５６桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１６年１２月第ｌ２期 地铁下穿桥梁基础的影响及处理 孔滨 （哈尔滨巾市政Ｔ 秤没计院，黑龙汀哈尔滨Ｉ５００ｏ０） 摘 要：结合哈尔滨市征仪路上跨桥丁程与远期地铁４号线Ｔ程进行研究， 已知商架桥ｆ『｝梁旗硎｛ｆ听 化 或附近日Ｊ 能存在 远期建设地铁车站及区间的情况下，对上跨桥的桥梁基础进行设汁．最大限度地减小远期地铁施Ｉ 时对桥梁壤础产，Ｅ的不利影 响，及保证远期地铁与桥梁共同运营时桥梁结构的安全 每虑远期地铁施１ 对桥梁纂硎：最小币Ｉ】的Ｉ 况．通过对桥梁壤础受力情 况的模拟和对数值模型的分析，从桥梁基础没汁和地铁结构施丁两个角度甜 纳沦．同时ｉ墩收¨炎 ｌ 氍的棚ｌ炎经验．提出部 分针对型建议。 关键词：地铁；桥梁基础；上跨桥 中图分类号：ｌＪ４４５．５５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：Ｉｏ０９—７７Ｉ６（２０１６）１２－００５６—０３ ０引言 立交体系与地下轨道交通是目前将解决城市 交通拥堵问题的有效方式。随着两者的不断应朋 此交叉口处Ｔ型换乘（见 １），３号线征仪路站在 上层，４号线征仪路站在下层，４号线征仪路站受 既有３号线征仪路站控制，埋深深度为２８ ｍ。 与发展，在上海、北京和广州等多个城市均ｍ现地 铁车站或区间的各洞室需穿越密集的桥梁基础等 情况。现工程上研究较多的情况是待建地铁车站 或区间穿越既有桥梁基础。 本文结合哈尔滨市征仪路上跨桥Ｔ程与地铁 ４号线工程进行研究，在已知高架桥桥梁基础所在 位置或附近可能存在远期建设地铁车站及区间的 情况下，对上跨桥的桥梁基础进行设汁，最大限度 的减小远期地铁施Ｔ时对桥梁基础产生的不利影 响，及保证远期地铁与桥梁共同运营时桥梁结构 的安全。 图１征仪路车站平面布置示意图 在征仪路和保健路交叉ｕ处的地面上方为征 仪路上跨桥，地下为地铁车站与区问，远期地铁施 Ｔ时将穿越征仪路上跨桥的桥梁基础，两者将相 互影响。 １工程概况 １．１工程环境 １．２工程特点 征仪路上跨桥全长７２０ ｍ，桥宽２５ ｍ，双向６ 车道，在征仪路与保健路交叉口处的跨径布置为： ５５ ｍ＋５０ ｍ＋５５ ｍ＋５０ ｍ＝２１０ ｍ（四跨变截面连续钢 由于近期先修建桥梁，远期再建设地铁，现处 于桥梁设计阶段，可在还未修建桥梁之前，提前考 虑远期地铁建设对桥梁的影响，将危险降到最低。 因此，桥梁设计要为远期地铁车站和区问的建设 预留可行性，为远期地铁的正常施Ｔ和桥梁的安 全运营奠定良好基础。 箱梁），其余位置处桥梁结构均采用跨径为３０ ｍ 或２０ ｍ的简支小箱梁。地铁４号线征仪路站位于 征仪路和保健路交叉口下方，车站主体和区间走 向与征仪路走向一致，与既有３号线征仪路站在 在桥梁与地钦车站结构来进行协调设计前， 其各自结构设计 图２。由于既有的３号线地铁车 站上方覆土厚度较薄，４号线车站因与其Ｔ型换乘 收稿日期：２０１６—１０一ｌ８ 作者简介：孑Ｌ滨（１９７４一），男，广东联州人，工程硕±：，高级工程 师，从事桥梁结构工程设计工作。 关系，其结构顶部上方覆土厚度也较薄。若桥梁基 础与地铁车站空间共存，为保证桥梁结构安全，桥 ２０１６年１２月第１２期 城市道桥与防洪 桥梁结构５７ 梁承台需横跨车站结构顶部．．但因４号线车站上 方覆土厚度较薄，桥梁承台厚度，则承台无法 一为保证桥梁承台的安全，边排桩与中排桩之 问的距离不宜过大。本工程桥梁桩基内侧距离地 铁护壁桩外侧仅７０ ＣＩｌｌ，根据文献［１］中的安全等级 跨跨越地铁车站，需在中间加没一排桩基，形成 Ｍ型承台。 ‘‘ Ｉｅ＝ｎ 厂＿＿ 暇 ａ￣－ — ｒ ｆＨⅫ 卜＿＿ １ 垦 ． ￡ Ｊ血 ＊ ‘ 撕 ：／：／／：ｆ＇／Ｊ） 耘爱 ●● ● ｊ 』 图２桥梁与地铁车站结构原始设计示意图 考虑地铁车站与桥梁基础共存关系，现对桥 梁基础形式和地铁车站结构进行渊整（见罔３）。插 入地铁结构的中排桩，其与地铁结构空间共存，但 两者为的受力体系，互不影响。 ６０ｍ 。 ＇ 。 。 ｌ 一一 ．—．—一，．．——岛穗 — …～…一—ｉｇ一 Ｉ … ｉ’ 墨 蠹 ｌ 一 （１））俯视 （ｃ）侧削 图３桥梁基础与地铁车站结构共存效果图 判断，属于“极临近”等级，即本Ｔ程的桥梁风险较 高。 １．３桥桩受力特点 在地铁结构施工前桥桩的受力与传力正常， 在地铁结构开始施工后，桥桩的边排桩和中排桩 的受力明显不同，边排桩由于地铁结构距桥桩较 近，施丁引起基础周围地基土的沉降对桩基受力 影响较大，它产生桩基水平土压力，引起桩身弯矩 及基础水平位移，同时在竖直方向上产生桩侧摩 擦力，使桩基承载力降低，同时产生竖向沉降；中 排桩插入地铁结构，但与地铁结构为两个的 受力体系，只是占用一定的地铁空间，且在此空问 内的桩长范围内，桩基不承受侧向土压力和摩阻 力，但承受很大的轴向力，需考虑失稳问题。 １．４地铁结构和桥梁基础的影响关系 地铁结构在施Ｔ过程中的相互作用关系实为 地铁结构一土体一桥桩共同作用关系１２１，即隧道一 土体一桥桩ｉ者的丁作性状是相互影响、相互制 约的、彼此之间是不可分割的完整作用体系。在隧 道开挖过程中，隧道周围地层收到不同程度的扰 动，地层变形通过土体之间的相互作用逐渐传递 到深层土体、引起土体力学性质的变化，当桥桩位 于受影响地层范同内时，桥桩的接触面性质及桩 端土体压缩模量发生变化，导致桩基承载力降低， 桥桩 现较大变形。同时，桥桩亦具有阻断地层传 递的作用，可改变地层应力传递路径，从而避免地 层变形对其它地下建筑物的影响。 ２数值模型分析 日前，国内外对地铁隧道穿越桥梁基础施Ｔ 理论研究并不是很成熟，主要依靠数值计算、模型 试验和Ｔ程类比等方法，而Ｔ程类比法是常用的 Ｔ程设计与施Ｔ方法，数值分析方法因其能描述 施Ｔ过程、结构与土体、既有结构与新建结构的共 同作用，是一种理想的计算工具。本文先通过了解 与本Ｔ程类似的北京地铁ｌ０号线同贸站Ｉ 、北京 地铁６号线一期花园桥站Ｉ 、上海地铁Ｍ１０线沙泾 港桥段Ｉ ｊ等Ｔ程中地铁结构在施Ｔ和使用中与桥 梁基础的关系，再对本工程中桥桩的最不利受力 情况进行分析。 ２．１数值模型 本模型的工况分析将采用最不利情况进行分 析，即地铁结构采用明挖的施一ｒ方式，承台和中排 ５８桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１６年１２月第１２期 桩外露，根据桥梁与地铁的施工时序以及地铁开 挖的支护方式，模拟施工阶段为以下两个： 时，未能通过强度验算，故增大边排桩截面尺寸至 ２．５ ｍ，则能通过承载能力强度验算。 （１）按桥梁正常的施工顺序建立整个桥梁模 型，桩基承受左右两侧都承受土侧压力； （２）模拟边排桩桩内侧土体受到地铁结构施 工扰动，但内侧不再承受土侧压力，中排桩内外侧 都不承受土侧压力。 由于地铁结构施工完毕后，土体经扰动无法恢 复原始状态，且桩内侧距离围护桩外侧仅７０ ｃｍ， ３结论 本文采用迈达斯软件建立三维桥梁模型，对 地铁结构穿越桥桩的整个过程进行了全面模拟， 考虑了最不利的施工方案即地铁结构离桥桩极近 并且地铁结构明挖施工。经过分析和参考与本工 程类似的相关案例后，本文从桥梁设计和地铁结 故可不再考虑桩与围护桩之间土体对边排桩的影 响。 针对工程特点，为充分考虑荷载空间作用，利 用迈达斯软件建立空间有限元计算模型进行桩基 承载力验算，模型具体单元划分见图４。 图４计算有限元模型图 ２．２数据分析 经模型计算可得到表１中的计算结果，在此 工况下中排桩基有２８ ｍ失效长度，边排桩受到围 护桩支承作用和侧向主动土压力作用，故边排桩 不用考虑失稳，只需进行承载能力强度验算，中排 桩的计算长度 为０．５ Ｌ，故需对中排桩进行承载 能力强度验算和稳定性验算。 表１计算结果 在不考虑地铁结构影响时，本桥梁设计桩径 １．８ ｍ，且满足承载能力强度验算的要求。若在考虑 地铁结构影响时，本模型中各个桩的直径仍为 １．８ ｍ，经承载能力强度验算和稳定性验算得到结 果：中排桩通过以上两种验算，边排桩未通过承载 能力强度验算。因此种工况下的边桩桩径为１．８ ｍ 构施工两个角度考虑得出以下结论： （１）桥梁设计方面 若在桥梁建设前已知地铁和桥桩在结构上的 穿插关系，需提前考虑到地铁结构对桥桩的不利 影响。在满足原本桥梁设计荷载的情况下，需加大 安全储备。 在隧道一土体一桥桩三者的相互作用过程 中，土体是重要的媒介，土体变形传递时实现共同 作用的关系，所以可采取注浆措施对桩体所在底 层进行加固，提高地层刚度，减缓既有基础的进一 步沉降和偏转，即提高桩侧的土体摩阻力，提高土 体自身的抗变形能力。 （２）地铁结构施工方面 明挖施工方法对周边桥梁基础的受力影响较 大，因为明挖过程中竖井开挖深度内土体全部松 弛，需要采用比较强大的加固或隔离措施，而暗挖 结构和桥桩属于点接触通过，对桥桩的影响、受力 状况好于前者，所以地下结构的安全问题，成败关 键在开挖和支护工序。在此类工程中应尽量避免 使用明挖施工，并对结构施工组织、施工工序和操 作提出严格要求。 ４建议 （１）借鉴北京ｌ０号线国贸站专家评审会的意 见，地铁结构和桥桩净距小于３ ｍ的，原则上采用 地面加固措施，大于３ ｍ的，宜考虑洞内注浆加固 措施。 （２）建议采用暗挖工法进行施工，如北京地铁 １０号线国贸站和北京地铁６号线一期花园桥站， 实际案例证明此工法可靠，能够有效地地层 变形。 （３）在地铁结构施工期间，对桥桩变形进行监 测，考虑桥梁变形的允许数值，依据测量结果和此 数值的比较关系来判定在施工过程中桥桩的安全 程度。数值控制可包括多个，例如结构上方及两侧 一定范围内的地表沉降、桥墩、承台的沉降和倾 斜、施工过程中桥的动挠度比较测试等等。 （下转第７８页） ７８桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１６年１２月第１２期 表１抛物线拱常变位２种方法计算结果对比 参考文献： …１天津建设科技．大沽桥获世界著名桥梁大奖【Ｊ】．天津建设科技， ２００６，１６（４）：２７． ［２李健，２］幸克贵，张崇厚，等．梁拱组合体系桥梁的设计实例［Ｊ］．河北 工程大学学报（自然科学版），２００８，２５（１）：５—８． ｆ３季自刚，３］谭存茂．樟林大桥主桥蝶形拱桥施工技术［Ｊ１．中外公路， ２０１１，３１（５）：１４９－１５２． ４结语 基于非线性有限元理论，对蝶形拱桥的极限 承载力进行了分析，可以得出以下结论： 【４】宋馨，黄鑫，孟丹丹．无锡兴塘大桥——外倾拱肋中承式钢拱桥 的设计研究综述［Ｊ１．城市道桥与防洪，２００７，９（４）：３１—３４． ［５李新平，５ｊ冯雪峰，李浩．外倾式空间组合拱桥的施工监控［Ｊ］．中外 公路，２００９，２９（６）：１８１—１８５． （１）中等跨度的蝶形拱桥几何非线性效应不明 显，材料非线性是此种拱桥极限承载力的控制因 素。 ［６】应伟强，庄年．外倾拱肋系杆拱桥的设计与施工实践［Ｊ】．预应力 技术，２０１１，８７（４）：１４—１７． 【７】霍学晋，蒲黔辉，施洲．多拱肋蝶形拱桥的稳定及其影响因素研 究［Ｊ】＿公路交通科技，２０１０，２７（９）：７３—７９． 【８］郭乙木，陶伟明，庄茁，等．线性与非线性有限元及其应用【Ｍ］．北 京：机械工业出版社，２００３． 【９］ＴＨＡＩ Ｈ Ｔ，ＫＩＭ Ｓ Ｅ．Ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ ｉｎｅｌａｓｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ［Ｊ】．Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ， ２０１２．５３：４８—５５． （２）与其他构件材料非线性相比，吊索材料非 线性对蝶形拱桥极限承载力影响最大。 （３）蝶形拱桥极限承载力最不利荷载布置工况 为全跨满布，此时跨中吊索最先破坏而导致其余 吊索依次破坏，并最终出现结构坍塌。 七七士七七七七七 七七七七七七七七七 七七电七七七七’七七七七 七七七七 七七’七 ｜七 电七 七七 七 七七七七电 七ｔ七 电七 ｔ々七电七七电七七七 电七 七七 电七 ｔ 七 （上接第５８页） （４）工程施工时，应确定三个工程状态：正常 施工、加强警戒并适当采取措施、暂停施工并采取 加强处理措施，必要时可采用桥下临时支撑，应有 抢险预案。 参考文献： ［２］苏洁，张顶立，牛晓凯．地铁浅埋暗挖法穿越既有桥梁施工变形 控制『Ｊｊ．北京工业大学学报，２００９（５）：６１ １－６２０． ［３］杨慧林．北京地铁十号线国贸站桥桩保护设计［Ａ】．中国土木工 程学会第１１届、隧道及地下工程分会第ｌ３届年会ｆｃ］．２００４． ［４】王利民，董曦．地铁站主体暗挖段下穿城市主干道桥梁综合施工 技术［Ｊ】．建筑技术，２０１２，４３（１ｏ）：９０３—９０６． ｆ５】占颂嵩，王俊峰．上海地铁１０号线穿越桥梁桩基础托换施工方 案［Ｊ］．山西建筑，２００９（１８）：３２０－３２２． ［１］吴贤国，张立茂，陈跃庆．地铁施工邻近桥梁安全风险管理研究 ［ＪＪ．铁道工程学报，２０１２（７）：８７—９２．
