廣州某地鐵區(qū)間下穿輸油管道橋樁基分析與保護

廣州某地鐵區(qū)間下穿輸油管道橋樁基分析與保護

Summary：因城市軌道交通工程建設(shè)需要，新建地鐵隧道下穿已有建筑物樁基的情況時有發(fā)生，此時需要通過對已有建筑物基礎(chǔ)資料的收集，對新建隧道下穿已有建筑的方案進行研究，從而達到二者相互影響最小，可實施性強、經(jīng)濟、安全的目的。文章通過對廣州某地鐵區(qū)間隧道下穿已有輸油管道橋樁基的分析，評估了新建地鐵隧道下穿已有輸油管道橋樁基的影響程度，提出了保護措施。Keys：地鐵隧道橋梁下穿樁基分析保護前言在城市軌道交通工程建設(shè)過程中，受相關(guān)外界客觀因素影響，區(qū)間隧道不可避免地下穿已有建筑物基礎(chǔ)的情況時有發(fā)生，本文依托廣州某地鐵區(qū)間隧道下穿已有輸油管道橋樁基的案例，根據(jù)有限元模型計算結(jié)果，研究了新建地鐵線下穿已有輸油管道橋的變形規(guī)律，提出了保護措施，為相關(guān)類似工程的開展提供了一定的技術(shù)支持。工程概況廣州地鐵某區(qū)間地貌形態(tài)為珠江三角洲沖積平原地貌，地形平緩，地表水不發(fā)育，線路在城市道路和居民住宅區(qū)相間分布，場地主要為道路路面、廠區(qū)路面、空地等，地勢較平坦。新建地鐵區(qū)間隧道沿著某國道道路向東行進，地面環(huán)境條件復(fù)雜，地處交通主干線，車輛十分繁忙，大貨柜車遍布可見。區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法實施，以左線隧道4.934‰下坡、右線隧道4.963‰下坡下穿及側(cè)穿一架空管線群(輸油管道），隧道管片外徑為6000mm，內(nèi)徑為5400m，管片厚度300mm。區(qū)間盾構(gòu)隧道下穿及側(cè)穿輸油管道橋樁基，豎向最小凈距約為4.13m，區(qū)間隧道洞身主要位于<7-1>強風(fēng)化含礫粗砂巖地層。某輸油管道橋，建于1998年，其橋梁樁基為鉆孔灌注樁和方樁，其中鉆孔灌注樁樁長為2.9~14m，樁徑為0.6~1.2m，方樁樁長9m，邊長為0.55m。橋上為海軍、航天、中石化、中石油的輸油管。新建地鐵隧道與已有輸油管道橋相互關(guān)系見下圖2-1。圖2-1新建地鐵區(qū)間隧道下穿已有輸油管道橋樁基相互關(guān)系圖研究目的鑒于本地鐵工程與輸油管道橋的重要性，以期通過研究主要達到以下兩個目的：（1）通過有限元分析計算評價新建盾構(gòu)隧道施工對已有輸油管道橋樁基的影響。隧道采用盾構(gòu)工法進行施工，從巖土力學(xué)上來講，是一個應(yīng)力釋放與重新建立應(yīng)力平衡的過程。地層在原始狀態(tài)時，巖土上的每一點從微觀上可以理解為都處于平衡的狀態(tài)，當盾構(gòu)施工時，原有的巖土平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致巖土應(yīng)力發(fā)生重新分布，致使地層發(fā)生不同程度的位移或者沉降。本案試圖通過計算分析，評估隧道施工對橋梁樁基的影響。（2）提出對輸油管道橋的具體保護措施通過研究分析及比較并結(jié)合我國當前盾構(gòu)下穿已有橋梁樁基的工程實例所采取的措施，提出本地鐵隧道下穿已有輸油管道橋樁基的保護措施。計算參數(shù)各項土層參數(shù)均根據(jù)巖土工程勘察報告選取，詳見下表4-1。表4-1各土層物理力學(xué)參數(shù)名稱變形模量（MPa）容重（kN/m3）泊松比粘聚力（kPa）內(nèi)摩擦角（°）素填土517.7-148粉質(zhì)黏土1518.70.382618全風(fēng)化含礫砂巖7019.50.352721強風(fēng)化含礫砂巖140200.353626中風(fēng)化含礫砂巖-25.50.2930035樁帽30000250.2--方樁30000250.2--鉆孔灌注樁31500250.2--管片34500250.3--有限元分析結(jié)果通過數(shù)值計算模擬得到地鐵右隧道開挖完成后，輸油管道橋方樁的最大水平位移值約為0.24mm，最大豎向沉降值約為0.47mm（最大隆起約0.37mm），輸油管道橋鉆孔灌注樁最大水平位移值約為0.73mm，最大豎向沉降值約為0.16mm（最大隆起0.51mm），地表最大沉降值約為0.45mm（最大隆起約0.52mm），滿足地鐵隧道施工對輸油管道橋的保護要求。圖5-1地鐵左右線隧道開挖后輸油管道橋樁基水平位移圖5-2地鐵左右線隧道開挖后輸油管道橋樁基豎向位移圖5-3地鐵右線隧道開挖后地表最大沉降變形控制標準本地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道穿越的輸油管道橋的相鄰橋墩的最小跨徑長度為6.35m，根據(jù)公路橋梁技術(shù)狀況評價標準(JTG/TH21-2011)、城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)標準(CJJ99-2017)和公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范(JTGH11-2004)等，計算出墩臺基礎(chǔ)均勻總沉降值為2.0，即100mm；相鄰墩臺總沉降差值為1.0，即50mm；墩臺頂面水平位移值為0.5，即25mm。然而在地鐵設(shè)計規(guī)(GB50157-2013)中規(guī)定如下：墩臺均勻沉降量控制值為50mm，相鄰墩臺沉降量之差控制值為20mm。通過比較分析，其變形控制標準：墩臺均勻沉降量不得超50mm，相鄰墩臺沉降量之差不得超過20mm，墩臺頂面水平位移值不得超過25mm。參考相關(guān)工程案例以及相關(guān)規(guī)范，二維數(shù)值計算與監(jiān)測方案中以10mm作為橋梁樁基最大沉降允許值，以5mm作為樁基最大水平位移允許值，以5mm作為相鄰樁基間沉降差允許值是合理的，警戒值取控制值的0.8倍。保護措施1）盾構(gòu)施工前保護措施：（1）施工前先對輸油管道橋樁基區(qū)間與隧道的相互關(guān)系進行現(xiàn)場實測復(fù)查。（2）穿越前應(yīng)作好準備工作，包括檢查盾構(gòu)機刀具、設(shè)備等，避免在穿越輸油管道橋樁基時開倉換刀、檢修設(shè)備。（3）檢查盾構(gòu)刷密封功能有無異常。2）盾構(gòu)施工期間保護措施：（1）下穿輸油管道橋樁基前需要準備好可燃氣體檢測設(shè)備、防火服、橋梁臨時支頂材料等應(yīng)急物資。（2）施工過程中需與石油管道橋管線權(quán)屬單位密切溝通，盾構(gòu)下穿橋梁應(yīng)避開管道輸油時間，在空管期通過橋梁。（3）盾構(gòu)穿越橋梁樁基期間應(yīng)嚴格控制盾構(gòu)掘進參數(shù)，對盾構(gòu)機的推進速度、頂進力、同步注漿技術(shù)、二次注漿嚴格控制，確定與開挖地層相適應(yīng)的同步注漿配比、量和注漿壓力，同步注漿填充系數(shù)不應(yīng)小于1.8。（4）在穿越樁基過程中，通過在盾構(gòu)機刀盤上部的注漿孔壓注水或膨潤土來改良刀盤前方土體，增加土體的和易性，減少刀盤扭矩和降低螺旋機油壓，密切注意螺旋機的轉(zhuǎn)速和油壓，根據(jù)土壓壓力及時調(diào)整螺旋機轉(zhuǎn)速，并且保持碴土出碴量控制在合理范圍內(nèi)。（5）由于盾構(gòu)施工時地下原有的水土體平衡狀態(tài)發(fā)生改變，容易造成地面沉降，盾構(gòu)掘進過程中應(yīng)加強對輸油管道橋及地面沉降監(jiān)測，堅持盾構(gòu)施工信息化管理的原則，視需對樁基進行跟蹤補償注漿。應(yīng)急措施如盾構(gòu)通過期間，橋梁任意一項監(jiān)測值超過預(yù)警值，應(yīng)采取以下應(yīng)急措施：（1）設(shè)置警戒線，禁止無關(guān)人員靠近橋梁。（2）必要時設(shè)置地面臨時支頂措施保護橋梁。（3）根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋地層沉降信息，沿石油管道橋樁基結(jié)構(gòu)外1.0m線打設(shè)袖閥管注漿鉆孔（打設(shè)袖閥管前應(yīng)核實基礎(chǔ)位置，以免造成二次事故），間距1.0m，加固深度按進入樁基底部以下1m考慮，注漿宜采用42.5級以上的普通硅酸鹽水泥?？筛鶕?jù)需要加入適量的外加劑及滲和料，用量應(yīng)通過實驗確定，水泥漿液的水灰比為0.75：1~1：1。注漿壓力0.3~0.5M