研究淺埋偏壓隧道下穿橋梁的施工方案

朱克常

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550001)

隧道工程

研究淺埋偏壓隧道下穿橋梁的施工方案

朱克常

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550001)

針對(duì)淺埋偏壓隧道下穿既有橋梁段施工，結(jié)合隧道工程實(shí)際情況，采取方案比選的方式分析隧道施工對(duì)既有橋梁造成的影響。通過分析得出以下結(jié)論：因兩側(cè)弧導(dǎo)洞與上斷面中導(dǎo)洞施工是造成沉降和橋墩位移的主要原因，所以需在施工中加強(qiáng)此處監(jiān)測(cè)頻率；6#橋墩位移受施工影響最大，4#橋墩最?。唤ㄗh采用先施工淺埋側(cè)隧道方案，同時(shí)做好位移與裂縫觀測(cè)，以確保隧道施工質(zhì)量和既有橋梁安全。

偏壓隧道；既有橋梁；施工方案

1 計(jì)算模型與計(jì)算工況

將勘探資料與施工圖作為依據(jù)構(gòu)建計(jì)算模型。因總體埋深不大，故主要參考自重應(yīng)力場(chǎng)。鑒于開挖施工影響與邊界效應(yīng)，水平方向共取橋梁結(jié)構(gòu)210 m，豎直方向取隧道仰拱底部下方40 m、上方按實(shí)際埋深計(jì)算。于本計(jì)算模型下邊界施加一定豎向約束；兩側(cè)邊界施加一定水平約束。結(jié)合隧道特征，開展平面應(yīng)變分析，其圍巖特點(diǎn)按照均質(zhì)彈塑性進(jìn)行考慮，二次襯砌選用二維平面單元，初支、墩身、基礎(chǔ)與橋梁均選用梁單元。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告與完成施工部分的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定圍巖力學(xué)參數(shù)(表1)，以提高0.5～1.0個(gè)等級(jí)的方式實(shí)現(xiàn)深孔注漿與超前小導(dǎo)管圍巖加固。因不同方案對(duì)既有橋梁造成的實(shí)際影響有差異，故分別對(duì)兩工況實(shí)施模擬計(jì)算(工況1：先淺后深，即先施工左洞后施工右洞；工況2：先深后淺，即先施工右洞后施工左洞)。

表1 圍巖力學(xué)參數(shù)取值

2 計(jì)算結(jié)果和處理分析

2.1 沉降

沉降計(jì)算結(jié)果如圖1所示。4#～6#橋墩范圍內(nèi)，工況1和工況2沉降曲線相似，地表位移最大值出現(xiàn)在兩洞的拱頂上部，先行洞上部沉陷受后行洞施工影響程度較??；產(chǎn)生沉降現(xiàn)象的主要原因?yàn)橹袑?dǎo)洞施工與兩側(cè)弧導(dǎo)洞施工，基本可以形成所有沉降量；5#～6#橋墩范圍內(nèi)，工況1和工況2沉降量與范圍都比4#～6#橋墩范圍大，要求在此處加密設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，并在產(chǎn)生沉降的關(guān)鍵工序，適當(dāng)提升沉降監(jiān)測(cè)的頻率。工后最大位移值出現(xiàn)于右洞拱頂?shù)纳喜?，工況1約14.45 mm，工況2為16.54 mm。

圖1 沉降計(jì)算結(jié)果

2.2 橋墩位移

工況1中，4#～6#橋墩的位移情況如圖2所示。橋墩位移實(shí)際分布按照由大及小的順序分別為墩底、墩身和墩頂，因上部結(jié)構(gòu)有很高水平剛度，所以墩頂位移基本等于零，而在樁基帶動(dòng)下墩底易出現(xiàn)位移，位移量相比最大；水平位移量最大值產(chǎn)生于6#橋墩，為3.91 mm；5#橋墩位移量中等，為2.18 mm；4#橋墩的位移量最小，為1.53 mm；隧道施工時(shí)最大水平位移量(5 mm)產(chǎn)生于右洞完成施工的5#橋墩。

由橋墩位移隨施工進(jìn)行的變化情況可知，橋墩位移增量的最大值基本都發(fā)生于兩側(cè)弧工序；從圖2(a)中可以看出，該墩位移隨施工進(jìn)行逐漸增大，同時(shí)向右洞方向發(fā)展，左洞施工并未對(duì)位移造成太大影響；從圖2(b)中可以看出，該墩位移隨施工不斷增大以后，于上斷面完工時(shí)保持平穩(wěn)，而在左洞開始施工后，位移逐漸減小，但始終向右洞方向發(fā)展；從圖2(c)中可以看出，右洞施工后該墩僅產(chǎn)生0.70 mm左右的位移，而在開始左洞施工時(shí)，該墩位移快速增大，于左洞上斷面施工后達(dá)到最大值且保持穩(wěn)定。由此可見，4#橋墩受左洞施工實(shí)際影響比5#橋墩受右洞施工實(shí)際影響大，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因?yàn)闃蚨赵诘匦纹珘旱淖饔孟拢菀紫蝽樒路较虍a(chǎn)生位移。

圖2 工況1橋墩位移

工況1中，4#～6#橋墩的位移情況如圖3所示。橋墩位移分布規(guī)律和工況1相同，僅為墩頂不變、墩底最大；工后最大位移量出現(xiàn)于6#橋墩，為4.30 mm，比工況1大；5#橋墩位移接連產(chǎn)生兩次偏轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為先左后右，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要原因?yàn)樵摱盏亩枕斨ё霈F(xiàn)剪切破壞，加之墩身的內(nèi)力變化十分復(fù)雜，易造成開裂。

圖3 工況2橋墩位移

2.3 橋梁彎矩

工況1彎矩如圖4所述，因墩梁產(chǎn)生位移與變形，使得梁體內(nèi)力重新分布，右洞完工后，墩梁連接位置負(fù)彎矩的最大增量迫近30 kN·m；左洞完工后，跨中正彎矩最大值增加，增量約等于200 kN·m，但其墩梁連接位置負(fù)彎矩的最大增量減小。

圖4 工況1彎矩

工況2彎矩如圖5所示，左洞施工后墩梁正彎矩增量為200 kN·m，右洞施工后，墩梁正彎矩的最大值相比于左洞施工后基本一致。墩梁連接位置負(fù)彎矩的最大值呈先小后大趨勢(shì)，但始終沒有超出初始狀態(tài)值。相比工況1，因此方案在開始先行洞施工時(shí)就由橋梁承擔(dān)附加正彎矩，并且在后行洞開工后此彎矩不會(huì)發(fā)生變化。

3 總 結(jié)

(1)地表沉降及橋墩位移主要受兩側(cè)弧導(dǎo)洞與上斷面中導(dǎo)洞施工的影響，需加大一定監(jiān)測(cè)頻率；先行洞上部沉降并未受到后行洞施工較大影響。工況1與工況2的沉降曲線相似，但相比之下，工況2沉降量大于工況1。

圖5 工況2彎矩

(2)橋墩位移實(shí)際分布按照由大及小的順序分別為墩底、墩身和墩頂；工后三墩位移最大值均出現(xiàn)于6#橋墩；相對(duì)5#橋墩，若采用工況2，橋梁位移會(huì)發(fā)生由左及右的偏轉(zhuǎn)，而采用工況1，則只偏向于先行洞；4#橋墩位移受施工的影響最小。在橋墩位移作用下，梁體內(nèi)力因隧道施工易發(fā)生重分布，致使5#～6#橋墩間的墩梁跨中正彎矩增量最大值相對(duì)較大。

(3)綜合分析以上因素，建議采用工況1對(duì)應(yīng)的方案。而在施工監(jiān)控量測(cè)過程中，需將5#～6#橋墩間橋梁體視作重點(diǎn)，動(dòng)態(tài)觀測(cè)其位移變化，并留意有無裂縫等現(xiàn)象。

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U455.4

A

1008-3383(2017)10-0141-02

2017-04-28

朱克常(1977- )， 男， 貴州思南人， 高級(jí)工程師，研究方向：隧道工程。