大跨暗挖车站正穿高架桥桩施工技术研究

史宣陶 崔广军 高跃峰

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

0 引言

近年来，随着城市化进程的加快发展，城市用地越来越稀缺，新建地铁及城市空间不可避免的会出现临近建构筑物施工，势必会对既有结构的安全性造成一定的影响，特别是临近城市中心运营高架桥桩施工，采用什么支护形式，保证既有桥桩安全运营和暗挖车站结构安全，已经成为暗挖大跨地铁车站施工过程中不容忽视的问题。关于这一难题，近年来，学者和专家已有大量有价值的研究。

易领兵等[1]通过有限元软件分析研究大断面暗挖区间下穿京沪高铁北京特大桥施工过程中桥面、桥墩、承台及桥桩位移变化规律特征；张晓光等[2]通过对桥桩变形进行全过程监测，并与有限元模型计算结果进行对比分析；赵瑜等[3]对暗挖隧道侧穿高架桥的施工过程进行了仿真数值模拟；王利民等[4]采用数值模拟计算估算暗挖段城市地铁隧道下穿既有桥梁基础变形；崔光耀等[5]研究近接桩基隧道下穿施工位移控制技术；李强[6]运用有限差分方法分析了地铁车站暗挖隧道施工过程中其附近的既有桩基的受力特性及位移变化规律；张志强等[7]对新建隧道邻接既有桩基的力学行为进行了研究；谭富圣[8]通过有限元法及现场实际监测，论证不同的施工顺序，加固方案对既有桥桩的内力、变形及摩阻力的影响。

综上可知，目前国内学者针对暗挖车站下穿既有桥桩已经有丰富的研究成果。本文在总结前人研究基础上，以青岛地铁4号线海泊桥站为工程研究背景，结合现场上软下硬工程地质条件，借助于有限元软件对暗挖车站正穿高架桥桩进行分析，并与现场监控量测数据对比，以解决大跨暗挖隧道正穿既有高架桥施工过程中存在的问题。

1 工程概况

海泊桥站位于鞍山路与人民路交叉口东侧，沿鞍山路北侧设置，现状为双向六车道；鞍山路为青岛市东西向主干道，两侧各为10 m宽的绿化带；鞍山路路中为杭鞍快速路高架桥。海泊桥站大里程端约100 m主体结构位于杭鞍快速路高架桥引桥下方，该引桥为5跨简支梁桥，桩基础；桩为端承桩，桩底落在微风化花岗岩上，桩长5 m～12 m，桩径1.5 m，每个承台下方有两根桩，桩底与主体结构拱顶的最小竖向距离为4.76 m。位置关系详见图1。

2 数值模拟分析与监控量测

2.1 计算模型的建立

采用MIDAS GTS-NX进行二维数值模拟分析，考虑围岩与结构的共同作用、分步施工过程。计算模型左右水平计算范围均取车站跨度的3倍，垂直计算开挖采范围向上取至自由地表，向下取隧道高度的3倍，取模型尺寸144 m×100 m，隧道拱顶埋深为22.4 m。计算结构模型如图2所示，材料物理参数如表1所示。

表1 地层的主要物理力学参数

本模型中，隧道围岩本构模型采用Mohr-Coulomb模型，以考虑围岩的非线性变形。衬砌结构采用Beam单元，锚杆采用植入式桁架。

该计算断面为Ⅳ级围岩，采用双层初支拱盖法大断面开挖，施工计算步骤严格按照隧道施工顺序进行：

1)车站拱部采用“CD”法施工，先开挖右侧上台阶1，并施作该部第一层初期支护11和临时中隔壁13上部。2)开挖右侧下台阶2，施作临时中隔壁13下部。3)开挖左侧上台阶3，并施作该部第一层初期支护11。4)开挖左侧下台阶4。5)拱部开挖完成后，先施作第二层初期支护12，再根据监测情况拆除临时中隔壁13，必要时也可短拆除(不宜超过3 m)临时中隔壁13后，再施作第二层初期支护12；第一层初期支护11与第二层初期支护12通过胡须筋连接，形成叠合初支拱盖(11+12)；在第一层初期支护11和第二层初期支护12叠合初支拱盖保护下，拉槽开挖车站下部岩体，分左、中、右三部分和上、中、下三台阶共9步开挖，并施作相应段的边墙支护15，直到开挖到底。具体施工步序如图3所示。

2.2 计算结果与分析

由图4～图6可知，暗挖车站施工完成后，地表最大沉降-1.13 mm；车站结构拱顶最大竖向位移为-1.55 mm，高架桥桩最大竖向位移为-1.16 mm；根据计算高架桥桩倾斜率为1/15 556，相邻桥桩差异沉降为0.000 05%，均满足GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范和CJJ 99—2003城市桥梁养护技术规范的限值要求。

由图7可知，暗挖车站结构采用“初支拱盖法”技术方案施工完成后，根据现场监控实测，地表最大沉降-1.24 mm，跟有限元计算数值基本吻合；验证了施工方案选取的合理性和有限元计算的准确性。

3 结语

为研究上软下硬地层大跨暗挖车站施工对既有高架桥桩影响，本文以青岛地铁4号线海泊桥站为工程研究背景，借助于有限元软件及现场监控量测，分析“初支拱盖法”施工技术方案对既有高架桥桩影响，得出如下结论：

1)针对大跨度暗挖车站结构正穿高架桥桩，采用“初支拱盖法”施工技术方案能够确保高架桥的安全运营和隧道结构的安全施工。

2)暗挖车站施工完成后，地表最大沉降为-1.13 mm；车站结构拱顶最大竖向位移为-1.55 mm，满足规范地表沉降量不大于30 mm的要求。

3)暗挖车站施工完成后，高架桥桩最大竖向位移为-1.16 mm；倾斜率为1/15 556，满足规范关于高架桥桩竖向位移控制值5 mm，倾斜控制值1/1 000的要求。

4)根据现场实测，监测数据与数值计算结果基本吻合，验证了有限元计算的准确性和方案选取的可靠性。