临地铁车站的高架桥梁桩基施工时序研究

2022-12-15聂雄刘博

工程建设与设计 2022年22期

聂雄，刘博

（1.广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510000；2.天津铁道职业技术学院，天津 300000）

1 引言

近年来，伴随着城市地下空间的开发利用与地上高架桥交通路网的不断延伸完善，新建高架桥梁桩基临近已运营地铁的工程日益增加。临近地铁的桥梁桩基施工势必会引起土体扰动和变形，导致临近地铁结构产生附加变形和内力，对地铁结构的安全性构成了极大威胁[1]。

丁智、张霄等[2]阐明了桥桩与地铁隧道的相互近接施工影响及控制保护技术的研究，总结分析涉及的关键问题，探讨了桥桩与地铁隧道近接施工的影响区域划分和风险分级标准的建立。

丁智、何奇威等[3]通过桥桩施工过程中对周围深层土体水平位移、孔压、隧道结构水平位移和沉降进行监测，研究分析了高架桥桩施工对临近地铁隧道变形的影响。

丁智、张霄等[4]依托杭州某桥梁试桩临近地铁隧道建设工程，建立桥桩钢套管施工简化力学模型，提出考虑套管分节施工特点与挤土效应影响的全套管灌注桩施工附加力的修正计算公式。同时，基于Mindlin应力解和两阶段分析法，求解桥桩施工引起的既有隧道附加应力与纵向竖向变形，并进一步分析桥桩施工全过程的动态影响规律。

综上所述，现阶段针对桥梁桩基施工对临近地铁结构的影响已经开展了丰富的研究。为了研究桥梁桩基不同施工时序对地铁结构的影响，以临近长沙地铁已运营1号线车站的高架桥梁工程为背景，运用有限差法分析研究高架桥梁桩基不同施工时序下，地铁车站结构的变形及受力特性。

2 工程概况

2.1 工程环境

长沙市轨道交通1号线涂家冲站位于芙蓉中路与新建西路交口处，沿芙蓉中路南北呈一字形布置。涂家冲站为地下2层，局部3层的岛式车站，车站为2层两跨和3层两跨箱形结构，车站标准段宽度为18.9 m，盾构井段宽度为22.8 m。车站总长为175.5 m，车站2层结构底板深度约为19.5～22.5 m，车站3层结构底板深度约为22.5～23.5 m，顶板覆土约2.5～4.5 m；车站顶板厚0.8 m，局部0.9 m，中板厚0.4 m，底板厚1.0 m，侧墙厚0.8 m。

新建西路（涂金路—芙蓉南路）建设项目在新建西路与芙蓉路交叉路口处采用高架桥的形式东西向跨越芙蓉路，高架桥主跨为50 m，坐落于3#墩与4#墩之上，桥墩采用双柱花瓶墩+桩基础，基础采用直径1.8 m桩基础，桩基采用嵌岩桩，桩长30 m。其中，4#墩距车站主体结构平面距离最近，为9.55 m，3#墩距车站主体结构平面距离为17.36 m。

2.2 工程及水文地质

依托工程场地范围内地层自上而下依次为杂填土层、圆砾层、粗砾、卵石、粉质黏土、强风化泥质粉砂岩及中风化泥质粉砂岩。桥梁桩基嵌入中风化泥质粉砂岩中，受力类型为摩擦端承桩，桩端持力层为中风化泥质粉砂岩。

场地范围地下水类型可分为上层滞水、孔隙水及基岩裂隙水。场地内水文地质条件简单，为赋存于素填土层的上层滞水，为弱透水层，水量小，局部分布，不连续。潜水稳定水位埋深5.80～7.89 m，补给来源为大气降水及人工排水。水位变化幅度约为2～4 m。

3 施工时序研究

高架桥梁施工前，1号线涂家冲站已处于运营状态，考虑到桩基础较大，其成桩开挖卸载和桩基础回筑乃至上部荷载传递至桩基础必然会引起周边地层的变形，甚至可能会对地铁车站结构产生不利影响。为了确保施工安全，保障施工顺利完成，研究高架桥墩不同施工时序对地铁车站造成的影响是十分有必要的。

根据桥梁桩基与地铁的相对关系，设置3种施工时序，分别模拟不同施工时序下的车站内力、变形情况。3种施工时序分别为：

1）先施工3#桥墩承台（放坡开挖）及桩基，再施工4#桥墩承台（放坡开挖）及桩基。

2）先施工4#桥墩承台（放坡开挖）及桩基，再施工3#桥墩承台（放坡开挖）及桩基。

3）同时施工3#、4#桥墩承台（放坡开挖）及桩基。

4 数值模拟分析

4.1 模型的建立

根据高架桥梁与临近地铁车站的平面与空间关系，采用FLAC-3D建立有限差模型。模型主要分析桥梁3#、4#桥墩施工对1号线涂家冲站的影响，考虑边界条件的影响及简化计算，模型大小为80 m×36 m×40 m。数值分析模型共由36 040个zones和39 690个grid-points组成。模型中选取了6个关键监测点对桥桩开挖过程中结构的位移值进行了记录追踪。

采用FLAC-3D三维数值计算软件动态模拟整个施工过程，对计算模型做如下说明：

1）土体采用实体单元模拟，土体的本构模型类型采用摩尔-库伦模型，土层物理力学指标详见表1。