市政道路明挖下穿铁路桥梁施工安全影响分析

市政道路明挖下穿铁路桥梁施工安全影响分析

李建伟

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摘要：以某市政道路基坑下穿铁路桥梁施工过程为研究对象，结合铁路沉降观测技术规程综合拟定桥梁安全控制指标，分别分析基坑支护体系自身变形、稳定性及基坑开挖对基坑两侧桥梁桩基承台水平及竖直位移的影响。结果表明，市政道路基坑自身变形及稳定性满足一级基坑设计要求;基坑开挖施工对既有铁路桥梁基础沉降影响较小，满足铁路桥梁沉降及变形控制指标要求。

关键词：市政道路;下穿铁路桥梁;基坑开挖;控制指标

引言

城市地下道路是指地表以下供机动车或兼有非机动车、行人通行的城市道路。城市地面资源的紧缺促使城市交通向地下化发展，出现了多种类型的地下道路，包括穿越山岭、水系的连接型地下道路，下穿铁路、道路的节点型地下道路，长距离、系统性地承担较完整城市道路功能的地下道路，城市核心区以连接各地块地下车库功能为主的地下道路等。技术水平和施工机具的进步，为不同环境条件下实施地下道路工程提供了更多可选择的方法。

1工程概况

新建工程位于某市主城区西北部，该段道路为城市主干道，设计时速50km/h，全长约8.14km，车道宽度3.5m，双向八车道，标准横断面宽度约51.5m，下穿铁路立交桥工程下穿市域铁路S1桥梁结构，道路涵洞主体结构进入铁路规划控制区，且基坑围护结构与S1线承台结构净距仅为0.9m。下穿市域铁路处的道路涵洞横断面为:中孔行车主道和辅道横断面布置均为0.4m(内衬、装饰面层及防撞设施)+0.25m+3.5×2两车道+0.25m+0.4m(内衬及防撞设施)=8.30m;边孔人非车道横断面布置为敞开段。

由于下穿铁路段道路所处地层主要以淤泥为主，这类土强度低、含水量高、压缩性高，渗透系数非常小，并且具有明显的流变性，多数还具有高灵敏度的结构性。基坑开挖引起的变形主要是围护结构的变形、基坑底部土体的变形以及基坑外土体的变形，将对基坑周边的环境产生一定的影响。

2市政道路明挖下穿铁路桥梁施工安全建议

2.1基坑支护方案与施工

由于场地条件和施工期间不中断交通要求的限制，地下道路基坑全部采用支护开挖。本工程地下土层主要分布有素填土、粉质黏土、残积砂质黏性土、全风化花岗岩、砂砾状和碎块状强风化花岗岩等，局部有淤泥质土、细砂和中风化花岗岩孤石。除地质条件外，支护方案还需考虑门吊的静动力荷载及门吊行走方便。综合考虑，基坑支护采用冲（钻）孔灌注桩+预应力锚索支护、高压旋喷桩止水方案，桩顶冠梁上布设门吊行走轨道（见图1）。垫层为碎石+C15混凝土，垫层顶面与结构底面预留2cm间隙，待拼装完成后灌浆封闭，基底两侧设钢筋混凝土地梁，用于拼装过程支承预制节段。

图1基坑支护与预制块吊装横断面图

2.2三维数值分析

基坑开挖时，通过地层应力释放与土层变形对周边土层产生影响，因此基坑开挖的关键是分析其对周边建筑物的环境影响。基坑开挖要对基坑的开挖方案与支护措施进行设计，并制订基坑的开挖工序与合理的有效措施，确保基坑开挖和基础施工顺利、安全、可靠地实施。另外，基坑开挖的过程中，也要加强对周边建筑物的沉降变形观测，充分考虑基坑开挖对建筑物的影响，防止因基坑开挖导致周边基坑开挖引起基坑、地面变形包络图建筑物发生过大变形或不均匀沉降，从而导致建筑物开裂甚至倒塌，对于域S1线温州特大桥而言，如果沉降过大，相邻两桥墩沉降差过大，则可能影响城市域铁路的行车舒适度、耐久性，更严重者可能发生安全事故。因此，控制基坑开挖对周边建筑物的影响是避免周边建筑物或构筑物变形过大从而造成安全隐患。

本文采用有限元软件MIDASGTS进行三维计算分析，根据工程经验和理论分析，取模型大小为180m×50m×100m(长×宽×高)，采用内力收敛条件，收敛精度为0.001。对岩土体、桥墩、承台采用实体单元模拟，桥桩、冠梁采用梁单元，基坑围护桩结构根据刚度等效原理采用板单元，钢支撑也根据刚度等效原理采用板单元模拟。岩土体本构模型采用修正摩尔－库伦(ModifiedMohr-Coulomb)模型进行模拟，其余采用弹性模型。网格剖分时考虑了不同岩土的特性、围护桩等介质的不同处理。整个三维有限元计算模型共75402个单元，51223个结构节点。模型采用标准约束型式，模型左右、前后边界固定水平位移，底部边界固定竖向位移，约束其竖向及水平向位移，上部边界为地表自由面;自重荷载取重力加速度。桥面简化为对桥墩的荷载，其中162号墩P1=9500/(3.2×4.6)=645.4kPa，163号墩和164号墩P2=P3=20865/(3.0×4.6)=1512kPa，165号墩P4=8784/(3.2×4.6)=597kPa。

图2基坑开挖引起桥梁桩基承台水平位移云图

图3基坑开挖引起桥梁桩基承台竖向位移云图

从以上结果图可知，基坑开挖完成后引起地层最大沉降量和隆起量分别发生在S1线桥梁处和基坑开挖面，其中最大沉降值为4.81mm，最大隆起值为100.7mm。基坑开挖对温州市域铁路的影响，主要以结构的沉降变形为主，其中桥墩最大沉降值为4.81mm，余下的3处桥墩沉降变形也较为接近，其水平高差较小。基坑开挖完成后承台顶面竖向位移最大值为4.10mm，发生在163号墩;承台顶面水平位移最大值为2.79mm，发生在164号墩;承台间差异沉降最大值为2.59mm，发生在164号墩和165号墩之间;均满足控制要求。但承台顶面高低倾斜率最大值为0.598‰，已接近线路轨道允许的高低倾斜率0.6‰限制值;墩顶水平位移最大值5.00mm，发生在164号墩，已达到《城市轨道交通结构安全保护技术规程(DB33/T1139—2017)》规范中表A．0.1－C要求5mm限值。建议加强施工现场的管控和监测。

2.3纵向拼接

一个大节段所有预制块上下拼接成框架节段后，首先对首节段进行精确定位，调节至控制点定位精准无误后进行固定。门吊吊起下一节段靠拢试拼，试拼后将待拼节段吊离约50cm，对接触面进行涂胶，涂胶完成后，利用手拉葫芦配合门吊紧密靠拢。按胶结面压强不小于0.2MPa的要求，采用精扎螺纹钢筋张拉临时预应力。待环氧胶达到设计强度后，节段底部用卸荷块垫实，放松吊点。依次拼装后续节段，直至完成一个大节段的纵向拼装。单仓、双仓框架分别设有4束和6束预应力钢绞线，作为永久预应力，确保环氧胶一旦出现老化失效，仍可保证结构的整体性。完成一个大节段纵向拼接后即可开始钢绞线穿束、安装锚具、张拉预应力、孔道压浆。永久预应力张拉完成后拆除纵向临时预应力。最后，用泡沫剂封堵框架结构边缘缝隙，对结构底面预留间隙进行灌浆，达到设计强度要求后，拆除节段底部卸荷块。

结语

根据基坑稳定性验算，基坑自身变形及稳定性均满足一级基坑的设计要求。若非机动车道路面标高无法降至现状地面的，应在桥墩另一侧设置永久的反压平台以平衡侧土压力。反压平台顶面与非机动车道路面等高，顺道路方向设置长度应不小于市域铁路桥梁投影范围前后各加 5 m，横向宽度应通过计算确定，使桥墩处横向土推力为 0。反压平

参考文献

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