上海市隧道工程轨道交通设计研究院 上海市 200232
摘要：随着城市轨道交通的快速发展，出现了越来越多轨道交通区间隧道穿越城市桥梁桩基的情况。本文以上海某盾构区间隧道穿越桥梁桩基为例，采用有限元计算的方法，分析了不同位置关系条件下盾构隧道穿越对桥梁桩基位移的不同影响。
关键词：有限元；盾构隧道；桩基位移
随着城市轨道交通的快速发展，轨道交通线路逐渐形成网络，不可避免的与城市道路桥梁产生穿越关系。本文以上海轨道交通某区间穿越桥梁桩基为例，探讨区间隧道与桥梁桩基位置关系不同时，对桥梁桩基的不同影响。
1、工程概况
上海轨道交通某盾构区间穿越桥梁桩基处，盾构法区间隧道外径为φ6.6m，隧道内径为φ5.9m，管片混凝土等级C55，管片宽度1200mm，采用通缝拼装。穿越处区间隧道与桥梁桩基的最小水平距离约为1.9m。此区段桥梁桩基采用450×450预制方桩，桩长为30m，桩底绝对标高为-27.4m。
2、盾构隧道的地基土参数
盾构区间穿越处地层有关参数详见表1：
表1
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图1区间隧道与桥梁桩基立面关系图
3、计算分析
本次分析采用岩土、隧道结构专用有限元分析软件Plaxis2D进行计算。土体采用二维平面应变单元模拟，材料本构模型取用HS(Hardening-Soil)模型。衬砌结构采用梁单元模拟，材料按线弹性考虑。
根据施工顺序，计算可分为工况1～工况3进行分析。各工况具体内容如下：
工况1：初始地应力计算，位移清零。
工况2：上行线隧道开挖，衬砌完成。
工况3：下行线隧道开挖，衬砌完成。
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图2计算模型图
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图3下行线隧道开挖后桩基水平位移图（δmax=4.3mm）
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图4开挖后桩基竖向位移图（δmax=3.36mm）
根据计算结果，在盾构推进地层损失率控制在3‰的条件下，盾构区间穿越施工所引起的桥梁桩基最大沉降值为3.36mm，最大水平位移为4.3mm。
4、对比分析
为研究区间隧道与桥梁桩基不同相对位置对桩基变形的影响，在保持区间隧道与桥梁桩基水平距离不变的情况下，分别假定盾构区间隧道中心标高与桩底标高齐平（以下简称“齐桩方案”）、盾构区间隧道中心位于桩底标高以下（以下简称“低于桩底方案”）进行分析。
建立有限元分析模型如下所示：
经计算，原方案、齐桩方案、低于桩底方案情况下，桩基的水平位移如下图所示：
5、结论
（1）通过以上计算分析可知，在不进行地面预注浆加固、盾构施工控制地层损失率3‰的情况下，盾构区间隧道近距离穿越桥梁桩基的水平引起的桩基水平位移、垂直位移均小于10mm，是可行的。
（2）在保持水平距离不变的情况下，低于桩底方案引起的桥梁桩基最大水平位移最小，原方案引起的桥梁桩基最大水平位移最大。
（3）在保持水平距离不变的情况下，原方案（即盾构隧道位于桩基中部）引起的桥梁桩基沉降最小。齐桩方案引起的桥梁桩基沉降约为原方案桩基沉降的2.5倍，低于桩底方案引起的桥梁桩基沉降约为原方案桩基沉降的2.7倍，桩基沉降显著增加。
（4）需综合考虑盾构隧道与桥梁桩基之间的关系，选取最优方案，减小盾构隧道施工对桥梁桥梁桩基的影响。
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图5区间隧道与桩基不同位置关系图
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图6齐桩方案计算模型 图7低于桩底方案计算模型
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图8桩基水平位移 图9桩基垂直位移
参考文献
[1]刘建航，侯学渊.盾构法隧道.1991.