快速路地道下穿地铁高架区间影响分析

张佃仁，张 刚，彭 慧

[1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司青岛分公司，山东 青岛266005；2.青岛西海岸市政工程有限公司，山东 青岛266400]

0 引言

对于基坑开挖对临近基坑的影响，国内外专家学者已进行了大量的研究，例如Richard J.Finno 等人[1]利用二维平面有限元对该问题进行了分析；C.F.Leung 等人[2]通过模型试验研究了临近开挖对桩基的影响；雷扬[3]、Runhong Zhang[4]等对通过三维有限元分析，探究了不同基坑深度、嵌入深度、桩顶约束的条件下，基坑开挖对临近桩基的影响规律；Linlong Mu[5]则提出了一种新的理论计算方法，并对其进行了验证。郑刚[6]、张子新[7]、丁春勇[8]也结合国内上海、天津等地实际工程进行了相应研究。

随着经济社会的发展，青岛地区的市政基础设施工程建设也大量开展起来，工程复杂程度也逐步提高。风河快速路工程某地道就需要下穿青岛地铁13 号线高架区间，根据《青岛市轨道交通保护区施工作业管理办法》及相关规范，为了保证下穿的安全施工，对本项目进行了有限元分析和评估。

1 工程概况

风河快速路工程设计为双向四车道，上海路地道与青岛地铁13 号线交叉，为避让既有桥墩及其基础,在交叉处分为南、北两幅从高架中间穿越，结构型式为净尺寸B×H=9.45 m×5.1 m 的箱涵。

受地道基坑开挖影响的为临近的ZS56 号、ZS57 号、ZS58 号墩柱，桩基长20～28 m，均嵌入微风化花岗岩。地道基坑深度为7.4 m,基坑边距离承台最小水平距离为4.2 m。相对位置平面见图1。

图1 地道下穿相对位置关系平面图

基坑支护墙采用φ0.8 m 的钻孔灌注桩，桩中心间距1 m，外侧设厚度0.7 m 的TRD 止水搅拌墙。内支撑体系采用一道砼支撑+ 一道钢管支撑，回筑工况设置一道钢管换撑。根据地铁安全专项评估专家意见要求，坑底及TRD 搅拌墙外侧，对土体进行了旋喷桩预加固处理。剖面及相对位置关系见图2，图中阴影区域表示加固。

图2 地道下穿相对位置关系剖面图

2 水文工程地质条件

根据勘察资料拟建场地岩土层自上而下依次为①耕土、②中细砂、③淤泥质粉质黏土、④粉质黏土、⑤中粗砂、⑥粗砾砂、⑦强风化花岗岩、⑧中风化花岗岩层。土体参数见表1。

表1 地勘土体参数表

勘察期间，地下水水位埋深1.20～1.80 m，地下水类型为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，主要接受侧向迳流及大气降水补给，排泄以蒸发和侧向迳流为主。

3 数值模拟计算

各层土体均采用摩尔- 库伦准则下的实体单元，围护墙、各道支撑、腰梁、盖梁、承台、桩基等结构构件均按线弹性材料模拟。其中，钻孔灌注桩根据刚度等效原则[9]，等效为厚度为0.622 m 的地墙。轨道梁为简支梁，模型中通过添加盖梁上的集中力模拟其支座反力[10]。Midas/NX 三维计算模型见图3。

图3 计算模型

施工工况为：北幅地道围护墙施工和土体加固→依次开挖至各道支撑处标并施工各道支撑→开挖至坑底→浇筑底板→拆除第二道支撑，并设置换撑→完成主体结构及覆土→南幅地道围护墙和主体结构施工（顺序同北幅）。

4 计算结果及分析

4.1 盖梁及桩基变形

计算结果显示，北幅地道开挖至坑底工况、南幅地道开挖至坑底工况为最不利工况。北幅地道开挖至坑底时，盖梁垂直轨道方向最大变形Dx=0.34 mm,沿轨道方向最大变形Dy=1.91 mm，最大沉降Dz=0.47 mm，见图4。

图4 北幅地道开挖至坑底工况盖梁竖向变形（单位：m）

南幅地道开挖至坑底时，盖梁垂直轨道方向最大变形Dx=0.30 mm, 沿轨道方向Dy=3.47 mm，最大沉降Dz=1.47 mm，见图5。

图5 南幅地道开挖至坑底工况盖梁竖向变形（单位：m）

北幅地道开挖至坑底时，受影响较大的为ZS57桩基，垂直基坑方向桩基最大水平变形Dy=0.67 mm,桩基最大竖向变形Dz=0.60 mm，见图6。南幅地道开挖至坑底时，受影响较大的为ZS58 桩基，垂直基坑方向桩基最大水平变形Dy=1.05 mm, 竖向变形Dz=1.80 mm，见图7。

图6 北幅地道开挖至坑底工况桩基竖向变形（单位：m）

图7 南幅地道开挖至坑底工况桩基竖向变形（单位：m）

4.2 计算分析及监测数据

根据相关规范[10]及轻轨高架桥相关单位提供的保护标准，13 号线轻轨高架桥结构为简支座U 性梁，桥墩与桩基绝对沉降小于5 mm，桩基水平位移容许限值6 mm，墩台容许倾斜限值tan θ＜0.5‰，相邻桥墩差异沉降小于2.5 mm。根据计算，均满足要求。

施工过程中，各桥墩竖向及水平变形实际监测数据分别见图8、图9，对应ZS56～ZS59 桥墩的竖向监测点和水平监测点分别为CJ56～CJ59、SPWY56～SPWY59。参照ZS59 号桥墩（位于ZS58 号桥墩以南30m 处）及其监测数据，受开挖影响的ZS56～ZS58 桥墩变形指标均表现地比较稳定，满足安全运营要求。

图8 各桥墩竖向变形（单位：mm）

图9 各桥墩水平变形（单位：mm）

5 结语

本文通过建立有限元模型，分析了青岛风河快速路地道下穿青岛地铁13 号线对地铁高架区间结构的影响。结果表明南、北幅基坑分期施工，对临近的桥墩影响最大，对间隔的桥墩影响较小。本工程所采取的分期施工、预加固技术措施能够很好的控制变形，可为今后青岛地区类似工程问题的处理提供有益经验。