地铁区间隧道侧穿铁路桥梁桩基设计

晏伟光

【摘要】本文通过某工程数值模型计算，针对地铁区间隧道侧穿对桥梁桩基的影响，分析了桥梁桩基及隧道衬砌结构的安全性，并针对性地提出了侧穿段隧道技术措施。

【关键词】区间隧道;侧穿;桥梁桩基;技术措施

1、工程概况

某城市地铁暗挖区间隧道下穿既有铁路桥梁，两线交角约66°。既有铁路为客运专线，区间右线与桥梁7#桥墩相邻，隧道开挖轮廓与桥梁桩基平面距离约8.7m。区间隧道与桥梁7#橋墩桩基础位置关系如图1。

2、地质概况

区间隧道下穿段为Ⅴ级围岩，地层主要为第四系素填土及三叠系泥质白云岩。素填土：杂色，由人工回填碎块石及红黏土等组成。泥质白云岩：强风化，裂隙极发育，完整性差;中风化，岩石组织结构少部分破坏，裂隙较发育。地下水类型主要有松散层孔隙水和基岩裂隙水。

3、区间隧道侧穿桥梁桩基影响分析

3.1计算模型

隧道模拟采用二维地层—结构计算模型，计算范围上取至地面，下取至隧底以下30m处，左侧取至距左侧桥梁基础中线30m处，右侧取至距右侧洞室中线20m处。列车荷载参照《铁路桥涵设计基本规范》，静力荷载综合取值：q=85kN/m。计算模型如图2

3.2材料计算参数

围岩物理力学指标按地勘报告及相关规范取值，见表1。

3.3计算结果分析

隧道开挖模拟计算结果如图3～图5所示：

由上图可知，区间隧道开挖最大位移量发生在隧道仰拱处，最大竖向位移为3.3mm，最大横向位移量约1.7mm，地表最大沉降量约1.2mm;桩基础最大竖向位移约0.3mm。隧道开挖后拱顶沉降小于《城市轨道交通工程监控技术规范》（GB50911-2013）中规定的控制目标值，且根据相关下穿经验，综合确定相关标准控制如下：洞顶最大沉降12mm，地表沉降10mm，桥梁基础的沉降8mm。可知，各计算结果均满足要求。

4、区间隧道结构安全性分析

二衬与初支围岩的相互作用采用荷载-结构模型，二衬采用弹性梁单元模拟，衬砌截面厚度取0.45m，主筋选用φ20@200，二衬与初期支护和围岩的相互作用采用只能受压的径向弹簧单元模拟。

根据《隧规》中深浅埋的计算规定，本隧道按浅埋隧道计算。计算中考虑二次衬砌承受全部围岩压力，按《隧规》附录E浅埋隧道衬砌作用（荷载）方法计算围岩压力;水位线位于地面线以下6.2m，静水压力直接作用在二衬上。衬砌结构荷载计算结果如下：垂直压力q=342.8kPa，水平压力e上=68.55kPa，水平压力e下=104.9kPa，水压力p上=79.2kPa，水压力p下=150.4kPa。

将计算得到的荷载施加在二衬结构上，得到衬砌结构内力如图6、图7、图8。

分别取拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙脚及仰拱各处的轴力、剪力及弯矩进行结构配筋及裂缝检算，检算结果见表2

从表中结果可以看出，二次衬砌截面厚度0.45m，主筋选用φ20@200时，结构衬砌各个部位安全系数均满足规范要求，裂缝验算均满足规范要求。

5、侧穿桥梁桩基段隧道技术措施

区间暗挖隧道采用矿山法施工，复合式衬砌结构，并辅以注浆小导管作为超前支护，结合以上数值模拟计算，具体技术措施如下：

（1）隧道拱部120°范围内采用φ42超前注浆小导管注浆;初喷混凝土26cm厚，钢架采用工18型钢钢架全环设置;二次衬砌45cm厚C35防水钢筋混凝土。

（2）考虑到隧道施工中的震动因素对桥桩的影响，为确保桥梁桩基的绝对安全，隧道开挖临近桥桩的区段采用人工机械开挖，避免常规爆破开挖震动对桥桩的影响。

（3）区间下穿时加强对桥桩与隧道间地表及洞内围岩的监控量测，若发现沉降超标或横向位移变形过大，影响桥桩稳定，应暂停施工，封闭掌子面，并通知各方进行处理。地表可采用φ89钢花管注浆隔离的应急预案。

（4）施工中应执行第三方监测并制定专项监测方案。若发现异常，应立即采取相关措施以保证安全并暂停施工，同时立即通知相关单位解决，以避免隧道施工造成对既有公路面及构筑物的破坏。

结论：

（1）区间隧道侧穿桥梁桩基，开挖时地表沉降、洞内收敛及桥梁桩基位移均满足规范要求;隧道衬砌结构各个部位安全系数及裂缝验算均满足规范要求。

（2）考虑到隧道施工中的震动因素对桥桩的影响，隧道开挖临近梁桩基的区段采用人工机械开挖，避免常规爆破开挖震动对桥桩的影响。

（3）施工中应加强超前地质预报及洞内外监控量测，适时调整优化工程措施，以确保施工安全及结构安全，确保工程顺利实施。

参考文献：

[1]GB50157—2003，地铁设计规范[S].

[2]TBl0003—2005，J449—2005，铁路隧道设计规范[S].

[3]TB10002D1-2005，铁路桥涵设计基本规范[S].

[4]GB50911-2013，城市轨道交通工程监测技术规范[S].