新建桥梁施工对邻近地铁区间隧道的影响研究

朱灿群

广州地铁设计研究院股份有限公司 广东 广州 510000

1 项目概况

短咀里湖桥改造工程位于武汉市东湖新技术开发区与鄂州市葛店经济技术开发区快速联系的交通轴高新大道短咀里湖桥。

按照高新大道线路整体规划，主体桥梁的起点桩号是K0+000.000，终点桩号是K0+929.060，桥梁总长是929.06m，其中主桥长是180m，引桥长是749.06m，标准段桥面净宽是42m。道路级别为城市主干道，设计速度为60km/h。

以下是此次改造工程新建桥梁施工方案：

场地施工道路修建。在现有路面上部垫高2m，作为施工路段，道路路堤坡脚线与11号线右线区间隧道的最短净间距为1.45m。

桥桩、承台以及桥墩施工。在承台挖4m深的基坑，围护使用拉森Ⅳ型的钢板桩，其桩长为9m，拉森钢板桩与11号右线区间的横向间距为5m～9.72m，垂直间距为7.156m～9.096m。新建桥桩的直径为1m～1.3m，桩长为30m～55m，桥桩与11号线右线区间的横向间距为7.58m～11.95m。

图1 桥桩及承台施工示意图

搭建临时支撑架，拱肋吊装施工。装置临时支架使用的是350t履带吊装拱肋。考虑到吊车满载，吊车的总重量约为600t。

在完成斜跨拱塔安装后，对剩余的临时支架，以及施工剩余的主墩、主梁进行安装。考虑到汽车吊的满载是300t，主梁使用的是350t的汽车吊。

由固结墩按顺序从两端分别吊装施工主梁，直到桥梁施工完毕，清理施工路面，还原地面[1]。

2 主要地质参数

表1 桥位区土的物理力学指标建议值表

3 影响分析

3.1 荷载结构

在桥梁施工期间，对影响区间隧道受力的情况进行分析，也就是桥梁拱肋吊装的过程。此过程使用的是350t的履带吊车，吊车吊装拱肋的位置是在区间右线YDK60+860～YDK60+930处，区间深度约为12.8m，吊车平面规格为8.5m*10m。

图2 拱肋吊装施工荷载布置图

在桥梁的建设过程中，区间侧面的附加荷载是157.5KPa，通过Boussinesq解积分，使用角点法可以得到区间顶部的竖向附加荷载[2]。区间计算使用的是水土合算，垂直土压力根据太沙基土压力理论，通过全面对比，取全覆土进行计算分析。

图3 荷载计算图

11号线左葛区间外径6.2m，管片厚度0.35m，管片混凝土采用C50，混凝土管片刚度折减系数取值0.75。采用MIDAS GTS NX建立荷载结构模型计算分析。

根据11号线左葛区间施工图，区间管片外侧配筋采用12E16，内侧配筋采用10E18。考虑弯矩增大系数0.3，区间管片宽度为1500mm，内力计算结果如下表：

表2 区间内力计算结果

3.2 数值模拟分析

根据轨道交通11号线区间隧道与新建桥梁空间位置关系，建立三维有限元计算模型。

图4 三维数值模型

根据实际工程的施工工序对计算过程进行了一定的简化，介绍计算的模拟过程如下：

(1) 边界条件和初始条件：模型的四周、底部边界为法向约束，围岩地层首先达到初始应力平衡状态。

(2) 现状短咀里湖桥施工，模型位移清零。

(3) 盾构隧道开挖，沿着其轴线方向推进，每步开挖后，立即对模型进行求解，使其处于应力平衡状态，然后分段施加盾构管片。模型位移清零。

(4) 模型位移清零。

(5) 根据施工工序图，施工便道施作，填土厚度两米。

(6) 新建桥梁桥桩施工。

(7) 桥梁承台基坑开挖。

(8) 承台及桥墩浇筑，拱肋吊装施工，施加吊装荷载97.5kPa。

(9) 移除吊装荷载，主梁吊装施工，施加施工荷载48.75kPa。

(10) 移除施工荷载，桥梁施工完成。

上述模拟计算的区间隧道结构变形及内力情况，具体如下表所示：通过上述计算分析，可以得出如下主要结论：

表4 有限元分析-区间结构位移计算结果

表5 荷载结构法-拱肋吊装阶段区间内力计算结果

表6 荷载结构法-拱肋吊装阶段区间配筋验算表

(1) 新建短咀里湖桥梁施工过程中，区间隧道受力最不利工况为桥梁拱肋吊装阶段。经验算，管片裂缝宽度内侧为0.185mm，外侧为0.076mm。在桥梁施工过程中现有管片配筋能满足承载能力极限状态和正常使用极限状态等情况下受力要求。

(2) 新建短咀里湖桥梁施工过程中，轨道交通11号线左葛区间的最大水平变形为1.118mm，最大竖向位移为4.597mm，区间变形量满足相应的变形控制标准。

3.3 主要施工要求

(1) 根据短咀里湖桥改造工程详勘报告，孔隙承压水赋存于（11-1）粉土层，承台基坑主要位于淤泥及粘土等隔水层中，局部基坑底距离粉土层较近，建议采取封底加固措施，确保基坑开挖及地铁隧道结构安全[3]。

(2) 现有施工方案中桥梁施工便道距离11号线区间隧道最小水平距离为1.45m，建议优化施工组织方案，调整施工便道位置至隧道结构边线外5m。

(3) 桥梁拱肋吊装施工采用350t履带吊，满载重量为600t，建议优化调整拱肋吊装施工方案，增加起吊次数，减小单次起吊载荷[4]。

4 应急预案

4.1 桥梁施工应急预案

在桥梁实施期间，下部地铁隧道结构发生明显位移或变形，如果超出了监控警告的范围，就必须马上中止工程，并在相关地区尽快进行拆除[5]。

如遇不可抗力、地质条件变化、建设等原因，发生危险情况，必须立即采取措施，排除危险。

4.2 轨道交通11号线区间隧道应急预案

建设单位、施工单位、监理单位等与轨道交通11号线运营单位及其相关单位保持良好交流。

在桥梁建设前，应根据评估结果在隧道内布置沉降点和收敛点，并对其进行监控。

5 结论分析

(1) 此评估报告的计算是根据下列条件进行的：施工便道高度为2m、施工便道与隧道之间的最小横向间距是1.45m、施工期间对地面额外的横向超载是157.5KPa。如果最后的实施方案或项目边界条件改变，则需再次进行评估[6]。

(2) 目前的施工方案中，桥梁施工便道与11号线区间隧道之间的最小横向间距为1.45m，应改善施工组织方案，并将施工便道移至隧道结构边线外5m处。

(3) 在桥梁建设之前，可根据轨道11号线区间管片变形情况，对区间采用钢管片进行加固处理。

6 结束语

综上所述，在临近地铁区间隧道周边开展桥梁施工的过程中，施工单位要根据实际情况，结合国家相关标准制定施工标准，充分分析哪些施工内容会对隧道产生影响。施工单位根据可能影响的内容完善施工要求，合理设计应急预案，从不同角度保障隧道使用安全。