下穿既有引桥地铁连拱通道施工方案优选论文_邓喜军

摘要：本文结合工程实例，通过构建相应下穿既有引桥地铁连拱通道施工方案三维实体分析模型，分别针对不同施工方案下的下穿既有引桥地铁连拱通道施工开展情况进行对比研究，以进行最佳方案选取，并对其方案实施的可行性进行验证，以供参考。

关键词：下穿 既有引桥 地铁 连拱通道 施工方案 优选

随着城市化建设的不断推进以及城市道路交通功能需求的不断增加，针对当前城市道路交通网络的建设现状，通过交通改造与扩展等工程建设，以促进城市道路交通网络不断完善，提升城市道路交通能力，进而推动我国的城市化建设进程，具有十分积极的作用和意义。其中，地铁我国城市道路交通网络体系的重要一部分，它是在城市化建设不断推进与城市交通体系逐渐成熟下开展的，并且在当前的城市交通建设与发展中越来越常见，因此，进行城市地下轨道交通网完善与改造扩展实施中，下穿既有引桥的地铁连拱通道施工建设情况十分普遍。需要注意的是，由于地铁连拱通道下穿既有引桥施工中，其施工开展必然会导致周围土体受扰动以及土层损失等情况产生，从而对地铁连拱通道施工地区的围岩初始应力状态形成影响，使其发生改变后呈二次分布特征，不仅会对既有引桥的受力状态产生影响，从而威胁其结构安全和稳定性，而且对地铁连拱通道的施工开展也会造成更大的困难和影响，需要引起重视。下文将结合工程实例，通过构建三维实体分析模型，针对下穿既有引桥的地铁连拱通道施工及其施工方案优选问题进行研究，以为有关实践及研究提供参考。

1、工程实例

某地铁10号线与14号线换乘站区施工中，存在三条地铁暗挖换乘通道下穿既有引桥施工情况，其施工总长度约为231m，该地铁换乘站点停靠车站的标准段宽度设计为23.1m，底板埋深为18.1m，顶板覆土厚度约为4m，为一个地下两层的三跨箱框架结构通道工程。此外，该地铁连拱通道施工的下穿既有引桥，为一个三跨简支钢筋混凝土预应力T型梁结构桥工程，其基础部分采用预制钢筋混凝土方桩技术，其中桩底标高约为25m，桩长为9m，桩基埋深约为11m。

上述地铁换乘通道施工中，其通道的初支侧墙与两侧桥桩之间的距离约为1m，通道底板和桩底之间的距离约为1.2m，换乘通道的净宽为5.3m，通道顶板覆土厚度为4.0至6.5m，下穿既有引桥覆土厚度为10.5m，此外，其通道拱顶与拱底均设置为直墙结构，通道施工穿越地层包含粉质粘土、粉细砂层等，并且在该地铁通道开挖施工中，为尽量减少对城市交通的影响，引桥上部仍正常通车运行。该地铁换乘通道施工中，对基础结构采用全断面注浆加固以及超前小导管加固施工方法进行加固处理，注浆范围以开挖轮廓线为主，向外放开约2m；对下穿通道初支结构采用C25早强混凝土进行喷射施工，厚度设计为350mm，二次衬砌采用C40钢筋混凝土，厚度为600mm。下文将以该地铁连拱通道施工为例，对其施工方案的优选设计与施工应用效果进行研究。

2、下穿既有引桥地铁连拱通道施工方案设计

结合上述地铁换乘通道的施工情况，由于其下穿既有引桥施工部分的最浅埋深约为4.1m，在具体施工中根据城市轨道工程设计的有关要求和规范内容，对工程地表沉降以及施工经济性、工程周期等要求满足情况下，可采用三导洞法与中隔壁法、中导洞法三种地铁通道开挖施工方案进行施工设计，并且其施工开展均能够满足相应的工程施工与建设条件。如下图1所示，即为采用中隔壁法与三导洞法、中导洞法三种施工方案进行上述地铁换乘通道下穿既有引桥部分施工的具体操作顺序示意图。其中，采用中隔壁法进行上述地铁换乘通道的下穿既有引桥部分施工中，需要同时设置两个开挖通道，按照1、2、3、4的顺序进行同步施工开展。而采用三导洞法进行地铁换乘通道下穿既有引桥部分施工中，则是通过设置两个通道，按照1、2、3、4顺序进行开挖施工；对中导洞法施工则是按照1、2、3的顺序进行两个通道同时开挖施工推进。

（3）中导洞法

图1 下穿既有引桥地铁连拱通道施工方案设计与施工顺序

3、各施工方案的对比优选与验证分析

根据上述下穿既有引桥地铁连拱通道施工情况及其施工方案设计，在对其施工方案的可行性进行验证，并进行方案优选研究中，本文主要采用有限元分析模型，通过建立地铁连拱通道下穿既有引桥施工三维立体模型，对其有关数值进行模拟分析和计算验证，并结合该工程施工建设与数据监测变化情况，对其最佳施工方案进行对比确认，以为其工程施工提供可靠的参考和支持。其中，在采用有限元分析软件进行数值模拟与计算分析中，对上述地铁通道施工的各层岩土均假设为各向同性均质岩体土层，并且对其施工材料的本构关系认定为符合莫尔-库伦模型关系，对下穿引桥的挡墙以及桥桩、桩基等结构材料均假设为线弹性材料模型，在各模型参数一定的情况下，对岩土分析采用三维实体单元模型进行，而对地铁换乘通道衬砌与二次衬砌结构以平面应变2D面单元模型开展，对超前小导管以及通道两侧锁脚锚管通过受轴向拉压力作用的植入性桁架单元进行分析。如下图2所示，即为根据上述地铁换乘通道施工情况所构建的三维实体模型示意图。该分析模型中，所计算分析的土层范围主要包括连拱通道外左右两侧围岩（即为开挖宽度的2倍，约为72.0m，将其设置为分析模型的X向）、换乘通道底部围岩（即为开挖洞径的2倍，约为43.0m，将其设置为分析模型的Z向范围），其整体模型尺寸为72.0×43.0×30.9m。

图2 下穿既有引桥地铁连拱通道施工有限元分析模型图

根据上述所建立的分析模型，在具体数值代入和验证分析中，分别针对了上述三种施工方案进行动态数值模拟与验证分析，以对其关键点的沉降变化、围岩应力、引桥桥桩与挡土墙竖向位移等参数进行分析对比，具体结果如下表1所示。

表1 三种施工方案的模拟分析结果对比

根据上表所示的数值模拟分析结果可看出，其地表最大沉降低于设计要求的沉降变化控制低于10mm要求，同时其拱顶沉降以及引桥桩端、桥台沉降也低于有关设计要求的低于20mm控制标准，并且各施工方案的支护结构部件均满足有关设计要求和标准，由此可见，上述三种施工方案均能够在该工程施工中进行应用，但中导洞法在施工中的地表沉降、拱顶沉降以及引桥桥端沉降变化最大值均低于其他施工方案，再加上中导洞法施工的开挖步骤程序与其他两种施工方案相比明显较小，因此，其在上述下穿既有引桥地铁连拱通道施工中采用中导洞法施工优势最为显著。

4、结束语

总之，对下穿既有引桥地铁连拱通道施工及其方案优选研究，有利于促进下穿既有引桥地铁连拱通道施工的方案设计与技术水平不断优化提升，从而满足当前我国城市地铁轨道工程施工的要求，推动其不断发展和进步，具有十分积极的作用和意义。

参考文献：

[1]朱才辉，兰开江，段宇，贺红.西安地铁“先隧后井”法横通道施工控制技术研究[J].岩土力学，2020（S1）：1-8.

[2]覃涛，张伟.有限空间内盾构隧道的施工变形规律研究[J].四川建材，2019，45（12）：143-144.

论文作者:邓喜军

论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期

论文发表时间:2020/4/13

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