城市地鐵盾構施工中對既有橋梁樁基托換受力轉換分析

王高飛

摘要：在城市中進行地鐵施工，總會遇到地下管線與既有線結構物的影響，為保證施工安全推進，需要采用相關的技術保證施工順利開展。

關鍵詞：地鐵;盾構;樁基;托換;受力分析

1.工程概述

城市地鐵施工中某區(qū)間穿越一高架橋，與其高架橋Z3橋墩樁基沖突。因此需對該高架橋Z3橋墩樁基進行托換，以便盾構正常施工。原橋墩采用鉆孔樁基礎。

經專家論證后采用新建承臺樁基托換既有下部承臺樁基。新建承臺寬5.5m，長13.8m，高3m，既有承臺置于新建承臺上方，承臺西北角，西南角為保護管線進行倒角。新建承臺樁基直徑1.5m，最小樁間距3.8m，最大樁間距12.25m。

2.施工技術簡介

施工時考慮到區(qū)間正穿Z3橋樁基礎，Y1、Y2為側穿，所以目前暫時擬對Z3進行托換處理;總體托換思路如下：

第一步：調查橋現(xiàn)狀。包括表官病害、裂縫，同時根據情況進行掃描、探測等，最終需經有資質的部門出具鑒定報告。第二步：新橋樁基、圍護結構施工，舊橋樁加固。在舊樁基兩側、隧道結構外2m進行新樁基施工，受場地條件、橋高度限制，采用循環(huán)鉆機小型鉆機施工。第三步：基坑開挖至設計標高，對既有Z3橋樁植筋，鑿除新橋樁樁頭，施工新承臺，并預埋千斤頂。第四步：新建承臺達到設計強度后，頂升千斤頂，進行體系轉換，體系轉換完成后澆筑樁頂后澆帶。第五步：開挖坑中坑，截斷舊樁，對舊樁進行水磨鉆取芯處理。將既有Z3橋樁中心1m范圍內砼鉆除，直至盾構隧道輪廓線底1m，隨后自下而上分段鑿除既有樁基鋼筋，立即采用C15素砼回填，每1m一循環(huán)。將隧道頂、底輪廓線1m范圍內鋼筋鑿除。第六步：既有樁基主筋割除并回填完成后，盾構通過。

新建承臺形式：樁基托換新建基坑深度約為5.045m（地面以下），坑中坑深度為2m。

原橋敦樁基具體位置關系如下圖。對Y1、Y2、Y3、Z3、Z4橋墩近距離側穿部位樁基進行加固，加固范圍為樁基輪廓線外2m范圍，加固深度至隧道輪廓線外2m。

3.結構受力計算書

3.1、計算模型對比分析

計算對比分析的方法采用MIDAS/fea與MIDAS/civil、建立三維模型。三維模型中上部結構荷載模擬為壓力荷載傳遞于結構，梁單元中上部荷載模擬為梁單元荷載傳遞于結構。

計算模型簡圖如下所示：

（1）得到模型彎矩結果如下圖所示

彎矩對比分析可知，三維計算模型與梁單元計算模型，新建承臺彎矩結果總體吻合。各項荷載分項系數均取1的情況下，梁單元最大彎矩值為32068.2kN，三維模型最大彎矩值31000，梁單元計算彎矩結果偏大約3.4%左右。計算結果稍偏安全。

（2）各荷載分項系數均取1，對兩模型進行計算分析。得到模型反力結果如下圖所示：

反力對比分析可知，梁單元計算模型，F(xiàn)1與F2計算反力結果差距較大。三維模型顯示出F1與F2反力相差較小的計算結果。因F1、F2距離梁中心及既有承臺中心位置距離相差不大，三維模型計算所得結果與實際反力結果更為相符。取三維計算反力結果作為樁基承載力計算依據。

綜上，新建承臺彎矩，剪力計算分析時采用梁單元進行驗算，樁基反力計算時采用三維計算結果作為承載力計算依據。

3.2、位移控制

永久作用

1）提取計算結果，在上部結構自重、承臺自身重力以及覆土重力的作用下，結構變形如下圖所示。最大位移為0.841mm（位于x=6.7m節(jié)點處）。

結構自重作用下承臺位移

2）收縮、徐變作用下，結構位移如下圖所示。最大位移為2.347mm（位于x=7.1m節(jié)點處）。

活載作用下承臺位移

綜上，樁基主動托換完成后，后期承臺變形主要由收縮徐變與可變荷載作用下的結構位移，其值為3.608mm<5mm控制值。

4、新建承臺抗沖切計算

既有承臺偏心置于新建承臺上方，按照《橋規(guī)》5.6節(jié)，計算新建承臺抗沖切能力。

由規(guī)范第5.6.1條：抗沖切承載需滿足：r0 × Fld≤（0.7 ×βh ×ftd + 0.15 ×σpc，m）×Umh0

r0 × Fld =?1.1 ×12000KN =13200kN≤（0.7 ×βh ×ftd + 0.15 ×σpc，m）×Umh0=（0.7 × 0.85×1.650MPa+ 0.15 ×0.0）× 16.8m×3m=49480.2kN

參考文獻：

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[2]劉長林.探究地鐵盾構法施工新技術要點[J].太原城市職業(yè)技術學院學報，2016（01）：159-160.

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