双线盾构隧道施工对既有桥梁安全影响的研究

２０１２年第６期　
（总第２２０期）　
黑龙江交通科技　

ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ｄｌＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪ　
Ｎｏ．６，２０１２　

（Ｓｕｍ　Ｎｏ．２２０）　

双线盾构隧道施工对既有桥梁安全影响的研究　
刘畔　
（河北省高速公路邢汾筹建处）　

摘要：以盾构隧道近距离穿越地下既有桥梁桩基为工程背景，采用ＦＬＡＣ３Ｄ有限差分软件，对施工过程中　
隧道开挖引起桩基的位移进行了计算分析，最后建立Ｍｉｄａｓ　ｅｉｆｉｌ荷载一结构模型，在最不利差异沉降工况条　
件下，对上部桥梁结构的附加内力及变形进行验算。结果表明，全部注浆加固地层时，隧道开挖引起的桩基　
最大沉降值为９．３　ｍｍ，最大差异沉降值为１．０　ｍｉｌｌ，桥梁承载力满足要求。　
关键词：盾构隧道；桥梁；桩基；数值模拟　
中图分类号：Ｕ４５９．１　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１２）０６—００５７—０１　

１工程概况　
盾构双线区间隧道从东、西双匝道桥基础中间下穿，隧　
道覆土厚度约１７—２０　ｍ，隧道净距５．０　ｍ。盾构直径６．２　Ｉｌｌ，　
管片厚度０．３５　ｍ，管片外轮廓距桥梁桩基１．３～５．０　ｍ。同　
时，在金涌立交桥主桥下方有柴垛桥，位于东西两组匝道之　
间，由于受京山桥的桥桩限制，隧道之间的净距以及隧道与　
匝道桥桩的距离无法调整。　
２评估思路　
针对工程的特点，在评估咨询中进行数值计算和分析工　
作，包括，首先建立ＦＬＡＣ３Ｄ地层结构模型，模拟双线盾构隧　
道推进过程中引起的金涌立交ＡＣ（西）匝道桥的桩基沉降、　
顺桥向及横桥向差异沉降，其次对穿越影响范围内的桩基承　
载能力及损失进行估算，桩身截面强度验算，最后建立Ｍｉｄａｓ　
ｃｉｖｉｌ荷载一结构模型，在最不利差异沉降工况条件下，对上　
部桥梁结构的附加内力及变形进行验算。　
３计算模型及土体参数　
３．１计算模型　
ＡＣ匝道区域简化模型长１３０ｍ，宽８０ｍ，高８０ｍ，９３　２０８个　
单元，９８　３９４个节点。模型中共有３２根桩，四桩承台，桩长约　
４５　ｍ，桩径１　ｍ，承台厚２　ｍ，长４．５　ｍ，宽４．５　ｍ。　
３．２土体参数　
土体参数见表１。　
表１土层参数表　

４计算结果　
在全部注浆的情况下盾构隧道的左线开挖，地表最大沉　
降１５　ｍｍ。开挖引起地表横向沉降槽呈正态分布，承台位置　
处沉降值小于周围土体。隧道开挖会引起桩基发生变位，桩　
顶最大竖向位移５．２　Ｉｎｌｎ，桩身最大位移４．５　ｍｍ，在桩顶以　
下１８　ｍ处。由图１可知，在全部注浆的情况下盾构隧道的　
右线开挖，地表最大沉降２０　ｒｔｌｍ。由图２可知，开挖引起地表　
横向沉降槽呈正态分布，承台位置处沉降值小于周围土体。　
隧道开挖会引起桩基发生变位，桩顶最大竖向位移９．５　ｍｍ，　
桩身最大位移５．０　ｍｍ，在桩顶以下１９　ｍ处。　

图１地表横向沉降槽曲线圈图（ｉｎｌｎ）　
图２地表横向沉降槽曲线图（ｍｍ）　
５桥梁上部结构承载力评价　
５．１计算模型概述　
主桥为预应力混凝土结构，结构形式为３跨连续梁，主　
梁为箱型截面，混凝土采用５Ｏ’，钢筋采用ＩＩ级钢筋，预应力　
钢筋采用　８１５．２钢绞线。采用桥梁专用有限元分析软件　
ＭＩＤＡＳ—Ｃｉｖｉｌ建立数值分析模型，全桥共５７个节点、４８个　
单元。为计算桩基变形对桥梁上部结构的影响，对上部结构　
选取１—９九个控制截面进行计算。在考虑结构永久作用、　
移动荷载及其他可变荷载（整体升（降）温、温度梯度、基础　
沉降）等作用下，试算在地铁开挖过程中各控制截面的荷载　
效应。　
５．２桩基变形对上部结构内力影响分析　
根据地层结构模型计算结果，主桥３３　轴线最大沉降　
１．２　ｍｍ，主桥３４　轴线，最大沉降１．１　ｍｍ。　
５．３　内力计算结果分析　
应力计算结果见表２。　
（下转第５９页）　

收稿日期：２０１２－０２—２１　
作者简介：刘畔（１９８５一），女，助理工程师，研究方向：道路工程、桥梁工程以及隧道工程。　

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５７・　
第６期　廖小文，崔相奎：Ｐｃ连续刚构桥墩顶横隔板形式对０　块顶板受力性能影响研究　总第２２０期　
续表１　

注：１．横向硬直力作用后应力改变值　算为２一ｌ和１５—４１；温度作胤舌应力改变值计算为３－２和１６－５１。　
２应力改变值增加为正，减少为负　
图１到图２为１　截面和２　截面横向预应力作用前、后及　
温度作用后Ａ、Ｂ两点在五种模型中的横向正应力的变化情　
况。图３到图４为ｌ　截面和２　截面Ａ、Ｂ两点在五种模型中　
的横向预应力作用后和温度作用后横向正应力的改变值。　
由表１和图１到图４可得：（１）在五种模型中，在白重作　
用、横向预应力作用和温度作用下，Ｏ　块顶板同一位置横向　
正应力变化趋势基本相同。对１　截面，模型二、三、四中横　
向正应力大小相当，模型一横向正应力最小，模型五横向正　
应力次之；对２　截面，从模型一到模型四横向正应力逐渐增　
大，模型五横向正应力较模型一大，较其他模型小。　
（２）在五种模型中，从模型一到模型四Ｏ　块顶板横向预　
应力作用效应逐渐减弱，模型五较模型一大较其他模型小。　
横向预应力作用前后，１　、２　截面Ａ点横向正应力改变值，模　
型一到模型四最大分别为０．９１　ＭＰａ和Ｏ．８２　ＭＰａ；模型五比　模型一均小０．３　ＭＰａ。　（３）在五种模型中，温度作用前后，１　、２　截面Ａ点横向　正应力改变值变化较小。模型五相对其它模型横向正应力　改变值改变最大。　—◆一＾＾　＾ｆ＿鹰　忭月Ｉ麓—－一＾点　一ｆｌ度，，作用窟—●一＾＾量度忭用詹　一—　一＿＾　＾ｌ蔓Ｊ生曲忭用麓—＿一ｊ捕一顸Ｊ皇力作用岳・－・一●＾■鹰作用詹　图１　１　截面　—●一＾＾麓一矗窿，，ｔ俑簟—－一＾－．Ｉ—ｆＩ废力捧用詹＋＾点■度忭甩Ｊ言　—　●＾鬟＾Ｉｌ度力忭用■—－一＿＾曩一　匿力忭月Ｉ暑＋●＾■鹰ｔ　用詹　４　Ｏ口　姜３　Ｏ０　；　营　－ｔ。Ｏ：　一１．ＯＯ　日　３．∞　是　２．∞　蓑１．Ｏ０　篓　ｏ．０Ｄ　捌一Ｉ．∞　－２．∞　Ｉ３．∞　图２　２　截面　＋＾　麓■帖力忭用晨成力蘸崔ｔ　＋＾点■度佧■宣废力　寞簟　一－　蛾一｛Ｉ鹰，，ｆＦ用后应力庶寰越—－一－＾鼍鹰伟用Ｊ宣成力矗寞位　圈３　１　截面　图４　２　截面　（４）通过五种模型的比较分析，墩顶横隔板降低了Ｏ　块　
顶板横向预应力的作用效应，增加了负温差作用对Ｏ。块顶　
板的不利影响。变厚度横隔板形式，即降低横隔板刚度，对　
０　块顶板受力有利，但影响不大；改变０　块顶板的约束条件，　
即将横隔板上部掏空，对０　块顶板受力非常有利。　
４结论　
通过比较分析，五种墩顶横隔板模型中，从模型二到模　
型三，Ｏ　块顶板受力逐渐变差；模型一和模型五中Ｏ　块顶板　
受力最为有利，顶板横向预应力的作用效应最好，负温差作　
用下Ｏ　块顶板受力也比较均匀。建议采用模型五，即将横　
隔板与顶板相接的地方掏空，这样即可以限制截面畸变变　
形，分担支承反力，又可以减小墩顶横隔板对Ｏ　块顶板受力　
的不利影响。　

（上接第５７页）　
表２应力计算结果　ＭＰａ　
６结论　

（１）全部注浆加固地层时，隧道开挖引起的桩基最大沉　
降值为９．３　ｍｍ，最大差异沉降值为１．０　Ｉｎｔｏ，承台最大转角　
０．０２。，最大侧向水平位移为５．０　ｍｍ。　
（２）在桥梁支座位移最不利组合情况下，ＡＣ匝道桥上　
部结构在各计算状态下，各控制截面正截面抗弯满足设计规　
范要求，正常使用状态下的主梁挠度及法向压应力均满足规　
范要求，结构强度及刚度安全储备较高。　
参考文献：　
［１］张强，郑茜茜．桥梁桩基被盾构隧道近距离穿越的影响研究　
［Ｊ］．山西建筑，２０１１，１７（６）：１５４—１５８．　
［２］　王占生．构近距穿越桩基的研究［Ｊ］．北京：北方交通大学，嬲　
［３］吴波，刘维宁，索晓明等．地铁施工近邻桥基加固效果三维数　
值分析［Ｊ］．铁道工程学报，２００５，８９（５）：４８－５２．　
［４］李强，王明年，李德才等．地铁车站暗挖隧道施工对既有桩基　
的影响［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，２５（１）：１８４—１９０．　

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５９・　

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