承受混凝土箱梁施工荷载的地道结构设计

龚昕

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

承受混凝土箱梁施工荷载的地道结构设计

龚昕

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

利用地道暗埋段作为预应力钢筋混凝土箱梁少支架法浇筑主跨合拢段的支架基础时，通过建立三维有限元模型，分别对是否承受桥梁施工荷载作用的地道结构内力、沉降进行计算，并分析、比较了采取不同设计措施时，地道结构内力、沉降的变化。根据分析结果采用钻孔灌注桩基础的地道暗埋段能够满足结构安全及桥梁施工沉降的要求。

地道暗埋段；施工荷载；结构设计

0 引言

随着我国城市基础设施建设的高速发展，出现了越来越多地道下穿道路的同时横向道路设置跨线桥的交通型式。在通常条件下，遇到桥梁横向跨越地道的情况，应先行施工地道结构，待地道结构施工完成后再施工上跨桥梁。这样可以避免上层桥梁建成后，桥下净空较小对后续地道施工带来干扰，同时还能避免在后续地道基坑开挖过程中，对已建桥梁桩基、承台等造成扰动。先施工地道再施工上层桥梁时，一般需要采取相应措施以避免对已完成的地道结构造成不利影响。例如桥梁可以采用预制钢箱梁，通过现场吊装的方式架设，或者桥梁可以采用悬臂节段浇筑法施工钢筋混凝土箱梁。这两种方法都可以避免对地道结构施加额外的施工荷载，防止施工期间对地道结构造成不利影响。但预制钢箱梁使工程造价增加较多，悬浇施工对施工技术水平要求较高。因此，以临沂市内环东线为背景，计算了当桥梁采用少支架现浇法施工，部分施工荷载直接作用在地道顶板时，对地道结构内力的影响，并通过分析，在地道结构设计中采取相应对策，确保地道及桥梁的结构安全。

1 工程背景

临沂市内环东线（温泉路）设置主线下穿凤凰大街地道一座，地道规模为双向6车道，暗埋段结构型式采用单箱双室箱型结构，地道结构如图1所示。

图1 凤凰大街地道暗埋段结构横断面图（单位：cm）

同时，在凤凰大街设置上跨内环东线（温泉路）跨线桥一座。为降低工程造价，跨越地道的主桥并未采用钢箱梁，而是采用（40+60+40）m预应力混凝土变高度连续箱梁，边支点梁高：2.0 m，中支点梁高：3.5 m，之间按二次抛物线变化，桥梁宽度18 m。桥梁横断面如图2所示。

图2 凤凰大街跨线桥结构横断面图（单位：cm）

温泉路主线下穿地道与凤凰大街横向跨线桥平面位置关系如图3所示，其中跨线桥跨越凤凰大街地道暗埋段F5节段。

图3 内环东线（温泉路）-凤凰大街节点平面图

出于控制工程总体造价的考虑，该项工程主桥上部结构采用支架现浇法，在主桥中跨1/4点附近设置2 m合拢段将（40+60+40）m连续箱梁分成3个节段（两个边跨悬臂段及一个中间梁段）。首先对边跨悬臂段和中间梁段进行支架现浇，再利用地道结构作为箱梁浇筑支架支撑柱基础的少支架法浇筑中跨合拢段，并完成体系转换。跨线桥其余部分则采用满堂支架法现浇施工。主桥施工方案如图4所示。

图4 凤凰大街跨线桥施工方案示意图（单位：cm）

2 计算模型及计算参数

地道结构计算采用建立三维有限元模型，地道顶板、底板、侧墙、中隔墙采用板单元模拟，地道侧墙、底板采用单向受压弹簧模拟，底板下打设钻孔灌注桩基础时，钻孔灌注桩采用线性弹性支承模拟。

F5节段地道底板底面标高58.999～59.088，顶板覆土厚度0.8 m，覆土重度按20 kN/m3计，地道侧墙所受侧向土压力为梯形荷载，荷载大小按水土分算计。

根据地勘报告，F5节段处27#钻孔揭示的土层分布如表1所列，地道基础位于第④层中粗砂内。各土层岩土力学参数如表2所列。

表1 主要土层分布情况一览表

表2 主要土层基本力学参数表

主线地道三道腹板顶上的桥梁荷载（分项系数：1.0），如表3所列。

表3 桥梁荷载一览表

跨中现浇梁段及支架、模板重量总计为22 237 kN，每道边腹板按5 600 kN计算、中腹板按12 000 kN计算。

采用MIDAS CIVIL 2015有限元软件对F5节段进行三维有限元计算，模型如图5所示，地道侧墙、顶板、底板、中隔墙均采用四节点板单元。

图5 F5节段计算模型

3 计算结果及分析

当地道结构不承受桥梁施工荷载，底板以下也不设置钻孔灌注桩时，F5节段结构内力及沉降计算结果云图如图6所示，主要部位内力、沉降结果统计如表4所列。

图6 地道内力、沉降计算结果云图一

表4 地道内力、沉降计算结果统计表一

当地道结构承受桥梁施工荷载，但底板以下不设置钻孔灌注桩时，F5节段结构内力及沉降如图7所示，主要部位内力、沉降结果统计如表5所列。

图7 地道内力、沉降计算结果云图二

表5 地道内力、沉降计算结果统计表二

当地道结构承受桥梁施工荷载，且在底板以下设置钻孔灌注桩基础时，F5节段结构内力及沉降如图8所示，主要部位内力、沉降结果统计如表6所列。

图8 地道内力、沉降计算结果云图三

表6 地道内力、沉降计算结果统计表三

根据以上计算结果可以得出以下结论：

（1）当地道结构需要作为桥梁浇筑支架基础并承受桥梁施工荷载时，地道主要部位的弯矩较无施工荷载工况增加15%至50%，沉降增加约5 mm（50%）。

（2）当在底板下沿地道外侧墙、中隔墙设置钻孔灌注桩时，地道主要部位的弯矩较承受桥梁施工荷载但不打钻孔灌注桩基础时减小约10%，桥梁施工荷载对地道沉降的附加影响几乎可以消除。

4 结语

本文以临沂市内环东线（温泉路）下穿凤凰大街为背景，通过建立三维有限元模型，分析、比较了承受分节段少支架法浇筑预应力混凝土箱梁的施工荷载对下层已建地道暗埋段内力、沉降的影响。为保证地道结构安全，以及地道结构沉降能够满足上部桥梁施工要求，对承受桥梁施工荷载的地道暗埋段结构设计提出以下措施：

（1）适当加长地道F5节段长度，将地道变形缝设置在跨线桥施工影响范围以外，保证箱梁及施工附加荷载分布在一个完整的地道节段上，以避免地道不同节段之间由于荷载不同而产生差异沉降。

（2）设计文件中明确要求桥梁支架钢管柱中心必须严格与地道中隔墙、外侧墙中心线对齐，并要求桥梁支架钢管柱下需设置混凝土梁，混凝土梁高度及宽度需确保经钢管柱传至地道的施工荷载由集中力转换为均匀分布的线性荷载，以保证实际施工中的荷载分布与分析中的计算工况一致。

（3）在桥梁支架钢管柱支撑架设处的地道外侧墙、中隔墙下设置钻孔灌注桩基础，增加局部地基承载力、减小地道结构沉降，以满足地道结构安全，以及桥梁正常施工的需要。

U441

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1009-7716（2017）08-0099-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.031

2017-04-17

龚昕（1984-），男，江苏苏州人，硕士，工程师，从事岩土工程与地下结构设计研究工作。