城市高架桥近距离施工对既有地铁区间的安全影响评估

2021-12-09阮伟

智能城市 2021年22期

阮伟

（武汉市城市建设投资开发集团有限公司，湖北武汉 430000）

随着城市中心城区路网的优化与加密，城市高架桥与地铁二者常近距离实施[1-2]。为了确保既有地铁的运营安全与新建高架桥的顺利施工，对既有地铁隧道区间结构安全的影响进行评估。文章以拟在武汉地铁8号线附近新建沙湖大道跨徐东大街立交桥为例，通过建立数学模型对既有地铁区间的结构变形与结构内力变化进行计算分析，评估安全影响。

1 工程概况

1.1 沙湖大道跨徐东大街立交桥概况

在武汉市武昌核心区沙湖大道上新建跨徐东大街的高架桥，在徐东大街两侧布置主跨桥墩，桥墩采用两根分离式花瓶墩，墩柱尺寸2.0 m×2.5 m，每个墩柱配置2根直径2.0 m的钻孔灌注桩，桩长60 m。承台高度3 m，截面尺寸3.2 m×8.0 m，桥梁上部结构主梁为变高连续钢箱梁。

1.2 武汉地铁8号线汪家墩站—岳家嘴站区间概况

徐东大街西侧存在已投运武汉地铁8号线，新建高架桥平面上跨地铁8号线汪家墩站—岳家嘴站区间，地铁隧道区间采取盾构法施工，分左、右区间，中心线间距为13 m。管片外径6.2 m、厚度350 mm。

1.3 两项目空间位置关系

拟建高架桥桩基结构与地铁区间结构外边线最小水平距离约7.06 m、区间隧道结构顶埋深17.55 m。

拟建高架桥与地铁8号线汪家墩站—岳家嘴站区间空间位置关系如图1所示。

图1 拟建高架桥与汪家墩站—岳家嘴站区间空间位置关系

2 工程地质、水文概况

高架桥拟建场地为一级阶地全新统冲积平原区，地形较平坦、地势变化不大。工程场地土层主要为近代人工填土层、第四系河流冲洪积土层、湖积土层，揭露下伏基岩为侏罗系泥质砂岩。高架桥主墩穿越的地层主要为1-1杂填土、1-2素填土、3黏土、4粉质黏土夹粉土粉砂、5细砂、6砾卵石、7-1强风化泥质砂岩、7-2中风化泥质砂岩。

拟建场地地下水主要为上层滞水、孔隙承压水及基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于上部人工填土中，对拟建施工影响较小。孔隙承压水主要赋存于4粉质黏土夹粉土粉砂及5细砂层中，具备承压性，对桩基施工影响不大。基岩裂隙水主要赋存于下部基岩中，接受其上部含水层地下水的下渗及侧向渗流补给，与承压水呈连通关系，对工程施工影响较小。

3 对地铁结构安全影响评估

3.1 外部作业影响等级与变形控制指标选取

两项目结构外边线最小距离L为7.06 m，地铁区间隧道外径D为6.20 m，项目与地铁结构接近程度为1.0D

城市轨道交通结构安全控制指标值如表1所示。

表1 轨道交通结构安全控制指标单位：mm

3.2 评估思路

高架桥桩的施工和上部结构荷载的传递会造成周围土体的位移和应力变化，导致地铁结构的受力和变形状态发生改变，诱发结构发生不均匀变形。综合分析项目场地工程地质及水文地质资料，结合高架桥桩的结构设计参数、施工特点以及邻近地铁结构特点，使用Midas GTS/NX软件建立整体三维计算模型，对高架桥桩施工全过程进行模拟，分析施工过程中邻近地铁区间的结构变形与内力变化情况。

3.3 模型建立

模型计算范围的控制原则为边界条件不能过大影响核心部位的计算结果，模型计算范围为长72 m、宽60 m、土层计算深度65 m。钻孔灌注桩桩身混凝土等级为C30，采用实体单元模拟，桩土之间设置相应的摩擦接触单元。泥浆相对密度为1.2，泥浆护壁过程等效为静水压力等效荷载，等效静水压力取γ=12 kN/m3。通过桩周薄壁单元模拟渗透条件的变化，修改单元属性模拟混凝土硬化过程。盾构管片混凝土等级为C45，采用板单元模拟。上部结构和行车荷载等效为上部结构荷载施加于墩柱，竖向等效荷载取19 000 kN/根，水平等效荷载取350 kN/根。为简化计算，将所有钻孔灌注桩分为近地铁（前）侧桩和远地铁（后）侧桩。

模拟高架桥施工工序如表2所示。