浅谈华福立交对轨道五号线高架桥的影响评价

尹恒

重庆市设计院有限公司 重庆 400015

1 概况

1.1 项目概况

华福立交地处重庆九龙坡区，为金建路和华福路相交形成的节点，标准三层菱形立交，金建路下穿华福路，轨道交通五号线沿华福路方向上跨拟建华福立交。立交方案含金建路下穿道1座、华福路上跨桥1座、人行天桥2座。

1.2 华福立交与轨道交通的关系

金建路下穿道、华福路上跨桥和1号人行天桥均位于轨道五号线华岩新城站至中梁山站区间高架段保护区范围内。

（1）金建路下穿道位于轨道五号线QJ27-D43#和D44#桥墩之间，下穿道基坑围护桩基与轨道五号线高架桥承台最小水平净距为5.12m，最大竖向高差为2.781m，桩基之间无传力影响。

（2）华福路上跨桥左、右线与轨道五号线高架桥平行，与轨道高架的墩台基本处于同一断面，上跨桥桥面标高均低于轨面标高，最小高差为0.5m。

（3）1号人行天桥下穿轨道五号线高架桥，共有6个桥墩位于轨道保护线范围内，其中Z4和Z5桥墩与轨道桥墩距离最近，均位于轨道QJ27-D44#桥墩南侧，桥墩桩基最小水平间距为12.58m，最小竖向高差为1.42m，桩基之间无相互传力。轨道梁底与对应人行天桥桥面高差为2.77m，满足人行天桥桥面净空大于2.5m的要求。

1.3 风险源辨识

华福立交所含金建路下穿道、华福路上跨桥和1号人行天桥对轨道五号线高架段影响分别为特级、特级、二级，主要风险在于施工对围岩的扰动引起轨道结构应力重分布及变形，可能对轨道结构安全与稳定造成不利影响。

2 计算分析

2.1 评估内容

根据拟建华福立交施工步序，预测立交下穿道和桥梁的施工过程中轨道交通五号线D42#～D48#轴区间高架桥的结构变形情况，并分析华福路上跨桥施工与运营对轨道安全的影响，对设计方案可行性与轨道五号线结构的安全性做出评价，并提出相应的建议及要求。

2.2 计算模型

采取三维计算模型来模拟分析华福立交工程对轨道交通五号线的影响，计算采用Midas/GTS有限元分析软件进行。由于金建路下穿道开挖对轨道区间影响较大[2]，考虑华福路上跨桥与轨道平行，且逐墩对应，各墩台位置高架桥与轨道相互关系相近，故对三维模型进行适当简化，选取轨道D43～D44高架区间进行建模分析，如下图1所示。

计算范围内的围岩采用3D实体单元计算；华福路上跨桥、1号人行天桥、轨道五号线高架桥的下部结构采用3D实体单元计算；金建路下穿道基坑的桩板式挡墙采用3D实体单元，挡板采用2D板单元计算；金建路下穿道主体结构采用2D板单元计算。为了确保三维模型有足够计算精度并尽量减少计算工作量，本次计算对计算范围进行了一定的限制。沿金建路下穿道基坑纵向、横向均取100m，从地表向下取30m。

图1 三维计算模型透视图

2.3 计算参数

结合本工程地勘岩土参数建议值，计算模型所采用岩土参数见下表1。

表1 计算模型参数

考虑到施工过程对围岩有一定扰动，所用实际计算参数在地勘提供的最低参数基础上按0.8进行折减，即岩土体的弹性模量E、内聚力c、内摩擦角φ、抗拉强度及抗压强度乘以0.8的折减系数。

2.4 计算工况

模拟建设时序为轨道五号线高架桥结构先施工，再依次进行金建路下穿道、1号人行天桥、华福路上跨桥结构的施工。金建路下穿道采用明挖法施工，基坑开挖、下穿道主体结构修筑、基坑回填，以及1号人行天桥和华福路上跨桥下部结构的修筑都将会引起轨道五号线高架桥结构的变形。

2.5 计算方法和屈服准则

计算采用激活和钝化单元的方法模拟施工过程中的开挖、支护及结构物的修建[1]。岩、土体材料的屈服条件采用莫尔-库仑屈服准则。

3 计算结果

3.1 三维模型计算结果及安全评价

通过计算，轨道结构最大变形主要发生在金建路下穿道基坑开挖阶段，轨道高架最大纵向桩底变形1.060mm，墩顶变形0.611mm；最大横向桩底变形为0.685mm，墩顶变形0.397mm；最大竖向桩底变形0.395mm，墩顶变形0.399mm，满足《地铁设计规范》（GB50157-2013）中高架结构墩顶的弹性水平位移顺、横桥向分别小于5×L0.5、4×L0.5以及高架结构墩台均匀沉降量不应超过50mm且相邻墩台沉降量之差不应超过20mm的规定。

3.2 下穿道基坑施工优化

为确保华福立交项目实施期间轨道结构的安全，开挖时，在金建路下穿道桩基顶部设置临时横向钢支撑。优化后，基坑桩基最大横向变形较原方案中变形减少40.7%；轨道结构最大变形量较原设计方案中变形均有减少，其中墩顶纵向最大变形减少17.8%。

3.3 二维计算分析

为了进一步确定华福立交工程对轨道五号线的影响程度，同时验证三维模型的准确性，根据本项目与轨道五号线相互关系，分别取金建路下穿道与轨道结构、华福路上跨桥与轨道结构距离较近的剖面进行二维有限元计算。

（1）金建路下穿道与轨道结构最不利剖面

模型计算参数、计算工况及步序同三维计算分析，二维计算模型如下图2所示。

图2 金建路下穿道与轨道结构最不利剖面二维计算模型

表2 轨道结构最大变形（mm）

根据该剖面二维有限元计算结果（表2），金建路下穿道施工过程引起轨道结构纵向和竖向的最大变形小于2mm，轨道结构变形远小于规范容许值纵向变形34.7mm，竖向变形50mm，下穿道施工期间轨道结构安全。

下穿道施工期间基坑桩基桩顶最大横向变形小于3 mm，基坑变形处于安全范围。

（2）华福路上跨桥与轨道结构最不利剖面

模型计算参数、计算工况及步序同三维计算分析，二维计算模型及各计算阶段模型如下图3所示。

图3 金建路下穿道与轨道结构最不利剖面二维计算模型

表3 轨道结构最大变形（mm）

根据该剖面二维有限元计算结果（表3），华福路上跨桥施工过程引起轨道结构横向和竖向的最大变形小于1mm，轨道结构变形远小于规范容许值纵向变形29.9mm，竖向变形50mm，上跨桥施工期间轨道结构安全。

4 工程类比

通过对“青堡立交下穿道工程与轨道六号线高架段”、“绿梦广场公共人防工程项目与轨道三号线双龙至碧津高架区间”两个工程实例进行类比，进一步证实可以做到华福立交安全施工且不影响既有轨道结构安全。

5 结束语

通过建立三维有限元模型，对华福立交和轨道五号线华岩新城站至中梁山站区间高架段的相互影响进行计算分析，结合以往相似工程进行类比，可得如下结论：

（1）华福立交工程实施阶段，轨道结构各向最大变形均满足《地铁设计规范》（GB50157-2013）中的相关要求。

（2）通过在下穿道基坑支护桩基顶部设置冠梁和增设临时内支撑，基坑桩基和轨道结构物变形量与原方案相比都有减小。其中基坑桩基最大横向变形减少40.7%，轨道结构最大变形减小17.8%，施工优化方案对轨道结构物和基坑支护桩变形有显著的控制作用。

（3）计算分析表明，华福立交工程的实施对轨道五号线区间高架的影响在安全范围内，华福立交工程设计方案基本可行，风险可控。通过在下穿道基坑开挖阶段增设临时内支撑，能有效减小下穿道基坑和轨道结构变形，进一步确保轨道五号线高架桥结构的安全。