广州某地铁区间下穿输油管道桥桩基分析与保护

广州某地铁区间下穿输油管道桥桩基分析与保护

Summary：因城市轨道交通工程建设需要，新建地铁隧道下穿已有建筑物桩基的情况时有发生，此时需要通过对已有建筑物基础资料的收集，对新建隧道下穿已有建筑的方案进行研究，从而达到二者相互影响最小，可实施性强、经济、安全的目的。文章通过对广州某地铁区间隧道下穿已有输油管道桥桩基的分析，评估了新建地铁隧道下穿已有输油管道桥桩基的影响程度，提出了保护措施。Keys：地铁隧道桥梁下穿桩基分析保护前言在城市轨道交通工程建设过程中，受相关外界客观因素影响，区间隧道不可避免地下穿已有建筑物基础的情况时有发生，本文依托广州某地铁区间隧道下穿已有输油管道桥桩基的案例，根据有限元模型计算结果，研究了新建地铁线下穿已有输油管道桥的变形规律，提出了保护措施，为相关类似工程的开展提供了一定的技术支持。工程概况广州地铁某区间地貌形态为珠江三角洲冲积平原地貌，地形平缓，地表水不发育，线路在城市道路和居民住宅区相间分布，场地主要为道路路面、厂区路面、空地等，地势较平坦。新建地铁区间隧道沿着某国道道路向东行进，地面环境条件复杂，地处交通主干线，车辆十分繁忙，大货柜车遍布可见。区间隧道采用盾构法实施，以左线隧道4.934‰下坡、右线隧道4.963‰下坡下穿及侧穿一架空管线群(输油管道），隧道管片外径为6000mm，内径为5400m，管片厚度300mm。区间盾构隧道下穿及侧穿输油管道桥桩基，竖向最小净距约为4.13m，区间隧道洞身主要位于<7-1>强风化含砾粗砂岩地层。某输油管道桥，建于1998年，其桥梁桩基为钻孔灌注桩和方桩，其中钻孔灌注桩桩长为2.9~14m，桩径为0.6~1.2m，方桩桩长9m，边长为0.55m。桥上为海军、航天、中石化、中石油的输油管。新建地铁隧道与已有输油管道桥相互关系见下图2-1。图2-1新建地铁区间隧道下穿已有输油管道桥桩基相互关系图研究目的鉴于本地铁工程与输油管道桥的重要性，以期通过研究主要达到以下两个目的：（1）通过有限元分析计算评价新建盾构隧道施工对已有输油管道桥桩基的影响。隧道采用盾构工法进行施工，从岩土力学上来讲，是一个应力释放与重新建立应力平衡的过程。地层在原始状态时，岩土上的每一点从微观上可以理解为都处于平衡的状态，当盾构施工时，原有的岩土平衡状态被破坏，导致岩土应力发生重新分布，致使地层发生不同程度的位移或者沉降。本案试图通过计算分析，评估隧道施工对桥梁桩基的影响。（2）提出对输油管道桥的具体保护措施通过研究分析及比较并结合我国当前盾构下穿已有桥梁桩基的工程实例所采取的措施，提出本地铁隧道下穿已有输油管道桥桩基的保护措施。计算参数各项土层参数均根据岩土工程勘察报告选取，详见下表4-1。表4-1各土层物理力学参数名称变形模量（MPa）容重（kN/m³）泊松比粘聚力（kPa）内摩擦角（°）素填土517.7-148粉质黏土1518.70.382618全风化含砾砂岩7019.50.352721强风化含砾砂岩140200.353626中风化含砾砂岩-25.50.2930035桩帽30000250.2--方桩30000250.2--钻孔灌注桩31500250.2--管片34500250.3--有限元分析结果通过数值计算模拟得到地铁右隧道开挖完成后，输油管道桥方桩的最大水平位移值约为0.24mm，最大竖向沉降值约为0.47mm（最大隆起约0.37mm），输油管道桥钻孔灌注桩最大水平位移值约为0.73mm，最大竖向沉降值约为0.16mm（最大隆起0.51mm），地表最大沉降值约为0.45mm（最大隆起约0.52mm），满足地铁隧道施工对输油管道桥的保护要求。图5-1地铁左右线隧道开挖后输油管道桥桩基水平位移图5-2地铁左右线隧道开挖后输油管道桥桩基竖向位移图5-3地铁右线隧道开挖后地表最大沉降变形控制标准本地铁区间盾构隧道穿越的输油管道桥的相邻桥墩的最小跨径长度为6.35m，根据公路桥梁技术状况评价标准(JTG/TH21-2011)、城市桥梁养护技术标准(CJJ99-2017)和公路桥涵养护规范(JTGH11-2004)等，计算出墩台基础均匀总沉降值为2.0，即100mm；相邻墩台总沉降差值为1.0，即50mm；墩台顶面水平位移值为0.5，即25mm。然而在地铁设计规(GB50157-2013)中规定如下：墩台均匀沉降量控制值为50mm，相邻墩台沉降量之差控制值为20mm。通过比较分析，其变形控制标准：墩台均匀沉降量不得超50mm，相邻墩台沉降量之差不得超过20mm，墩台顶面水平位移值不得超过25mm。参考相关工程案例以及相关规范，二维数值计算与监测方案中以10mm作为桥梁桩基最大沉降允许值，以5mm作为桩基最大水平位移允许值，以5mm作为相邻桩基间沉降差允许值是合理的，警戒值取控制值的0.8倍。保护措施1）盾构施工前保护措施：（1）施工前先对输油管道桥桩基区间与隧道的相互关系进行现场实测复查。（2）穿越前应作好准备工作，包括检查盾构机刀具、设备等，避免在穿越输油管道桥桩基时开仓换刀、检修设备。（3）检查盾构刷密封功能有无异常。2）盾构施工期间保护措施：（1）下穿输油管道桥桩基前需要准备好可燃气体检测设备、防火服、桥梁临时支顶材料等应急物资。（2）施工过程中需与石油管道桥管线权属单位密切沟通，盾构下穿桥梁应避开管道输油时间，在空管期通过桥梁。（3）盾构穿越桥梁桩基期间应严格控制盾构掘进参数，对盾构机的推进速度、顶进力、同步注浆技术、二次注浆严格控制，确定与开挖地层相适应的同步注浆配比、量和注浆压力，同步注浆填充系数不应小于1.8。（4）在穿越桩基过程中，通过在盾构机刀盘上部的注浆孔压注水或膨润土来改良刀盘前方土体，增加土体的和易性，减少刀盘扭矩和降低螺旋机油压，密切注意螺旋机的转速和油压，根据土压压力及时调整螺旋机转速，并且保持碴土出碴量控制在合理范围内。（5）由于盾构施工时地下原有的水土体平衡状态发生改变，容易造成地面沉降，盾构掘进过程中应加强对输油管道桥及地面沉降监测，坚持盾构施工信息化管理的原则，视需对桩基进行跟踪补偿注浆。应急措施如盾构通过期间，桥梁任意一项监测值超过预警值，应采取以下应急措施：（1）设置警戒线，禁止无关人员靠近桥梁。（2）必要时设置地面临时支顶措施保护桥梁。（3）根据监测数据反馈地层沉降信息，沿石油管道桥桩基结构外1.0m线打设袖阀管注浆钻孔（打设袖阀管前应核实基础位置，以免造成二次事故），间距1.0m，加固深度按进入桩基底部以下1m考虑，注浆宜采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥。可根据需要加入适量的外加剂及渗和料，用量应通过实验确定，水泥浆液的水灰比为0.75：1~1：1。注浆压力0.3~0.5M