摘要：拟建道路下穿高铁高架桥，在开挖基坑的施工过程中会对临近桥梁下部结构和周边土体产生影响。该文依据某实际道路下穿桥梁工程，利用MidasGTS岩土有限元软件模拟基坑开挖过程，分析在高铁高架桥正常运营情况下，基坑开挖对桥梁墩顶、桩基础，以确保铁路桥梁的安全运营。分析表明：基坑开挖方案在各施工阶段及运营阶段对高铁桥墩及基础的变形和内力影响均在规范限值内。
关键词：铁路桥遂；围岩变形；安全评估
引言
现阶段，地铁的出现有效缓解了城市巨大交通压力这一问题，解决了市民出行难的问题，是现代社会发展水平提高的重要标志。但是地铁建设工程巨大，且地铁修建道路一般位于城市主干道，或者是在城市各环线道路下，显著的增加了地面荷载风险。但是城市主干道或环线道路桥梁较多，在具体施工总需穿越城市道路上的高架桥、天桥以及轻轨桥等，对周围桥梁桩基造成一定影响，增加安全事故发生率。因此，加强地铁施工邻近桥梁安全风险管理具有重要价值。
1潜在风险及评估方法
1.1潜在风险
根据本工程桥梁结构特点、施工工艺和与既有铁路构造物的空间关系，新建高速公路桥梁对既有地铁线高架桥和城轨铁路区间隧道的影响主要包括以下2个方面：
1）新建桥梁施工及运营过程中，由于工程措施不当或高空坠物，对地铁线高架桥造成影响，危及既有桥梁行车安全。
2）新建桥梁桩基施工过程中，由于新增结构自重、振动荷载等因素引起周边土层的变形和应力调整，导致既有隧道沉降和不均匀沉降，严重时使既有隧道衬砌开裂，影响既有隧道衬砌结构安全和城轨交通安全运营。
1.2评估方法
为明确新建高速公路桥梁施工对既有地铁线高架桥及城轨隧道的影响，识别可能出现的安全、环境等各方面的潜在风险，并针对各种风险提出降低风险的措施，需进行安全影响分析，以达到既有铁路桥梁、隧道运营安全的目的。
根据该工程空间立交关系特点，采用工程类比与有限元程序MIDAS/GTS进行数值模拟计算，以评估新建高速公路桥梁施工及运营对既有铁路桥梁和隧道的影响。
2亟待解决的关键问题
根据以上论述，可以提炼出目前地铁施工中对邻近桥梁的安全管理中所亟待解决的五个相关问题。
2.1评估桥梁现状
只有严格按照相关规范完成桩径桩长的核实、模态的测试、外观的检测、桩基承载力及沉降的分析、桥梁上部结构损伤劣化的预测、桥梁变形能力及承载能力的分析等方面的评估工作，才能准确地为后续所开展的相关工作提供宝贵的信息。
2.2邻近度的确定
在大量工程实践及相关理论计算分析的基础之上才能实现邻近度的确定。通过测量桩基和地铁之间的水平距离以及桩底埋深和地铁施工深度的关系进行邻近度的划分。依据不同的邻近等级出具不同的措施，如现状调查、防护对策、安全监视、影响预测及施工记录等等。但是，国内目前仍没有形成公认的邻近度划分方法，而是一直依据国外的方法进行划分。
2.3实验数据的积累
邻近施工复杂性极高，因此，具有两个必不可少的实验（现场原位测试和离心试验）。但目前，国内并没有关于这两方面的相关研究，所以亟需科研院所开展与这两方面相关的学术研究。
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2.4控制标准的制定
由于我国现阶段尚未出台有关控制邻近桥梁受地铁施工而产生的变形的标准，所以，在实际施工中遇到此类的工程问题时，只能参考负责管理施工的相关部门出具的相关控制指标来保证桥梁的安全，但是由于这种指标往往非常严格，从而大幅度增加了施工成本而且这种指标具有一定的不合理性。所以，围绕这一问题，需要开展相关的系统研究，制定出合理的、规范的控制指标。
2.5加固机理及方法的研究
系统的、全面的评价采用目前既有的加固方法的邻近施工工程所取得的效果，并在进一步研究加固机理的基础之上，依据不同的桩基类型，提出各种更加有效的新加固方法。扩展邻近施工中加固方案的选择空间。
3安全影响分析
3.1工程类比
根据既有线行车施工安全管理的相关规定，列车通过时，严禁在铁路限界内作业。须搭设专用高压绝缘隔电板或采取专门的防电设施，为铁路和地铁安全行车提供屏障。须对高压接触网线上方限界实施全面电气安全防护。
本工程跨越地铁线为高架桥结构形式，地铁轨面距离新建桥梁底面最小距离为9.59m，接触网杆距离桥底面最小距离为3.04m。地铁接触网高压线电压为1500V。参考同类新建桥梁上跨既有运营铁路工程防护措施及既有线行车施工安全管理的相关规定，采用钢结构排架防护棚和专用防电板进行防护，可满足地铁行车运营的安全。
3.2数值模拟计算
由于岩土工程的复杂性及差异性，经验方法与解析方法往往缺乏通用性，其结果的准确性很难得到保证。数值模拟分析方法可以考虑地层条件、空间条件、辅助工法等外在因素的影响，可以较真实地模拟桥梁施工对运营地铁隧道的影响，在接近隧道施工安全评估中得到广泛应用。
新建桥梁桩基距城轨隧道左线最小距离为7.0m，距离城轨隧道右线最小距离为8.0m。因此本文采用三维空间模型进行数值计算分析。模型x方向取100m，模型竖向即z向取60m，模型中城轨隧道埋深28.8m，模型y方向取50m。模型中隧道衬砌以板单元模拟，桩以梁单元模拟，桩与土体之间以及桩端设置界面接触，模型共划分219595个单元，41162个节点。
3.3桥梁施工振动的影响
桥梁施工振动的影响主要表现为桥梁桩基施工引起的地层振动对城际铁路隧道结构的影响。交通隧道振动安全允许质点振动速度与施工振动频率有关，考虑到城际铁路为高速铁路，其允许质点振动速度V取规程中的最小值，即V=10cm/s。嵌岩桩一般采用冲击钻或者旋挖机施工，其中旋挖机产生的振动较小，而冲击钻引起的振动较大。如果冲击钻产生的振动能够满足铁路隧道安全运营的要求，则旋挖机产生的振动也必然满足要求，故以冲击钻施工为例分析施工振动对铁路的影响。冲击钻施工引起的振动速度会随着冲击能量和距离的变化而变化。在冲击钻施工下，震源会产生一种向四周辐射的弹性振动波，即地震波。在岩土中传播时，地震波由震源向介质四面传播，随着传播距离的增加波前面积越来越大，即地震波在传播介质中进行了几何扩散，而震源形成的固定能量分布在面积不断增大的波前面上，导致地震波的振幅随着传播距离的增大而减弱。
结语
1）新建桥梁与地铁线高架桥竖向净空不小于7.5m，满足净空要求。目前桥梁现浇箱梁挂篮施工工艺成熟，在跨越既有地铁线高架桥时，采取必要的防护措施后，安全风险可控。
2）新建桥梁桩基与隧道衬砌结构距离7.0m，桩基施工引起隧道结构最大沉降值为1.1mm，最大水平向位移值为0.2mm，对隧道结构受力影响很小。根据GB50911—2013《城市轨道交通工程检测技术规范》第9.3.5条，隧道结构沉降累积限值为3～10mm，隧道结构水平位移限值为3～5mm。因此，新建桥梁桩基施工对隧道影响满足要求。
参考文献：
［1］周毅，李术才，李利平，等．地层条件对超大断面隧道软弱破碎围岩施工影响过程规律的数值模拟分析［J］．岩土力学，2011，32（增2）：673-678．
［2］左清军，吴立，张良刚，等．隧道围岩变形特征及其影响因素的数值模拟［J］．铁道建筑，2012，52（8）：58-60．
［3］岳晓蕾，李晓静，张岩，等．不同施工工法对浅埋小净距隧道围岩稳定性影响的数值模拟研究［J］．铁道建筑，2012，52（5）：51-53．
论文作者:徐勇政
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/20
标签：桥梁论文; 隧道论文; 桩基论文; 高架桥论文; 冲击钻论文; 地铁论文; 距离论文; 《基层建设》2019年第19期论文;