矿山法区间下穿桥梁计算分析与研究

矿山法区间下穿桥梁计算分析与研究

田雪娟

中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600

摘要：本文结合北京地铁矿山法区间下穿桥梁的工程实例，通过有限元数值分析软件进行了计算分析，并总结得出此类工程可采用的保护措施和监测方案，其结果及工程措施对今后类似工程设计和施工有一定的指导意义。

关键词：矿山法区间；下穿天桥；影响分析；有限元；保护措施

随着国民经济的不断发展，城市化进程的加速，地铁建设在人们的交通出行中承担着越来越重的责任。北京地铁路网大部分在城市中心区穿过，地铁不可避免的要从各种既有桥梁的下方穿过，地铁开挖对引起的土层沉降、应力变化对既有桥梁的正常使用将产生一定的影响，往往会引起桩基础的沉降，造成桥梁上部结构的变形，当变形过大时将危及结构的使用功能。

1工程概况

1.1工程地质和水文地质

本区间工程自西向东布置在城市主干道下，本段区间位于市区繁华地段，区间沿线道路交通十分繁忙，车流量大，地下管线众多。区间隧道穿越地层主要为圆砾、卵石层。地下水类型为潜水，位于区间结构以下。

1.2桥梁概况

桥梁为东西长条形苜蓿叶式全立交，采用四孔桥面连续简支梁，跨径为10.55+17.30+17.30+0.55m。上部结构为4孔桥梁连续砼简支梁。桥台为现浇半重力式砼L型桥台，中墩为现浇砼条基。

该区间隧道下穿桥梁段隧道埋深19.5m，隧道距桥桩下方17.7m，隧道与桥桩的位置关系如下图：

图1桥梁与矿山法区间相对关系示意图

2施工模拟计算分析

2.1模型的建立

本文对施工过程进行模拟分析，模型共含单元169296个，节点数18208个。模型大小为（102m×64m×50m）。计算范围按左右边界距隧道中心线距离3～5倍洞径考虑，底部边界距隧道底部的距离按3～5倍隧道洞径考虑。模型左、右、前、后和下部边界均施加法向约束，地表为自由边界。计算分析模型如图2图3

图3桥桩与隧道位置关系图

2.2计算结果

2.2.1竖直方向（Z方向）变形云图

图4竖向变形云图

2.3计算结果分析

由计算结果可知，隧道开挖引起的地表最大沉降值为5mm；桥梁相邻桥墩最大竖向差异沉降为4.8mm，横桥向相邻墩柱之间最大差异沉降值为1.2mm。

3施工保护措施

3.1变形控制要求

根据天桥评估结果，天桥变形控制标准：（1）主桥上部结构简支梁相邻墩柱基础竖向（纵向）差异沉降控制值为5mm；（2）横桥向相邻墩柱之间差异沉降控制值2mm；（3）墩柱、桥台基础倾斜度不大于1/1500。

3.2下穿桥梁保护措施

矿山法区间隧道下穿该桥梁的主要保护措施有：（1）对隧道轮廓线外2m、内0.5m范围内土体进行深孔注浆加固.注浆加固土体时应结合监测反馈，及时调整注浆压力。（2）暗挖过风险源段增加临时仰供，拉大上下导洞的步距。（3）及时进行初支和二衬背后注浆，严格控制注浆压力，必要时进行多次补浆。（4）加强施工工序控制和监控量测,及时反馈信息，根据监测结果及时调整施工参数。（5）施工前对桥梁进行检测评估，必要时采取支顶措施。

4专项监测方案

除矿山法隧道施工常规的监测内容外，还应做到：（1）洞内及洞外观察：隧道开挖后观察地层及其稳定情况，观察已施工地段支护结构的情况，观察已施工地段地表和建（构）筑物状况；（2）地表沉降监测：隧道上部地面布设水准观测点，定期量测地表变化情况；（3）初支拱顶沉降监测；（4）初支侧墙净空收敛监测。

针对本工程，需要专门对桥梁进行监测，监测桥墩沉降、倾斜及差异沉降，施工中加强对桥梁开裂、支座脱空等进行现场巡视。

在区间结构施工期间，应对桥梁变形设预警值，作为施工安全判别标准，其指导性安全判别标准如下：（F=实测值/控制值）

F<0.7：安全；0.7≤F＜0.85：黄色预警；0.85≤F＜1：橙色预警；F≥1：红色预警。

当安全性为“黄色预警”时，应加密监测频率，加强对地面和建筑物沉降动态的观察，尤其加强对预警点附近的雨污水管和有压管线的检查和处理；当安全性为“橙色预警”时应加强施工措施，加强观测，并召集设计、施工及监测单位进行会诊，对可能出现的各种情况作出判断和决策，启动备用方案；当安全性为“红色预警”时，应立即停工，并启动应急预案。

结语

工程实践表明：在矿山法区间下穿桥梁期间，采取上述的加强保护措施是合理的，地层沉降和桥桩变形指标都在控制范围内，保障了工程的顺利进行。

参考文献

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