林森斌 吕宝伟
（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津，300251）
Research oncontrol measures and construction method of overpass bridge spanning the subway interval
Lin Sen bin Lv Bao wei
（Third Railway Survey and Design Institute Group Ltd，Tianjin，300251）
【摘 要】桥梁桩基近接既有地铁区间隧道施工时，不可避免的引起周围土体的产生位移，从而使临近的隧道结构产生变形和内力。本文结合具体的工程实例，研究立交桥跨越地铁区间隧道时，应该采取的施工方法。采用三维数值模拟以及现场监控量测综合分析的方法，得出立交桩基施工对既有地铁隧道的影响并给出相应的控制措施。
【关键词】桩基；跨越；数值模拟；控制措施
【Abstract】The surrounding soils willin evitably produce displacement when the bridge pile foundations constructnearly to the original subway tunnel, so that the adjacent tunnel structure deformation and internal force. This article researchs the construction method when the overpass bridge spans the subway interval through a detailed engineering example. With numerical simulation and analysis of monitoring data, it gives control measureswhen the bridge pile foundations construct nearly to the original subway tunnel.
【Key words】 pile foundation; spanning; numerical simulation; control measures
1．引言
随着城市地铁网的不断加密，在既有地铁线路旁边修建市政工程的案例日益增多。邻近既有地铁隧道修建立交桥，桩基及上部结构的施工必然会对隧道结构产生一定的影响，如何确保既有结构的安全是设计、施工的重难点。目前国内外超小净距邻近既有地铁隧道进行立交桥桩基施工，且桩基布设于地铁区间上下行线之间的案例研究较少。
2．国内外研究现状
国内学者对此类问题进行了一些研究，刘力英等[1]建立了平面应变模型和三维实体模型模拟桩基础对既有地铁隧道的影响，并就其原理和结果进行了对比，指出三维模型更为合理。闫静雅[2-3]等采用有限元方法模拟分析了桩基荷载对邻近既有隧道的影响，并通过桩侧孔壁上的静水压力来模拟泥浆护壁和混凝土灌注过程，考虑桩基施工过程的影响。楼晓明[4]等采用群桩基础共同作用分析方法，对某高层建筑桩基跨越地铁隧道产生的影响进行了计算分析，并结合实测数据进行分析论证。王晓霞、闫静雅[5]总结了桩与隧道相互影响的研究进展，并指出研究中尚待解决的一些问题。
本文以某立交桥群桩超小净距邻近地铁区间隧道施工为例，基于Midas/GTS有限元程序构建三维数值模型，分析不同施工阶段对既有地铁结构的影响，提出相应的施工控制措施，并与实际监测数据进行对比，研究结论为类似邻近施工问题提供参考。
3．立交桥近接施工数值分析
3.1工程概况及保护措施
某新建互通立体式立交桥，先后共八次跨越在运营地铁盾构区间，局部在地铁左右线之间设置桩基承台，桩基与地铁隧道结构净距约3.8~10.8m，桩径1.2~1.5m，桩长47~60m，共计81根。在立交桥桩基、上部承台、桥墩、桥梁施工期间，由于土体扰动、地层损失和固结沉降等因素，导致邻近的既有隧道结构产生位移及变形，影响既有地铁结构的受力及正常使用。
图1 立交桥跨越地铁盾构隧道立面图
隧道主要位于粉质粘土、粉土及粉砂层，地下水位位于地面下1.5m，地层参数按详勘报告取用。
经研究本工程拟采取的工程措施如下：① 桩基成孔时设置钢护筒，深度不小于盾构底以下1.0D（6.2m）；② 采用“间跳施工”、“由远及近”的施工顺序；③ 上部结构施工采用贝雷片或军用梁等结构，控制地面超载。
3.2数值模拟分析
本次研究采用Midas/GTS有限元程序构建三维数值模型，对立交桥施工阶段进行数值模拟，分析施工对既有地铁隧道的位移、变形及受力的影响。
研究工况：桩基钢护筒打入?下钢筋笼及灌注混凝土?施工承台、桥墩及桥梁?施加桥梁活载。
图2 桩基与隧道模型全景
在采取拟定措施后，桩基桥梁施工对周边地层、地铁区间结构位移影响分析结果如下表所示。
表1 数值模拟结果统计表（累计）
从以上计算结果可以看出，在桥梁桩基施工、运营全过程完成后，土体最大竖向位移为16mm，出现在桩位附近，且沉降量的大小与桩受到的竖向荷载的大小成正比，与桩的距离成反比，约3~5倍桩径外的土体发生的位移变得非常小，并有微小的隆起。
管片位移相对土体发生的位移较小，最大竖向位移为3.11mm，且距离桩较近的位置位移较大，在远离桩的位置沉降较小。
4．实际监测数据分析
根据数值模拟结果，选取隧道断面变形最大部位断面，其拱顶累计沉降变形随桩基施工变化监测结果如下图所示。
图3 隧道竖向位移监测统计
从监测数据结果可知，在钢护筒的保护性，桩基成孔施工对地铁隧道的影响较小，拱顶沉降约0.5mm。在浇注混凝土期间，隧道拱顶继续下沉，在桥墩、桥梁等上部结构施工时，桩顶荷载的增加，隧道的拱顶沉降急剧加大，而后趋于稳定。在上部立交桥施工期间，隧道拱顶最大累计沉降-2.29mm，与预测的3.11mm接近，水平位移方面由于钢护筒的保护作用，地铁隧道水平位移极小。累计变形和变化速率均未超过控制标准。
5．结论与建议
结合三维数值模拟分析及实测结果可以看出，立交桥桩基引起地铁结构位移变化均处于较低水平，不影响地铁结构的安全。主要建议如下：
1、总体而言，钻孔桩属于点施工，其施工阶段对地铁隧道的变形影响较小，总体影响可控。
2、考虑到地铁的安全，对于超小净距邻近地铁隧道施工的桩基采用静压钢护筒措施是必要的，钢护筒对减小桩基成孔作业对地层的扰动、控制土体塌孔效果显著。
3、对该类小净距、桩基数量多的工程，采用“间跳施工”的方式，可以有效控制既有地铁隧道变形量及纵向平顺性。
4、在后期立交桥运营期间应加强对既有地铁区间隧道的监控量测，直至监测数据稳定。
参考文献：
[1]刘力英，莫海鸿，周汉香等.桩对隧道影响的分析模型比较[J].广东土木与建筑，2004（2）：18-20.
[2]闫静雅，张子新，黄宏伟，等.桩基础荷载对邻近已有隧道影响的有限元分析[J].岩土力学，2008，29（9）：2508-2514.
[3]闫静雅.桩基础全寿命期对邻近已有隧道的影响研究[D].上海：同济大学，2000.
[4]楼晓明，金志靖.钻孔灌注桩基础对紧邻地铁隧道产生竖向附加应力和变形的计算分析[J].岩土力学，1996，17（3）：48-53.
[5]楼晓明，刘建航.高层建筑桩基础对邻近隧道影响的监测与分析[J].同济大学学报，2003，31（9）：1014-1018.
[6]王晓霞，闫静雅.桩与隧道相互影响研究进展[J].西部探矿工程，2007（3）：152-155.
作者简介：
林森斌（1986-），男，工程师，2010年毕业于清华大学水利水电工程专业，工学硕士，现在铁道第三勘察设计院城交分院工作，从事隧道及地下工程。
论文作者:林森斌,吕宝伟
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/13
标签：隧道论文; 桩基论文; 地铁论文; 位移论文; 立交桥论文; 结构论文; 数值论文; 《工程建设标准化》2016年5月总第210期论文;