

2.2 地下水类型与特征

勘察期间勘探深度内未见地下水，不考虑地下水位抗浮设计及抗承压水设计，不考虑地下水对工程的影响。

2.3 结构设计参数

区间位于卵石地层（V级围岩），拱部采用超前小导管+长管棚注浆加固。初期支护350mm厚C25喷射混凝土，二衬600mm厚C45模筑钢筋混凝土。超前小导管采用直径25钢管，L=2.5m，间距0.3mX1.0m（环X纵）拱部150°范围设置。长管棚采用直径∅159钢管，拱部120°范围设置。详见右侧断面图。

3 工程重难点分析

(1)卵石层内小导管成孔难度大，小导管注浆效果难控制。

(2)区间位于卵石层内，卵石层（V级围岩）拱顶及掌子面稳定性差，地面沉降控制难度较高。

(3)T3航站楼高架桥为连续梁结构，对桥梁基础差异沉降要求较高。

(4)区间大断面正穿高架桥独立基础，隧道顶部距离基础底部约12m，小于一倍开挖宽度，上部桥梁荷载扩散能力弱，难形成空间效应的承载拱。

3.1 风险源变形控制标准

根据桥梁剩余变形评估报告，变形控制指标如下：

(1)单墩最大累计沉降15mm；

(2)相邻桥墩最大差异沉降5mm；

(3)墩柱倾斜1/1000。

3.2 施工方法确定

为了严格控制结构沉降，考虑卵石地层成孔难度大，稳定性差的特性，超前支护采用小导管注浆加固，控制每榀超前小导管设计长度，并设置长管棚。

为控制沉降，采用双侧壁法施工，减少分部开挖体量，有效控制隧道自身开挖变形。

第一步：拱部施作超前管棚、超前小导管，注浆加固地层。开挖洞室1、2，洞室2距离洞室1不小于6m。

第二步：拱部施作超前管棚、超前小导管，注浆加固地层。开挖洞室3、4，洞室4距离洞室3不小于6m，洞室3距离洞室2不小于6m。

第三步：拱部施作超前管棚、超前小导管，注浆加固地层。开挖洞室5、6，洞室6距离洞室5不小于6m，洞室5距离洞室4不小于6m。

第四步：洞室封闭成环后，分段拆除临时中隔壁，浇筑仰拱，每段拆除长度不大于6m。

第五步：依次分段拆除临时中隔壁、中隔板，至二衬结构封闭。

4 工程实施影响分析

4.1 计算模型及参数

本次平面有限元数值计算运用有限元计算软件Plaxis 8.5进行分析，采用土体弹塑性结构模型，对土体进行激活和钝化来模拟土体的开挖和填筑。有限元模型采用的物理力学参数如下表1所示：

表1 岩土力学参数表

4.2 计算结果及分析

图2 下穿机场高架桥计算模型

图3 机场高架桥竖向变形计算结果云图

通过计算得出，机场高架桥基础最大竖向位移5.9mm，纵向相邻基础沉降1.3mm，横向相邻基础沉降1.1mm，均满足沉降变形控制标准要求。虽然理论计算可以满足桥梁变形控制要求，但考虑实际施工过程中不可预见的因素，仍需采取加固措施，确保施工安全。

4.3 风险源保护措施

(1)加强超前支护措施，隧道穿过高架桥基础段采用长管棚+超前小导管进行超前加固。

(2)隧道采用双侧壁法施工、并加强竖向支撑体系。

(3)穿越前地面设置临时支架进行满堂支撑，防止突然坍塌

(4)施工前预先对隧道下穿范围高架桥基础底部注浆加固(注浆范围：水平向基础两侧1m宽度，竖向基础底板3m范围)，要求28天无侧限抗压强度qu≥0.8MPa。

(5)加强监测，根据监测结果对基础采取跟踪注浆措施。若变形达到报警值（即容许变形量70%），应立即停止施工，对桥梁进行支顶措施。

5 结束语

目前，该段区间隧道已完成施工，监测结果为地面累计沉降5.6mm，基础累计沉降4.9mm，基础差异沉降1.1mm，变形结果均满足设计要求。

通过计算分析及工后沉降结果，得出以下结论：

(1)大～国区间下穿机场高架桥时会造成隧道周边土体的松动，导致基沉降和变形，且连续梁结构高架桥保护难度大，需要采取必要的加固保护措施。

(2)通过综合采取加强隧道自身刚度，地面注浆加固等措施，对隧道开挖变形控制效果较好，加固方案合理，为顺利完成桥下区间隧道施工提供了安全保障，为类似工程提供了指导经验。

[1] GB—50157 2013,地铁设计规范[S].

[2] TB/10003-2005铁路隧道设计规范[S].

[3] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M],安徽教育出版社2004.