浅埋偏压隧道下穿桥梁的施工方法

摘要：本文运用数值模拟分析了隧道的施工过程，对开挖深埋侧隧道与开挖浅埋侧隧道两种开挖顺序进行比较，并对隧道施工过程中诸多因素如：桥梁弯矩、地表沉降以及桥墩位移等做了特别探究。通过数值模拟发现，隧道两侧弧导洞和上半断面中导洞的开挖可能直接影响桥墩位移甚至是地表沉降。

关键词：浅埋偏压隧道；桥梁；施工方法；数值模拟

中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：

随着我国经济的飞速发展，交通事业的发展也被带动起来，由于铁路、公路路线相互交错，新建隧道近距离穿过已有建筑物的现象越来越频繁。在隧道施工过程中，不仅要确保新建隧道的稳定性与安全性，还要保证已有建筑物的安全与稳定。本文将某高速公路出口浅埋段隧道下穿已有桥梁作为研究对象，数值模拟计算了先施工深埋侧和先施工浅埋侧两种方案，找出适合此高速公路施工的最佳方案。

一、工程概况

在某高速公路出口段，既有跨线桥与新建隧道线路交错穿过，其中埋深较浅的隧道（右线隧道）交错于4号与5号桥墩之间，埋深交较深的隧道（左线隧道）交错于5号与6号桥墩之间，如图一所示。

图一 桥梁与隧道平面相对位置示意图（单位：m）

其中，新建隧道初衬与二衬厚度分别为：27cm，50cm建筑界限高5m，宽10m，路面宽8.5m，为单线2车道。既建跨线桥梁以预应力混凝土小箱梁为其上部结构，在其下部结构中，采用以灌注桩、柱式墩为基础的桥墩，并且采用U形桥台。它的地质情况大多为风化的黑云母花岗斑岩，围岩的稳定性较差，并且底层结构松散，容易发生松动或者小塌方甚至发生大塌方的情况。

二、数值计算模型与工况计算

将隧道开挖时的影响范围考虑在内，顶拱以上取实际埋深，高度取仰拱底部以下40m，左右取全桥结构共210m，根据隧道施工图建立数值计算模型如图二。

图二 （1）整体模型示意图 （2）隧道及加固区细部 （3）导洞施工

由于不同的施工方案对既有桥梁的影响也会不同，因此，在施工前需进行工况计算，找出最佳施工方案。在此高速公路的出口浅埋隧道穿跨线桥梁，进行了两种工况计算。工况一：先施工深埋侧隧道；工况二：先施工浅埋侧隧道，并分别数值模拟计算两种工况。

三、数值模拟计算分析及结果

（一）桥梁弯矩

先施工深埋侧时，在隧道导洞左洞施工后，桥梁5号墩~6号墩桥梁最大弯矩增加，右洞施工后其弯矩与左洞基本一致。墩梁连接处的最大负弯矩先减小，然后再增大，但并没有增加到最初状态的量值，在这个施工过程中要全程观察5、6号墩间的桥梁跨中截面；先施工浅埋侧桥梁弯矩时，桥梁内力随着墩梁的变形以及位移产生重分布，在隧道导洞左洞施工完成后，墩梁连接处的最大负弯矩会相应减小，跨中最大弯矩会以200kNm的增大量进行增大，右洞施工完成后，跨中最大正弯矩值有轻微的减小，而墩梁连接处最大负弯矩以30kNm的增量增大，因此，左洞施工时，应主要关注5号、6号墩间桥梁的跨中截面，而对右洞施工而言，应重点观察墩梁连接处有没有裂缝产生的情况以及其他异状发生。仅对于桥梁弯矩而言，先施工浅埋侧隧道较为可行。

（二）地表沉降

图三 （1）工况一的地表沉降（2）工况二的地表沉降

从上图三中4号、5号、6号墩之间的地表沉降图我们可以看出，先施工左洞（深埋侧）与先施工右洞（浅埋侧）的地表沉降时，它们所展示的沉降曲线比较相似，位移最大的位置处于左右两导洞的拱顶顶部，而左洞上方地表沉降值与右洞的施工并无多大影响，这就使开挖两侧弧导洞和上半断面中导洞成为地表沉降的主要施工步骤，这时，整个地表沉降量基本上完成。由于4号墩~5号墩之间的地表沉降量以及范围小于5号墩~6号墩，所以在设置地表沉降监测点的时候，4号墩~5号墩之间的沉降观测点应比5号墩~6号墩之间的沉降观测点设置得稍大一些，然而在两侧弧导洞与隧道的中导洞施工时，应该相应的提高这两洞的检测频率。在完成施工后，先施工深埋侧时位移为16.54mm，先施工浅埋侧的位移为14.45mm，右洞的拱顶上方是最大的地表位移区域。

（三）桥墩的位移

1.先施工深埋侧时，沿着桥墩的位移分布规律表现为桥墩顶部位移最小，桥墩底部位移最大；在完成施工以后，6号墩的侧移量达到最大值，5号墩左洞施工时，向左洞的洞身方向发生偏移，接着在右洞完成施工后，其左洞的位移有减小的趋势并最终偏向右洞洞身的方向，在这个过程中，5号墩的侧移有两次转向，墩底的侧移量达到3mm。

2.先施工浅埋侧时，桥墩位移的分布从小到大依次排列为墩顶、墩身及墩底，因为桥梁的上部结构中，其水平的刚度比较大，所以墩顶几乎没有发生侧移，而墩底会发生位移则是因为桥桩基的带动发生的，因此，墩底产生的位移式最大的。4号墩的水平侧移量值最小，5号墩其次，6号墩的水平侧移量值最大。各桥墩在施工过程中侧移发展规律表现为在隧道上半断面两侧弧开挖阶段桥墩的侧移量最大，4号墩从施工开始后其侧移逐渐增大，并偏向右洞的洞身方向；左洞施工对4号墩侧移没有多大影响，位移几乎不变；5号墩的侧移经过了先增大，然后区域平稳，再减小的趋势，其中右洞的施工对5号墩的侧移有很大的影响；6号墩在完成右洞施工后墩底向右洞方向侧移，随着左洞的施工后侧移持续增加。从两个工况的桥墩位移对比中我们发现，工况二即先施工浅埋侧隧道有利于此高速公路出口浅埋段隧道下穿已有桥梁。

参考文献：

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