申庆梦，王健，马文辉，杨敏，杨纬华，邓彩霞，肖书森
（北京城建轨道交通建设工程有限公司，北京）
摘要：浅埋暗挖法因其施工工艺简单、地面干扰少、地层适应性强，成为了城市繁华地段地铁隧道建设的主要工法，然而其施工必然会对邻近建构筑物产生影响。依托北京地铁22号线某隧道CRD法施工工程，采用数值模拟方法，精细化模拟了施工竖井和横通道、CRD法双线隧道全施工过程，提出了天桥的变形控制指标，研究施工影响下邻近既有人行天桥的变形规律及其控制措施。
浅埋暗挖工法被广泛应用于城市地铁隧道的修建当中，有着拆迁少、环境破坏小、不扰民、地层适应性强等诸多优点。但隧道施工过程中会不可避免地对既有建构筑物产生不利影响。
目前，国内外学者关于地铁隧道穿越市政天桥有了一定的研究基础，如：侯宝利等[1]研究了北京地铁7号线矿山法隧道施工，通过注浆加固措施成功实现暗挖隧道下穿人行天桥。郎瑶[2]对北京地铁12号线暗挖法隧道邻近大钟寺天桥展开研究，提出了桥梁位移控制标准，分析了不同施工步序下桥桩竖向及水平位移变化规律。陈小红等[3]论述了乌鲁木齐轨道交通1号线的隧道掘进爆破设计和振动监测，分析了隧道上方地表振动传播规律以及人行天桥桥墩振动及其频谱特性，调整爆破设计方案、优化爆破设计参数、改进施工工艺，有效降低了隧道掘进爆破对上方4跨连续箱梁人行天桥扩大基础及两侧建筑物的振动影响。吴漱月[4]以洪寺变电站110kV送电工程电缆隧道穿越既有燕房线饶乐府地铁站天桥为对象，确定了施工过程中安全控制要点和监测变形控制值。赵伟等[5]研究了沈阳地铁3号线一期工程工业展览馆站—五爱街站区间下穿陆军总院人行天桥，采用有限元计算方法分析了矿山法地铁区间施工对人行天桥的影响。
本文依托北京轨道交通平谷线某CRD法暗挖隧道紧邻穿越市政天桥桩基工程，综合分析了天桥变形控制标准及竖井、横通道和隧道施工过程对既有天桥结构的影响规律。
1工程概况
北京轨道交通平谷线某区间全长为710.375m，设置2处竖井横通道，区间线路平面左、右线均由直线段、圆曲线（半径800m）、缓和曲线段组成，区间穿越土层为粉质粘土⑦层、细砂-中砂⑧1层及卵石⑧层等。
其中1号施工横通道施工场地位于金台西路与朝阳路交叉口东侧，朝阳路北侧，场地北侧为朝阳区图书馆。施工通道净尺寸为4.0m×17.35~20.85m，采用暗挖台阶法施工。横通道顶埋深11.6~15.1m，通道长72.57m。竖井施工至横通道底板位置后，临时封底施工马头门进洞开挖第一层横通道，待开挖8m后，竖井开挖至底板封端后开挖横通道第二层横通道初支结构，待利用横通道施工完区间初支及二衬结构后，施工盾构接收、掉头、始发通道结构，最后进行横通道内回填，完成施工（见图1）。
1号横通道东侧临近朝阳路3号天桥，与天桥桥桩最小水平距离为3.61m，最小竖向净距为1.61m。
暗挖隧道施工对商务中心区人行天桥的直接影响范围为主桥ZD1~ZD3墩，T3、T4、T5梯道桥全部基础。隧道与桩基最小竖向净距为252mm（见图2、图3）。
2天桥变形控制指标及其控制值
隧道施工对天桥结构可能产生的影响如下：
（1）天桥梯道桥为简支钢箱梁结构，天桥主桥为连续钢箱梁结构，施工引起的基础差异沉降会造成主梁内力重分布，导致主梁跨中、支点截面及联结系、焊缝应力增加。
（2）天桥下部结构为T型墩柱、桩基础。隧道施工扰动土层，会对桩侧摩阻力、侧向土压力和桩尖承载能力产生影响。
（3）基础沉降、水平变位倾斜会引起梁体变位、墩柱倾斜变位、支座脱空，进而引起桥面铺装变形开裂，伸缩缝破损。
（4）基础沉隆、水平变位倾斜还会引起本桥天棚装饰材料变形、挤压、破损乃至掉落。考虑桥梁目前的使用现状，采用Midas建立空间杆系单元，计算桥梁在各基础沉降工况条件下的内力，对主梁进行承载能力极限状态及正常使用极限状态的验算（见图4、表1）。
典型工况的计算云图如图5所示。
综合考虑桥梁主梁内力计算结果，得出地铁结构穿越桥梁变形控制技术指标如下：
（1）桥上部结构三跨连续钢箱梁相邻墩柱基础竖向不均匀沉降控制值为5mm。
（2）梯道桥上部结构简支梁，各相邻墩竖向差异沉降控制值为10mm。
（3）梯道梯脚基础横向最外侧两端点之间差异沉降控制值3.0mm。
（4）主桥中、边墩及梯道墩柱新增倾斜度不大于1/1000。
（5）天桥均匀沉降最大值15mm。
3隧道施工对天桥的变形影响分析
地层—结构三维有限元模型采用Midas软件建立。其中土体、隧道和桥梁结构采用实体单元。具体的模型参数取值如表2、表3所示。
三维模型如图6所示，模型尺寸为高50m×长130m×宽120m。模型边界条件为上顶面无约束，侧面施加水平约束，底面施加竖向约束。
施工过程按照竖井、横通道、左线区间CRD法、右线区间CRD法步骤模拟，共分21个阶段。
最终计算结果如下：
（1）天桥均匀最大沉降值为34.56mm，大于沉降控制值5mm（见图7）。
（2）主桥中、边墩、及梯道墩柱新增倾斜度为1/2158，小于控制值1/1000。
（3）右线区间4号导洞施工15m之后，天桥差异沉降达到最大值，其中梯道梯脚基础横向最外侧两端点之间差异沉降值为4.33mm，大于控制值3mm。
（4）梯道桥上部结构简支梁，各相邻墩竖向差异沉降值为12.23mm，大于控制值10mm。
（5）主桥上部结构三跨连续钢箱梁相邻柱基础竖向不均匀沉降值为6.84mm，大于控制值5mm。
4天桥变形控制措施
（1）在地面采用支顶措施，减小桥梁的沉降。采用桥梁主动同步顶升技术对桥梁上部结构进行主动支顶，结合监控量测，动态调整千斤顶的顶升位移，避免桥梁上部结构由于穿越沉降而产生结构性损伤，确保既有桥梁安全运营。支顶措施立面见图8。
（2）隧道洞内全断面注浆。在地面条件和地下管线允许的情况下，对桥桩尽量采取地面加固措施，在隧道内对桥桩底部土体实施注浆加固，增大桩端承载力。加固后的地基应具有良好的均匀性和自立性，加固体强度应不小于5MPa，渗透系数≤1.0×10-6 cm/s。
暗挖施工应严格遵照浅埋暗挖的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”十八字方针；通过桥桩时隧道支护加强，钢架间距0.5m一榀，并增设竖向中隔壁支撑；区间穿越范围初支外2m全断面注浆加固。
采用正台阶预留核心土法施工，局部开挖面不稳定地段进行掌子面注浆封闭，邻近桥桩段每一循环掌子面采用喷射混凝土封闭，必要时采用掌子面注浆稳定地层。
隧道穿越桥区的每个保护区域内，将初支背后注浆管布置加密为纵向间距2m、环向间距2m，环向拱墙布置，并根据施工和监测情况进行重复的初支背后注浆。
5结论
本文依托暗挖隧道紧邻穿越既有市政天桥工程，通过分析得到如下结论：
（1）通过杆系有限元模拟，得到了天桥的变形控制指标及其控制值。并通过三维有限元模拟，分析了天桥的变形情况。
（2）根据变形结果，提出了天桥主动支顶措施，同时加强了隧道施工洞内注浆等措施，确保了天桥结构的安全。
转载文献来源：中国知网-科学技术创新
