桥梁改造施工对既有盾构区间结构影响分析

马耀仁， 惠弘煜， 崔延恒， 张海莉

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，江苏 无锡 214000）

随着城市化进程加快，为满足人们日益增长的交通出行需求，结合城市建设改造既有建构筑物已成为一种必然[1]，城市地铁工程大量兴建，已有建构筑物改造施工必将对邻近地铁车站或隧道结构造成一定影响。改造工程施工会引起邻近地层的变形，影响既有车站或盾构区间的安全，因此在改建工程施工前，应正确预测和掌握改造工程施工对既有车站或盾构区间可能造成的不利影响，为完善改造施工提供必要的技术支持和参考[2]。

本文以无锡市长江路一号桥改造工程为背景，分析桥梁改造施工对无锡地铁3 号线永乐东路—金海里盾构区间结构安全的影响。

1 工程概况

长江路一号桥改造工程南北走向，全长约220 m，道路宽34.5 m，为城市主干路，上跨地铁3号线永乐东路—金海里区间，桥梁改造基坑分两期实施，基坑深度约3.97 m。该桥斜交角度为37°，为单跨简支板梁，桥梁总长23.06 m，总宽34.5 m，桩基础。见图1。

长江路一号桥北侧基坑深度约4.75 m，南侧基坑深约5.3 m，施工主要采用放坡开挖的支护方式，坡比为1∶0.5，坡面采用10 cm 厚喷射混凝土+8 mm@20 mm双向钢筋网片护坡。

图1 一号桥与区间隧道位置关系

工程沿线整体地势较平坦，场地区域为长江三角洲太湖冲湖积平原，影响范围内各土层工程性质见表1。

表1 主要土层物理力学参数

2 一号桥改造对隧道结构的影响分析

2.1 计算模型

采用大型有限元软件MIDAS GTS NX建立三维有限元模型，模拟一号桥基坑开挖过程对地铁3 号线隧道结构的影响，建模时，桥梁承台及桥背挡墙采用板单元，盖梁、桥墩采用1D 梁单元，桩基采用植入式1D梁单元，土体采用实体单元，地面超载取20 kPa，建筑物荷载按实际考虑[3～4]。见图 2。

图2 计算模型

根据工程资料，一号桥上部结构总荷载约为15 680 kN，改建前后基本一致，北端头为单排1 200 mm 桩基础，桩长 21.5 m，南端头为双排1 200 mm 桩基础，桩长38 m。由于一号桥与地铁双线盾构隧道距离较近，老桥拆除及新桥施工荷载均较大，为地铁特别保护区内施工的高风险项目，受交通限制，本项目施工需分东西侧二期实施，先西后东。本次计算根据东半幅施工方案分2种工况进行核算：

1）工况一，东半幅桥梁南北端头分期实施；

2）工况二，东半幅桥梁南北端头东西侧分期实施。

2.2 计算结果分析

由于篇幅有限，仅分析距离较近的右线隧道。

1）工况一条件下隧道位移见表2。

表2 工况一隧道位移 mm

由表2可知，如采用先西后东，桥梁南北端头分期实施的方案，则一号桥西侧半幅建设过程引起地铁区间隧道结构最大水平位移为-1.73 mm，最大竖向位移为2.12 mm，最大总位移为2.14 mm。东侧半幅施工过程引起地铁区间隧道结构累计最大水平位移为1.46 mm，累计最大竖向位移为7.57 mm，累计最大总位移为7.71 mm。

在一号桥建设过程中，地铁隧道竖向位移主要表现为隆起，东侧桥梁范围内南端头附近变形最为明显，向两侧方向变形量锐减。施工前，一号桥改造工程施工位置处左右线盾构管片顶部附近所处地层应力分别为199.85、204.99 kPa，实施完成后，左右线地层应力值分别减小为195.59、202.55 kPa，分别较初始状态分别减小了2.15%、1.22%，经核算，现状中埋管片配筋可满足受力要求。

3）工况二条件下隧道位移见表3。

由表3可知，如采用先西后东，桥梁南北端头东西半幅分期实施分期实施的方案，东侧半幅施工过程引起地铁区间隧道结构累计最大水平位移为1.63 mm，累计最大竖向位移为5.79 mm，累计最大总位移为5.87 mm，满足隧道变形保护控制标准，在一号桥建设过程中，地铁隧道竖向位移主要表现为隆起，东侧桥梁范围内南端头附近变形最为明显，向两侧方向变形量锐减。

施工前，一号桥改造工程施工位置处左右线盾构管片顶部附近所处地层应力分别为220.34、209.88 kPa，实施完成后，左右线地层应力值分别减小为211.60、207.39 kPa，分别较初始状态分别减小了3.95%和1.20%，经核算，现状中埋管片配筋可满足受力要求。

3 结论与建议

1）采用“东半幅桥梁南北端头分期实施”的方案，对控制地铁隧道变形有一定效果，但已接近控制值；如采用“东半幅桥梁南北端头东西侧分期实施”的方案，可满足地铁保护变形控制标准。因此，建议一号桥项目采用“东半幅桥梁南北端头东西侧分期实施”的方案。

2）邻近地铁结构的桥梁施工，施工过程中应严格限定施工工序，严格控制单次荷载变化（含拆除卸载及回筑加载等），尽量分区、分块实施采用分区、分块实施的方案，对控制地铁隧道变形有一定有利效果。

3）桥梁改造施工应在监测的指导下进行，若监测结果异常或有异常变形趋势，应立即停止并采取应急措施。

4）对于大跨度预制箱梁总体荷载较大，箱梁安装应分批、多次进行，以减小施工过程对临近地铁结构的影响。