浅析地铁明挖区间施工对临近高架桥墩台的影响

1引言

地铁区间一般都穿越建构筑物密集区，周围环境较为复杂，很多新建工程都在既有建构筑物影响范围内，基坑的开挖必定导致周围环境中土体变形，应力重分布，严重的甚至使得原有建构筑物发生严重开裂。基坑开挖对临近桥墩台的影响主要体现在桥墩台的位移和应力变化上，因此，讨论基坑开挖对临近桥梁墩台的影响具有重大的工程指导意义。

国内就对基坑开挖对桥梁的影响研究成果有:李龙剑等利用plaxis软件建立二维有限元模型，分析了基坑开挖对临近桥梁桩基的影响并分析了不同加固方案对桥梁位移变化的影响;陈福全等分析了不同支护结构和不同开挖深度的基坑对临近桩基的影响;张陈蓉等分析了基坑开挖对临近地下管线的影响。

本文根据重庆轨道交通环线渝鲁站至五里店站明挖区问基坑工程，采用弹塑性有限元方法，利用ANSYS软件建立三维模型，研究基坑开挖对临近高架桥墩台的影响。

2工程概况

工程实例位于重庆市渝北区龙塔街道渝鲁大道东侧。基坑最大开挖深度19m，采用609钢支撑+排桩的支护形式。临近冲压厂高架桥全长430m，共12跨，每跨约35m，桥墩桥台距离基坑边缘最小距离为10.4m，桥台基础底部与基坑底部距离为15m，桥墩扩展基础底部距基坑底部为12.5m。该高架桥桥台为34.5mx9.5mx 10m，桥墩桩基直径1.8m，扩展基础第一级为12.5mx3.8mx2m，第二级为14.5mx5.8mx2m。基坑支护排桩直径1m，排桩中心距1.5m，桩长20m，横支撑采用三道609钢管支撑，第一道问距6m，第二道和第三道问距3m，支撑中问架设联系梁和格构柱。

3数值分析

3. 1计算模型

三维有限元模型尺寸为132mx 94mx 52m模型前后左右采用水平约束，底部采用竖直约束，顶面为自由面。岩土体采用Drucker-Prager模型，支护结构及桥墩台采用弹性模型。岩土体和桥墩桥台均采用solid45单元，混凝土挡板采用plane43单元，钢支撑、排桩等采用beam188单元。

3. 2工况设置

根据施工工艺共设置了以下6个工况:

工况1:初始地应力;工况2:放坡开挖至第一道支撑顶部;工况3:施做排桩、冠梁、格构柱、第一道钢支撑、第一道连系梁;工况4:开挖至第二道支撑顶部，架设第二道钢支撑、第二道连系梁;工况5:开挖至第三道支撑顶部，架设第三道钢支撑、第三道连系梁;工况6:开挖至基坑底部。

4计算结果分析

4. 1差异沉降

为了清楚表明基坑开挖是否对桥的正常使用构成影响，分别取桥墩盖梁和桥台顶部最大沉降值画出桥墩台的差异沉降曲线。可以看出，工况6时桥墩盖梁顶部的差异沉降达到2.056mm，盖梁的最大倾斜率为5.95 x 10桥台最大差异沉降值为1.3 6mm，最大倾斜率为3.96x10基坑的开挖引起周边土体发生变形，进而引起桥墩台的位移变形和应力重分布，随着开挖的进行，桥墩台的差异沉降不断增加，在工况6时达到最大值。由于桥墩刚度较小，结构形式复杂，差异沉降较桥台大。桥墩台的倾斜角度相当小，表明开挖过程中高架桥桥墩台受到影响较小，可以正常使用。

4. 2水平位移

为了查看桥墩和桥台水平位移，在桥台底部中心线上均匀选取6个点提取桥台的水平位移值，在每个扩展基础底部中心线上均匀选取3个点提取桥墩水平位移值。

随着开挖的进行，桥墩和桥台的水平位移值均逐渐增大，位移方向为靠近基坑方向发展厂基坑的开挖使得周边围岩土压力释放，推动桥墩和桥台，使其产生了水平位移。可以看出，桥台的水平位移6个点变化趋势较一致，这是由于桥台为整体的素混凝土结构，结构形式简单，刚度较大，而桥墩各个点的位移值相差较大，靠近基坑一侧达到3.25mm，远离基坑一侧为1.48mm,

5结语

通过采用ANSYS软件对重庆地铁环线渝鲁站至五里店站临近冲压厂高架桥区问的数值模拟，分析了基坑开挖对桥墩和桥台位移的影响，得到如下结论:

桥墩和桥台的水平位移及数值位移均随着基坑开挖的进行逐渐增大，其中水平位移最大3.25mm，竖直位移最大3.9mm，差异沉降1.3 6mm，所有的变化值均在规范规定范围内。模拟结果表明该开挖方式和支护形式下，桥墩和桥台处于安全范围内。

鉴于实际工程比数值模拟复杂得多，基坑施工对桥墩台的影响还应综合考虑围岩等级、工程地质、施工工艺等条件，留出一定的安全系数，并在施工中加强量测。