管线基坑穿越地铁高架区间桥梁变形规律研究

孙萍萍

(中铁四局集团第三建设有限公司，天津 300163)

0 引言

随着城市轨道交通的持续发展，地下空间如何有效利用变成了重视的问题之一。受规划和工程地质等因素的影响，新建工程将会不可避免的对既有轨道交通的结构产生扰动，如何保证既有结构的安全将是工程施工的关键。

1 工程概况

1.1 新建工程概况

某城市道路规划为城市主干路，设计行车速度60 km/h。其北段已于2018年建成通车。在设计终点附近下穿某城市轨道交通既有线，形成铁路立交，由于道路低点的雨水不能自流排除，每年汛期大雨时均易出现积水情况，急需建设一座雨水泵站。

1.2 既有地铁现状

该既有轨道交通线为双线中低速磁浮，双线间距4.6 m，设计速度100 km/h，轨道属于中低速F轨。

工程影响段为高架桥区间，桥梁位于直线上，本联桥跨布置为(23.6+39.2+23.6)m，4个桥墩分别为71号～74号桥墩(见图1)。桥梁上部结构为预应力混凝土现浇连续箱梁，下部结构采用花瓶墩，矩形实体墩台。

本项目穿越本联中跨桥梁，邻近桥墩为72号和73号桥墩。72号和73号桥墩基础为承台和群桩基础，承台均埋深2 m，桩基类型均为摩擦桩，桩长为17 m。其中72号桥墩承台下设置6根桩基，73号桥墩承台下设置9根桩基[1-3]。

1.3 新建工程与既有地铁位置关系

自北向南沿该道路主路新建D=2 000 mm雨水管道，开槽深度约3.8 m，基槽开挖上口距西侧桥墩水平距离约7.3 m，距东侧桥墩水平距离约21.5 m。基槽开挖下口线距离桩基础最小距离为7.78 m(见图2)[4]。

2 工程地质及水文地质概况

本工程岩土工程勘察期间实测的钻孔孔口处地面标高为80.73 m～81.05 m。根据对现场钻探、原位测试与室内土工试验成果的综合分析，将本工程岩土工程勘察勘探深度范围内(最深30.00 m)的地层，按成因类型、沉积年代划分为人工堆积层、新近沉积层及第四纪沉积层三大类，并根据各地层岩性及工程性质指标划分为5个大层及其亚层，具体分述如表1所示。

表1 主要地层情况

3 基坑开挖对高架桥的影响

高架桥梁附近的基坑工程施工时，对邻近桥梁结构的影响主要是基坑开挖深度、与桥梁结构的距离和桥梁桩基的刚度。基坑工程在施工前土层整体处于稳定的状态，对于桥梁桩基来说提供稳定的侧摩阻力。当进行土方开挖时，桥梁桩基临近基坑的一侧和另一侧的土体产生不平衡的土压力，对桥梁结构产生一定的变形，对桥梁上部结构产生一定的影响。

对于地铁高架桥梁来说，基础不均匀沉降将对上部结构造成不良的影响，对于上部结构连续的桥梁，容易产生较大的应力。

4 施工监测

4.1 监测方案

监测范围内共涉及4个单柱墩，对于桥墩竖向变形监测，每个墩柱布设1个测点，共布设4个墩柱竖向变形测点。对于水平变形监测，每个桥墩布设顺桥向和横桥向2组测点，每组2个，共16个测点。

4.2 监测频率

监测频率在施工期，每晚列车停运后监测1次；施工期结束1个月内，7 d监测1次；施工期结束2个月～13个月，1个月监测一次。

4.3 桥梁变形情况

监测点S1QDJC01～S1QDJC04分别对应71号～74号桥墩，监测周期内其竖向位移值如图3所示。其中正值表示为上升，负值表示为下降。从图3结果可以看出与基坑较近的72号和73号桥墩在第4天和第5天均出现不同情况的上浮变形，对应的竖向位移分别为0.19 mm和0.24 mm，对应土方开挖的施工阶段，导致桩基周围部分土体土压力发生变化，导致土体变形，进而造成桥梁墩柱的不均匀沉降。在基坑土方开挖期间内，墩柱的竖向变形出现了不同程度的上浮变形，而在基坑内管线施工及后续的施工回填过程中，墩柱开始发生不同程度的沉降变形，在回填夯实期间沉降达到最大，约为0.55 mm，后续变形逐渐稳定，72号和73号桥墩保持在0.4 mm左右[5-6]。

桥梁水平位移监测结果见图4～图7，监测点S1QDJW71-01～S1QDJW71-04对应71号桥墩4个不同的水平位移监测点，同理S1QDJW72～S1QDJW74分别对应其余3个桥墩的水平位移监测点，从图4～图7可以看出桥墩最大水平变形约为0.3 mm，最大水平位移量位于73号桥墩，变形方向为顺桥向，即向基坑方向变形[7]。

5 数值模拟情况

5.1 模型建立

模型选取影响范围内3跨高架桥梁结构，建立桥梁下部结构和基础与土体模型，地下土体采用实体单元，对于不同土层分别采用不同的材料力学参数进行模拟，同时按照最不利的情况及一次整体开挖的情况进行施工步序的模拟(见图8)。

5.2 数值模拟结果

根据计算模型结果可知，管线基坑开挖完成后，既有地铁线高架桥结构竖向最大变形值为0.39 mm，属于上浮变形，发生在临近管线基坑侧的桥梁墩台处，即73号桥墩(如图9所示)；横桥向水平最大变形值为0.31 mm，顺桥向水平变形最大值为0.16 mm，变形方向均为偏向管线基坑侧，同时也发生在临近管线基坑的桥梁墩台处，即72号和73号桥墩(如图10,图11所示)。

5.3 模拟结果与监测结果对比

根据实际监测结果，桥墩在基坑开挖施工过程中，最大位移预警值为0.7 mm，在实际监测过程中均小于预警值。对于竖向变形值数值模拟结果略大于实际监测结果，原因可能是在施工过程中对由于施工机械的问题导致竖向上浮变形偏小。而水平变形情况与数值模拟结果较为吻合[8-10]。

6 结论

对于本项目中的三跨连续结构，基础的不均匀变形

更容易造成上部结构的应力变化，进而引起上部结构的病害。同时在对于桥梁安全性影响分析时，需进一步根据下部水平及竖向变形的结果，对桥梁上部结构的可靠性进行验算。本次通过实际监测结果与数值模拟进行对比，可以为其他项目提供一定的参考。