暗挖分离式地铁车站建造对邻近特殊结构桥梁及挡墙影响研究

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随着地铁路网的加密,新建地铁车站或隧道不可避免地要从城市桥梁的基础侧面或下方穿过,由于地铁施工引起的地层变形和移动,可能导致邻近桥梁基础发生沉降和承受附加应力。如果桥梁基础的沉降或附加应力超过了一定的水平,将可能使桥梁出现损伤,或使已经存在的损伤加剧,影响桥梁的正常使用甚至出现安全问题,因此,为确保邻近桥梁使用安全和地铁工程施工安全,需要研究地铁施工对邻近桥梁的影响程度,并采取相应的施工对策[1-3]。本文研究依托的工程背景为北京地铁12号线安贞桥站,安贞桥站为暗挖分离岛式地铁车站,采用PBA工法施工,车站范围内主要为富水黏土地层,车站布置在北三环安贞桥桥区,桥区由安贞东桥、安贞西桥和两桥间挡墙组成,具有如下特点:(1)车站主体结构近距离侧穿安贞东桥和安贞西桥,车站上导洞距离安贞西桥桥桩和安贞东桥扩大基础的水平距离均不足2m;(2)安贞东桥和安贞西桥结构和基础型式极为特殊,均为斜腿钢构桥。西桥采用预制桩基础及承台,东桥采用现浇扩大基础;(3)安贞东桥范围内车站的主体结构与车站南北两侧的2、4号施工横通道会形成空间交叉结构,两者施工所产生的叠加效应会导致安贞东桥的扩大基础受到开挖扰动的影响程度加大;(4)车站主体左右线之间的联络通道多次穿越安贞桥区,对两桥间的挡墙影响显著。本文运用FLAC3D软件进行建模计算,结合相关的文献和理论,并通过对现场监测数据的分析,以确保安贞东桥、安贞西桥和两桥间挡墙的安全为出发点,对“暗挖分离式地铁车站建造对邻近特殊结构桥梁及挡墙的影响”进行了系统深入的研究,研究表明:(1)通过分析车站和安贞东桥、安贞西桥两桥的相对位置关系和开挖影响范围,确定车站侧穿两桥的风险等级为风险很大,并查阅相关的设计资料,确定了两桥的变形控制指标,提出了对邻近的安贞东桥和安贞西桥必须采取“先加固桥梁基础、后地铁车站穿越”的施工原则。(2)安贞西桥为桩基础斜腿钢构特殊结构桥梁,通过开展车站施工工序及扣拱方案的研究,对围岩破坏特征、车站结构应力、地层变形特征和桥梁基础沉降等方面进行对比分析,提出车站主体结构采用逆作法的施工工序和车站二衬施工采用“连续扣拱,扣拱长度为5m”的扣拱方案,并就隔离桩对安贞西桥的保护效果进行计算分析,计算结果表明设置隔离桩可以减小安贞西桥基础的沉降。(3)安贞东桥为扩大基础斜腿钢构特殊结构桥梁,车站的主体结构与车站南北两侧2、4号施工横通道会形成空间交叉结构,两者施工所产生的叠加效应会影响到安贞东桥的安全,为了减小这种影响,通过FLAC3D数值模拟软件计算对比了“仅采用洞内超前深孔注浆”和“洞内超前深孔注浆和设置隔离桩两者并用”两种桥梁保护措施的效果,结果表明采用“洞内超前深孔注浆和设置隔离桩两者并用”的保护措施可有效减小桥梁基础沉降。(4)针对车站主体左右线之间的联络通道多次穿越安贞桥区,对两桥间的挡墙影响显著的特点,为了研究车站和联络通道施工对挡墙变形的影响机制,并提出有效的保护措施,采用数值模拟的方法对车站和联络通道施工影响下挡墙的绝对沉降、差异沉降和倾斜率等变形指标的变化规律进行研究,并分别对锚索加固挡墙、挡墙基础注浆、设置隔离桩和洞内超前深孔注浆等措施保护效果进行了分析。根据计算结果确定最终的保护措施为锚索+设置隔离桩+洞内超前深孔注浆。
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