研究浅埋偏压隧道下穿桥梁的施工方案

朱克常

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550001)

隧道工程

研究浅埋偏压隧道下穿桥梁的施工方案

朱克常

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550001)

针对浅埋偏压隧道下穿既有桥梁段施工，结合隧道工程实际情况，采取方案比选的方式分析隧道施工对既有桥梁造成的影响。通过分析得出以下结论：因两侧弧导洞与上断面中导洞施工是造成沉降和桥墩位移的主要原因，所以需在施工中加强此处监测频率；6#桥墩位移受施工影响最大，4#桥墩最小；建议采用先施工浅埋侧隧道方案，同时做好位移与裂缝观测，以确保隧道施工质量和既有桥梁安全。

偏压隧道；既有桥梁；施工方案

1 计算模型与计算工况

将勘探资料与施工图作为依据构建计算模型。因总体埋深不大，故主要参考自重应力场。鉴于开挖施工影响与边界效应，水平方向共取桥梁结构210 m，竖直方向取隧道仰拱底部下方40 m、上方按实际埋深计算。于本计算模型下边界施加一定竖向约束；两侧边界施加一定水平约束。结合隧道特征，开展平面应变分析，其围岩特点按照均质弹塑性进行考虑，二次衬砌选用二维平面单元，初支、墩身、基础与桥梁均选用梁单元。

根据地质报告与完成施工部分的监测数据确定围岩力学参数(表1)，以提高0.5～1.0个等级的方式实现深孔注浆与超前小导管围岩加固。因不同方案对既有桥梁造成的实际影响有差异，故分别对两工况实施模拟计算(工况1：先浅后深，即先施工左洞后施工右洞；工况2：先深后浅，即先施工右洞后施工左洞)。

表1 围岩力学参数取值

2 计算结果和处理分析

2.1 沉降

沉降计算结果如图1所示。4#～6#桥墩范围内，工况1和工况2沉降曲线相似，地表位移最大值出现在两洞的拱顶上部，先行洞上部沉陷受后行洞施工影响程度较小；产生沉降现象的主要原因为中导洞施工与两侧弧导洞施工，基本可以形成所有沉降量；5#～6#桥墩范围内，工况1和工况2沉降量与范围都比4#～6#桥墩范围大，要求在此处加密设置沉降观测点，并在产生沉降的关键工序，适当提升沉降监测的频率。工后最大位移值出现于右洞拱顶的上部，工况1约14.45 mm，工况2为16.54 mm。

图1 沉降计算结果

2.2 桥墩位移

工况1中，4#～6#桥墩的位移情况如图2所示。桥墩位移实际分布按照由大及小的顺序分别为墩底、墩身和墩顶，因上部结构有很高水平刚度，所以墩顶位移基本等于零，而在桩基带动下墩底易出现位移，位移量相比最大；水平位移量最大值产生于6#桥墩，为3.91 mm；5#桥墩位移量中等，为2.18 mm；4#桥墩的位移量最小，为1.53 mm；隧道施工时最大水平位移量(5 mm)产生于右洞完成施工的5#桥墩。

由桥墩位移随施工进行的变化情况可知，桥墩位移增量的最大值基本都发生于两侧弧工序；从图2(a)中可以看出，该墩位移随施工进行逐渐增大，同时向右洞方向发展，左洞施工并未对位移造成太大影响；从图2(b)中可以看出，该墩位移随施工不断增大以后，于上断面完工时保持平稳，而在左洞开始施工后，位移逐渐减小，但始终向右洞方向发展；从图2(c)中可以看出，右洞施工后该墩仅产生0.70 mm左右的位移，而在开始左洞施工时，该墩位移快速增大，于左洞上断面施工后达到最大值且保持稳定。由此可见，4#桥墩受左洞施工实际影响比5#桥墩受右洞施工实际影响大，产生这一现象的原因为桥墩在地形偏压的作用下，容易向顺坡方向产生位移。

图2 工况1桥墩位移

工况1中，4#～6#桥墩的位移情况如图3所示。桥墩位移分布规律和工况1相同，仅为墩顶不变、墩底最大；工后最大位移量出现于6#桥墩，为4.30 mm，比工况1大；5#桥墩位移接连产生两次偏转，表现为先左后右，产生偏转的主要原因为该墩的墩顶支座出现剪切破坏，加之墩身的内力变化十分复杂，易造成开裂。

图3 工况2桥墩位移

2.3 桥梁弯矩

工况1弯矩如图4所述，因墩梁产生位移与变形，使得梁体内力重新分布，右洞完工后，墩梁连接位置负弯矩的最大增量迫近30 kN·m；左洞完工后，跨中正弯矩最大值增加，增量约等于200 kN·m，但其墩梁连接位置负弯矩的最大增量减小。

图4 工况1弯矩

工况2弯矩如图5所示，左洞施工后墩梁正弯矩增量为200 kN·m，右洞施工后，墩梁正弯矩的最大值相比于左洞施工后基本一致。墩梁连接位置负弯矩的最大值呈先小后大趋势，但始终没有超出初始状态值。相比工况1，因此方案在开始先行洞施工时就由桥梁承担附加正弯矩，并且在后行洞开工后此弯矩不会发生变化。

3 总 结

(1)地表沉降及桥墩位移主要受两侧弧导洞与上断面中导洞施工的影响，需加大一定监测频率；先行洞上部沉降并未受到后行洞施工较大影响。工况1与工况2的沉降曲线相似，但相比之下，工况2沉降量大于工况1。

图5 工况2弯矩

(2)桥墩位移实际分布按照由大及小的顺序分别为墩底、墩身和墩顶；工后三墩位移最大值均出现于6#桥墩；相对5#桥墩，若采用工况2，桥梁位移会发生由左及右的偏转，而采用工况1，则只偏向于先行洞；4#桥墩位移受施工的影响最小。在桥墩位移作用下，梁体内力因隧道施工易发生重分布，致使5#～6#桥墩间的墩梁跨中正弯矩增量最大值相对较大。

(3)综合分析以上因素，建议采用工况1对应的方案。而在施工监控量测过程中，需将5#～6#桥墩间桥梁体视作重点，动态观测其位移变化，并留意有无裂缝等现象。

[1] 赵永国，邵生俊，韩常领.浅埋、偏压隧道开挖施工方案的仿真分析[J].岩土力学，2014，(S2):509-513.

[2] 李奎，高波.地铁隧道下穿小河和桥梁的施工方案研究[J].岩土力学，2014，(5):1509-1516.

U455.4

A

1008-3383(2017)10-0141-02

2017-04-28

朱克常(1977- )， 男， 贵州思南人， 高级工程师，研究方向：隧道工程。