摘要：在既有隧道工程上方新建桥梁，往往会导致隧道有些地段发生沉降或变形，运营阶段车辆荷载的反复作用也会导致隧道衬砌出现变形、开裂、渗水等不良现象。为避免或降低新建桥梁对下方既有隧道的不利影响，宜在设计阶段采取合理的处理措施。为此，本文结合某实际工程项目，分析了新建桥梁对既有隧道的影响，提出了相应的处理措施，并取得了较好的效果，可为同类工程项目的设计及施工提供参考。
关键词：新建桥梁、上跨既有隧道、托架厚板
随着我国城镇化建设和城市立体交通的快速发展，在既有隧道附近的工程建设活动也日益增多。新建桥梁与隧道交叉时，通常会选择桥梁上跨隧道。就其中的桥梁上跨隧道的形式而言，需考虑降低桥梁对隧道的安全问题的措施，以防施工与运营的互相干扰。
一、工程背景
某新建桥梁工程上跨洛阳路隧道（位置关系见图1），该桥梁为四跨一联，其中第三跨为上跨孔，跨径为23米，位于既有隧道上方，第三跨桥平面位于R=32米的圆曲线上。既有洛阳路隧道为5米+15米+5米三孔箱型断面，两侧隧道边孔为人行、非机动车道，中间隧道孔为机动车道。若桥梁直接一孔上跨隧道，则由于洛阳路隧道断面尺寸大，桥梁平面半径小，桥梁跨径将较大，桥梁结构受力将非常不利；若直接将桥梁支撑于边跨隧道顶板之上，则会增加隧道顶板受力，影响隧道边孔顶板结构安全；若直接将桥梁支撑于隧道中侧壁顶，则会急剧的增加隧道中侧壁受力，导致隧道基底局部受力过大，可能会导致隧道发生不均匀沉降从而影响隧道结构安全。综合目前已建成的桥梁上跨隧道的设计处理方案，大多选用桥梁基础托换，且经后期运营监测表明，既有隧道结构均安全可靠。
所以，要想将桥梁的荷载均匀传递下来，并确保既有隧道结构受力合理、安全性，则宜在支座PM3、PM4处选用托架厚板来托换支座，通过托架厚板将荷载均匀的传递到隧道边、中侧壁，使得隧道衬砌均匀受力。后期修建的托架厚板采取植筋的方式与既有隧道侧壁顶连接为一体。
图1新建桥梁、既有隧道的相对位置图（单位：cm）
二、桥梁上跨既有隧道工程设计与分析
1、新建桥梁与既有隧道的连接
通过MIDASCivil软件对桥梁结构进行有限元建模分析，考虑恒载、活载及可变荷载等，得出了在标准荷载组合下最大支反力的计算结果，PM3处最大支反力为4005KN，PM4处最大支反力为4070KN，结合交通部颁规范支座选取规定，PM3、PM4处选择盆式橡胶支座GPZ(II)4.5DX、GPZ(II)4.5SX。由于本桥纵坡大且平面弯道半径小，在PM2处采用墩梁固结，其余墩梁连接处均采用GPZ(II)型支座。
2、托架厚板的设计与分析
（1）托架厚板的设计
在PM3、PM4处，为防止荷载直接作用既有隧道顶板，在托架厚板上安放PM3、PM4设置支座，利用托架厚板将上部结构受力均匀传递给隧道侧壁。在利用混凝土厚板来转换上部、下部结构时，重点是对这个托架厚板本身进行配筋设计和计算分析、并分析托架厚板对既有隧道结构的不利影响。
本文中以弹性板来设计厚板，在利用软件建模分析中将转换厚板拟定为“弹性板3”。根据相关规范标准并结合几组数据结果比较后，设计托架板厚宜为100厘米，选择防渗等级为S8的C40砼，顶板厚100厘米，侧板厚度和既有隧道侧壁保持一致，边侧板80厘米，中侧板70厘米，并在托架顶板、侧板之间设置50厘米的倒角，托架顶板上、下部及托架侧板按照结构受力配双层双向钢筋。
（2）托架厚板及对既有隧道的整体分析
针对隧道与托架厚板的相互影响，利用有限元软件整体建模。通过板单元模拟托架厚板，为弄清楚支座处的受力情况在支座处单元以0.1m来划分，其他单元以0.5m划分。在标准组合作用下，分析PM3、PM4支座处托换厚板强度、刚度及稳定性。
由计算结果可知，PM3托架板在标准组合作用下，厚板顶面拉应力最大为3.4MPa，且多位于顶板边缘；底面最大拉应力为11.0MPa，受上部传递荷载影响，在支座附近有应力集中的现象，配筋设计时需加密PM3处配筋；剪应力最大值在PM3支座附近但较小，可满足规范规定。按规范结合活荷载作用来算托架厚板裂缝最大值，考虑到厚板的配筋纵横向不同，最大裂缝极有可能最出现横向。规范要求本工程砼厚板裂缝为三级，且在最大容许值0.2毫米范围内。算出本PM3托架厚板横向裂缝最大值0.04毫米，与规范规定要求相符。
由计算结果可知，PM4托架板在标准组合作用下，厚板顶面拉应力最大为3.9MPa，且多位于顶板边缘；底面最大拉应力为11.9MPa，受上部传递荷载影响，在支座附近有应力集中的现象，配筋设计时需加密PM4处配筋；剪应力最大值在PM4支座附近但较小，可满足规范规定。按规范结合活荷载作用来算托架厚板裂缝最大值，考虑到厚板的配筋纵横向不同，最大裂缝极有可能最出现横向。规范要求本工程砼厚板裂缝为三级，且在最大容许值0.2毫米范围内。算出本PM4托架厚板横向裂缝最大值0.05毫米，与规范规定要求相符。
通过整体建模分析计算，比对设置托架厚板前后隧道箱型结构的受力及变形情况，隧道结构受力增加较小，均在允许范围内，对既有隧道的影响较小，结果表明托架厚板方案整体可行。
3、探讨上跨设计施工中的一些问题
（1）托架厚板构造设计
注意增强托架板边缘厚度，托架板周围可布设明梁或暗梁，计算表明梁效果好于暗梁，本项目将暗梁设在PM3、PM4支座连接处，托架顶板设置倒角，侧板与既有隧道顶部连接处可设置倒角，增强整体结构受力，按框架梁来发挥作用，效果较好。
（2）托架厚板钢筋设计
因托架厚板体积较大，容易产生温缩裂缝，根据最小配筋率构造要求，在托架厚板中间位置受力最不利处布置钢筋网并加密横向配筋，设置钢筋网后能有效的减低结构局部温差，减少温差引起的收缩裂缝，同时能提高结构的抗裂性能。
（3）托架厚板混凝土的施工控制
托架厚为大体积混凝土，故一次浇筑最佳，重点要控制水化热和板的裂缝。首先根据试验选择合适的配合比，在不降低强度的前提下，选用低热水泥，或者适当加入粉煤灰矿粉减低水泥用量；适当掺加一些膨胀剂、减水剂来避免裂缝发生，拌和选用冰水并加强混凝土后期的养生，尽可能的减低温度对大体积混凝土的影响。
三、结语
总之，为避免或降低新建桥梁对下方既有隧道的不利影响，宜在设计阶段采取合理的处理措施。本文结合某实际工程项目，分析了新建桥梁对既有隧道的影响，提出了相应的处理措施，在构造上宜加强边缘板厚，同时加强连接筋及钢筋网设计，控制好砼水化热、裂缝等。经检验，本工程所设计的托架板厚均可以满足要求，托架厚板及隧道整体结构受力较好，可为同类工程项目的设计及施工提供参考。
参考文献
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论文作者:李杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：厚板论文; 托架论文; 隧道论文; 桥梁论文; 支座论文; 裂缝论文; 荷载论文; 《基层建设》2019年第20期论文;