盾构掘进对邻近拱桥结构受力影响的数值分析

盾构掘进对邻近拱桥结构受力影响的数值分析

段绍和;方勇;钟山;卢美茂

【摘 要】以成都地铁区间盾构隧道工程为对象,采用三维有限元方法研究了盾构掘进对临近拱桥结构内力的影响.研究结果表明,在临近隧道侧的拱脚处,盾构的掘进使得拱桥结构的轴力、剪力和弯矩产生显著变化,这种变化不仅在盾构隧道施工期间出现,而且在整个隧道贯通后也会出现,它与各桥墩之间的相对沉降密切相关.拱桥结构内力的改变大大降低了锦江大桥上部结构的稳定性,故建议在施工中对锦江大桥采取一定的保护措施,并对拱脚等部位加强监控量测. 【期刊名称】《铁道建筑》 【年(卷),期】2009(000)002 【总页数】4页(P21-24)

【关键词】地铁;盾构隧道;拱桥结构;数值模拟 【作 者】段绍和;方勇;钟山;卢美茂

【作者单位】中铁二局城通公司,成都,610041;西南交通大学,地下工程系,成都,610031;中铁二局城通公司,成都,610041;中铁二局城通公司,成都,610041 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术

2009 年第 2 期 铁道 建 筑RailwayEngineering 21文 章编 号 ：1003-1995(2009)02-0021-04盾 构 掘 进 对 邻 近 拱 桥 结 构 受 力 影 响 的 数 值 分 析段 绍 和1 ， 方 勇 2 ， 钟 山 1 ， 卢 美茂 1（

1 ． 中铁二局城通公 司 ，成都 610041 ；

2 ． 西南交通 大学 地下工程 系 ，成都 610031 ）摘 要 ：以 成都地铁 区 间盾 构 隧道 工 程 为 对 象，采 用 三 维有限元 方 法研 究 了盾 构掘 进对 临 近拱桥 结 构 内力 的 影响 。 研 究 结 果表 明 ，在 临 近 隧道侧 的 拱脚 处 ，盾 构 的 掘 进使得 拱桥 结 构 的 轴 力 、 剪 力 和 弯矩 产 生 显 著 变化 ，这种 变化 不 仅在盾 构 隧道施 工 期 间 出现 ， 而 且在整 个 隧道 贯 通后 也会 出现 ， 它 与 各桥墩 之 间 的 相 对 沉 降密切相 关 。 拱桥结 构 内力 的 改 变 大 大 降低 了锦 江 大桥 上 部 结 构 的 稳 定 性 ， 故 建议在施 工 中对 锦江大桥采取 一 定 的 保护措施 ，并对拱脚等部位加 强 监控 量测 。关键词 ：地铁盾 构 隧道拱桥 结 构数值模拟中图分类号 ：U455.43文 献标识码 ：A目前 盾 构 法 已 成 为 城 市 地 铁建设 的 主 流 施 工 方法 ， 盾构法施工往往会引起周 围地层移动 ， 即使采用 当前最 先 进 的 盾 构 技 术 ， 也 难 以 完 全 防 止 这 些 移 动…。地层 移动一方面在 地表 引起不 均 匀沉 降 ， 另一 方 面直 接引起地下接近结 构物 的变 位及 附加应 力 ，保证盾 构 机掘进过程周 围建筑物 的安全性非常重要‘ 副 。 成都地 铁l号线一期工程小天 竺站一锦江宾馆站 区 间盾构 隧 道将穿越锦江大桥 ，该桥 为三跨 连 续拱桥 ， 桥长 51.45m，桥面宽 50m ，基础 厚 3m ， 为 台阶形 扩 大基础 ，桥墩为 M5 水泥砂浆 砌 城砖 ，拱 部 为 M20 水 泥 砂浆 砌 城砖拱 。地铁盾构隧道 施 工 必 然 会 对 锦江大桥造 成影 响 ， 考虑到对南河上锦江大桥 的保 护 ，盾 构 隧道 拟从 锦江 大桥左侧下方通过 ， 同时 由于线路 的 限 制 以 及 大桥 南 北两侧 均有 重要建筑物 ，盾 构 隧道 与锦 江 大 桥桥 基 之 间的距离较小 ，其 中桥基 与盾 构 隧道 之 间 的最 小水 平 距离仅为 2.0m。 分 析 盾 构 机 掘 进 过 程 中 ， 地 层 移 动 及拱结构的受力情 况 ，这 对 指 导 盾 构施 工 具有一 定 参 考价值 。 1有 限 元模 型本次分析采用 大型 通用 有 限元软件 ANSYS 进行 ， 其中锦江 大桥 桥 墩 、 盾 构 隧道 （ 包 括 管 片结 构 和 注 浆 层 ） 、

地层采用三维实体单元 Solid45 模拟 ，锦江大桥拱 桥结构采用 三维壳单元 She1163 模拟 。 1.1 模型概况 本段盾构 区 间隧道 主要 在 卵 石 土地层 中穿 过 ， 下收稿 日期 ：2008-07-16 ；修 回 日期 ：2008-11-08作者简介 ：段绍和（ 1976- ） ，男 ，四川资中人 ，高级工程师。部地层 为强风化泥 岩 和 中等风 化 泥 岩 ， 而 锦江大桥 基 础则位于 卵石 土 地 层 上 。 在南 、 北 两 岸 分 别还 有 厚度 为3.1m 和 6.8m 的 杂填 土 。 建 立 有 限元模 型 时 ， 以最小水平距离(2.0m) 断面 为控制断面 ，该 断面盾构 隧 道 与锦江大桥基础 的最小 垂 直净距 为 5.2m。 建立 的 有限元模型及空 间关系如 图 1 所示 ，该模型 长 95m ，宽100m ，高 35m ， 共53750个 单 元 。 左 右 线 均从 小 天 竺 站向锦江宾馆站掘进 ，其 中外侧隧道先贯通 ， 内侧隧道后贯通 。锦江 (a) 总体图小天竺站 (b) 空间关系图图 1 盾构隧道侧穿锦江大桥的有 限元模型 1.2荷载及材料参数在盾构隧道一地层一桥梁结构系统 的有 限元模 型 中 ，施加 的荷载主要包括拱桥结构上 的荷载 、河床上 的 水位荷载 和 盾 构 机 的顶 进 力 。 锦 江 大 桥 为一 老 式拱 桥，拱圈和桥墩均采用砌城砖建成 ，故参数根据砌体进 行取值 。 盾构隧道管片衬砌结构是通过螺栓将单个管 片连接在一起 的整 体结构 ，采用 均值体等效 管片衬砌2009年第 2 期铁道建筑 RailwayEngineering1方勇2钟山卢 美茂（．中铁二局城通公 司 ，成都 610041 ； 2 ． 西南交通 大学 地下工程 系 ，成都 610031 ）摘 要 ：以 成都地铁 区 间盾 构 隧道 工 程 为 对 象，采 用 三 维有限元 方 法研 究 了盾 构掘 进对 临 近拱桥 结 构 内力的 影响 。 研 究 结 果表 明 ，在 临 近 隧道侧 的 拱脚 处 ，盾 构 的 掘 进使得 拱桥 结 构 的 轴 力 、 剪 力 和 弯矩 产 生 显著 变化 ，这种 变化 不 仅在盾 构 隧道施 工 期 间 出现 ， 而 且在整 个 隧道 贯 通后 也会 出现 ， 它 与 各桥墩 之 间 的相 对 沉 降密切相 关 。 拱桥结 构 内力 的 改 变 大 大 降低 了锦 江 大桥 上 部 结 构 的 稳 定 性 ， 故 建议在施 工 中对锦法盾构法施工往往会引起周 围地层移动 ， 即使采用 当地层 移动