近距离施工对地铁区间的安全影响评估

摘要：城市地铁与高架桥均是服务民生的市政基础设施项目，在开发强度较高的中心城区，二者常近距离实施。高架桥施工前，应对既有地铁的结构安全进行影响评估。文章以武汉地铁8号线附近新建沙湖大道跨徐东大街立交桥为例，通过数学建模评估高架桥施工对地铁区间的影响，提出相关实施建议。

关键词：高架桥；近距离；地铁区间；结构安全；建模评估

随着城市中心城区路网的优化与加密，城市高架桥与地铁二者常近距离实施[1-2]。为了确保既有地铁的运营安全与新建高架桥的顺利施工，对既有地铁隧道区间结构安全的影响进行评估。文章以拟在武汉地铁8号线附近新建沙湖大道跨徐东大街立交桥为例，通过建立数学模型对既有地铁区间的结构变形与结构内力变化进行计算分析，评估安全影响。

1工程概况

1.1沙湖大道跨徐东大街立交桥概况

在武汉市武昌核心区沙湖大道上新建跨徐东大街的高架桥，在徐东大街两侧布置主跨桥墩，桥墩采用两根分离式花瓶墩，墩柱尺寸2.0m×2.5m，每个墩柱配置2根直径2.0m的钻孔灌注桩，桩长60m。承台高度3m，截面尺寸3.2m×8.0m，桥梁上部结构主梁为变高连续钢箱梁。

1.2武汉地铁8号线汪家墩站—岳家嘴站区间概况

徐东大街西侧存在已投运武汉地铁8号线，新建高架桥平面上跨地铁8号线汪家墩站—岳家嘴站区间，地铁隧道区间采取盾构法施工，分左、右区间，中心线间距为13m。管片外径6.2m、厚度350mm。

1.3两项目空间位置关系

拟建高架桥桩基结构与地铁区间结构外边线最小水平距离约7.06m、区间隧道结构顶埋深17.55m。拟建高架桥与地铁8号线汪家墩站—岳家嘴站区间空间位置关系如图1所示。

2工程地质、水文概况

高架桥拟建场地为一级阶地全新统冲积平原区，地形较平坦、地势变化不大。工程场地土层主要为近代人工填土层、第四系河流冲洪积土层、湖积土层，揭露下伏基岩为侏罗系泥质砂岩。高架桥主墩穿越的地层主要为1-1杂填土、1-2素填土、3黏土、4粉质黏土夹粉土粉砂、5细砂、6砾卵石、7-1强风化泥质砂岩、7-2中风化泥质砂岩。拟建场地地下水主要为上层滞水、孔隙承压水及基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于上部人工填土中，对拟建施工影响较小。孔隙承压水主要赋存于4粉质黏土夹粉土粉砂及5细砂层中，具备承压性，对桩基施工影响不大。基岩裂隙水主要赋存于下部基岩中，接受其上部含水层地下水的下渗及侧向渗流补给，与承压水呈连通关系，对工程施工影响较小。

3对地铁结构安全影响评估

3.1外部作业影响等级与变形控制指标选取

两项目结构外边线最小距离L为7.06m，地铁区间隧道外径D为6.20m，项目与地铁结构接近程度为1.0D<L<2.0D，即接近。根据城市轨道交通结构安全保护相关技术规范[3]，拟建高架桥外部作业影响等级可定为一级，应对地铁区间结构进行安全评估。城市轨道交通结构安全控制指标值如表1所示。

3.2评估思路

高架桥桩的施工和上部结构荷载的传递会造成周围土体的位移和应力变化，导致地铁结构的受力和变形状态发生改变，诱发结构发生不均匀变形。综合分析项目场地工程地质及水文地质资料，结合高架桥桩的结构设计参数、施工特点以及邻近地铁结构特点，使用MidasGTS/NX软件建立整体三维计算模型，对高架桥桩施工全过程进行模拟，分析施工过程中邻近地铁区间的结构变形与内力变化情况。

3.3模型建立

模型计算范围的控制原则为边界条件不能过大影响核心部位的计算结果，模型计算范围为长72m、宽60m、土层计算深度65m。钻孔灌注桩桩身混凝土等级为C30，采用实体单元模拟，桩土之间设置相应的摩擦接触单元。泥浆相对密度为1.2，泥浆护壁过程等效为静水压力等效荷载，等效静水压力取γ=12kN/m3。通过桩周薄壁单元模拟渗透条件的变化，修改单元属性模拟混凝土硬化过程。盾构管片混凝土等级为C45，采用板单元模拟。上部结构和行车荷载等效为上部结构荷载施加于墩柱，竖向等效荷载取19000kN/根，水平等效荷载取350kN/根。为简化计算，将所有钻孔灌注桩分为近地铁（前）侧桩和远地铁（后）侧桩。模拟高架桥施工工序如表2所示。

4计算分析

4.1各工序下地铁区间结构位移计算

拟建高架桥从钻孔灌注桩的成桩到上部结构施工，各工况下地铁区间结构的最大位移值如表3所示。混凝土灌注的过程中，隧道整体下沉，水平位移、竖向位移和总位移的最大值均出现在上部结构施工阶段，分别为0.139、0.742、0.75mm。

4.2区间结构内力影响计算

各阶段区间结构的弯矩轴力计算结果如表4所示。在后侧孔泥浆护壁钻孔开挖过程中，区间结构的弯矩和轴力略有减小，变化率分别为-0.1%和-0.03%。灌注混凝土以及承台、立柱和上部结构施工阶段，区间结构的弯矩和轴力变大，最大变化率分别为1.16%和0.44%。

5结论与建议

5.1结论

（1）高架桥施工引起的地铁隧道区间结构水平位移、竖向位移及总位移最大值分别为0.139、0.742、0.75mm，隧道区间各方向变形影响均在地铁结构安全控制标准范围内。（2）高架桥施工会使区间结构的弯矩以及轴力变大，最大变化率分别为1.16%和0.44%，对地铁区间结构内力的影响较小。

5.2建议

（1）高架桥施工前，收集地铁邻近区间结构的常规监测数据，对地铁隧道的最新健康状态开展调查分析，掌握地铁结构的现状，为明确保护措施提供重要依据。（2）钻孔灌注桩施工中，严格控制成桩质量，严禁采用冲孔法施工灌注桩；钻孔灌注桩泥浆护壁过程中，应严格控制浆液的稠度，避免浆液外流，造成土体软化；靠近地铁结构侧桥桩成孔过程中，采用长护筒跟进。（3）高架桥施工中，同步制定科学的监测方案，委托具备相应资质的第三方监测单位对地铁区间轨道、管片结构变形，灌注桩的结构变形及周边水位进行实时监测。

参考文献

[1]王根，夏阳.地铁区间近距离穿越施工对既有市政桥梁结构变形风险分析[J].工程与建设，2021，35（2）：356-359.

[2]谢胡明.地铁盾构隧道近距离下穿危大拱桥安全评估及施工应对措施[J].城市轨道交通研究，2020，23（6）：107-111.

[3]CJJ/T202—2013，城市轨道交通结构安全保护技术规范[S].

作者：阮伟 单位：武汉市城市建设投资开发集团有限公司