雪松路桥施工对已建地铁的影响分析

金花，顾涛，刘科

（1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000；2.中铁隧道勘测设计有限公司，天津300133）

雪松路桥施工对已建地铁的影响分析

金花1，顾涛2，刘科2

（1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000；2.中铁隧道勘测设计有限公司，天津300133）

依托长沙市雪松路桥邻近地铁2号线西延一期工程梅溪湖西站配线段施工实例，结合场地所处的工程地质及水文地质条件，采用数值模拟方法，分析桥梁施工对地铁配线段结构的影响，并提出处理措施。研究结果表明：该桥梁施工所引起的梅溪湖西站配线段结构的水平位移及竖向位移均处于变形控制标准内；桥桩施工后，配线段结构弯矩值小于结构的承载力设计值，说明施工期间配线段结构不会发生强度破坏，结构的安全是可控的。

地铁；桥梁；施工；数值分析

1　工程概况

长沙市雪松路桥梁工程位于湘江新区梅溪湖片区，该桥梁横跨龙王港河道及梅溪湖西站配线段，西接雪松路，东接肖龙路；其跨径为60 m，桥梁全长为61.66 m，桥宽为38～43 m，桥梁总面积为2 538.5 m2。梅溪湖西站为长沙地铁2号线西延一期工程的起点站，长沙地铁2号线西延一期工程梅溪湖西站配线段自西南-东北向布设，见图1。该配线段下穿龙王港河道，为地下单层结构，采用明挖法施工。梅溪湖西站配线段标准段外包宽度为21.1 m，西侧结构边墙距离最近的雪松路桥桥桩约4 m（西侧墙趾边缘距离西侧最近的桥桩距离约2.5 m），东侧结构边墙距离最近的桥桩约8.5 m（东侧墙趾边缘距离东侧最近的桥桩距离约7 m），两工程的位置关系见图2。

图1　2号线西延一期工程走向示意

图2　雪松路桥与梅溪湖西站位置关系（单位：m）

2　数值模拟分析

2.1计算模型

三维数值模拟计算采用岩土工程有限差分软件FLAC3D，模型中预设开挖单元和土体单元，开挖单元及土体单元均为实体单元。施工影响范围内配线段主体结构为四跨钢筋混凝土矩形框架结构，采用Shell单元模拟，桥桩采用Pile单元模拟，龙王港河道内河水以超载形式施加在河底。建模范围内包括龙王港河道、两侧河堤、配线段主体结构及桥桩结构，三维模型宽度100 m，纵向长度68 m，深30 m，可以满足计算精度要求。模型四周法向约束，底部固定约束，顶面采用自由边界。计算模型见图3。

图3　三维计算模型（单位：m）

本工程主要关注上部基坑及桥桩开挖对下部配线段结构的影响。三维计算采用常规库伦—摩尔模型已不能满足计算要求，故土层模型选择修正剑桥模型（Cam-clay Model），此模型对于土体的加载压缩、卸载回弹可分别指定不同参数，更符合土体力学特性。土层分布由上至下依次为残积粉质黏土、全风化板岩、强风化板岩及中风化板岩。根据地质资料，施工影响范围内配线段全部位于中风化板岩之中，待开挖桥台基坑坑底亦位于中风化板岩，地质条件较好。

2.2计算工况

本次分析主要研究桥桩及其基坑施工对梅溪湖西站配线段主体结构的影响，分4个工况进行：①地层处于原始应力状态，配线段未施工；②开挖配线段主体结构，进行应力平衡计算，作为评估的初始状态；③开挖桥台基坑，评价基坑开挖对配线段主体结构的影响；④开挖桥桩，评价桥桩施工对配线段主体结构的影响。2.3结果分析

2.3.1基坑开挖对配线段的影响

通过对比分析周边土体在基坑开挖前后的位移云图以及配线段主体结构在基坑开挖前后的位移云图发现：由于桥台基坑的开挖导致土体卸载，下部土体产生回弹变形，最大回弹值为6 mm，并引起配线段主体结构产生了竖向位移，且距离基坑越近，变形越大，最大竖向位移为0.14 mm。开挖的同时还引起配线段主体结构产生了一定的侧向水平位移，最大水平位移为0.07 mm，分布规律与竖向变形基本一致。

通过对比分析配线段主体结构在基坑开挖前后的弯矩分布云图发现：配线段主体结构弯矩图在基坑开挖前后基本相同。

由以上结果可知，桥台基坑开挖对配线段主体结构的影响较小。

2.3.2桥桩施工对配线段的影响

通过对比分析周边土体在桥桩开挖前后的位移云图以及配线段主体结构在桥桩开挖前后的位移云图发现：桥桩施工时，配线段主体结构向上位移量保持在0.14 mm不变，同时其侧向水平位移最大值亦保持为0.07 mm。

通过对比分析配线段主体结构在桥桩开挖前后的弯矩分布云图发现：配线段主体结构弯矩图在桥桩开挖前后基本相同。

由以上结果可知，桥桩施工对配线段主体结构的影响也较小。

2.3.3计算结果与控制标准的对比分析

根据地铁结构的安全等级，考虑到轨道已铺设完成，制定位移控制标准：配线段结构水平位移≤5 mm、竖向位移≤5 mm。根据地铁前期结构设计文件，配线段弯矩控制值≤550 kN·m。

雪松路桥梁施工引起梅溪湖西站配线段结构的最大位移和最大弯矩计算值及对应的控制标准见表1。

表1　计算值及对应的控制标准值

由表1可见：①桥梁施工引起的配线段结构的水平位移及竖向位移均处于变形控制标准范围内，说明桥梁施工期间引起的梅溪湖西站配线段结构的变形是可控的；②桥桩施工后配线段结构弯矩值小于结构的控制标准值，说明施工期间配线段结构不会发生强度破坏，结构的安全是可控的。

3　结论与建议

1）根据数值模拟分析，结合项目所处的工程地质及水文地质条件，雪松路桥施工对梅溪湖西站配线段结构的影响较小，安全基本处于可控状态，设计方案总体可行。

2）雪松路桥桥桩距离梅溪湖西站配线段结构的侧墙最小净距为4 m，距离结构外伸墙趾的最小距离为2.5 m，侧墙外侧设置了2 m厚防冲刷的浆砌片石。考虑到桥桩施工宜造成侧墙防冲刷层及结构防水层破坏，建议适当调整桥桩的位置，使之尽量远离梅溪湖西站配线段结构。

3）考虑到桥桩距离车站配线段结构较近，为减少后期运营列车振动荷载对桥梁正常使用的影响，宜将西侧部分距离地铁结构较近的桥桩适当加长，加长后的桥桩应伸到地铁配线段结构下方不小于3 m。

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Analysis on Influence of Xuesong Road Bridge Construction on Existing Metro Structures

JIN Hua1，GU Tao2，LIU Ke2
（1.Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000，China；2.China Railway Tunnel Survey&Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300133，China）

In this paper，the bridge construction at Xuesong Road was case-studied，which was near the W est M eixi Lake station wiring section of the first-phase project of metro line No.2 western extension project in Changsha.W ith consideration of the engineering geology and hydrogeology conditions，the influence of bridge construction on adjacent subway structures was analyzed and the corresponding measures were proposed based on numerical simulation.T he results show that the horizontal and vertical displacements of the structures in adjacent wiring section due to bridge construction are within the limits.W ith the completion of bridge piers，the actual moments of the wiring structures are less than the designed values.It indicates that these structures are safe and their strengths are adequate during construction.

Subway；Bridge；Construction；Numerical analysis

U445.4

ADOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2016.09.20

1003-1995（2016）09-0079-03

（责任审编葛全红）

2016-05-10；

2016-07-15

金花（1981—），女，讲师，工学硕士。