郅 彬 武李和乐 李金华 秦立科 王 番

（西安科技大学建筑与土木工程学院，710054，西安∥第一作者，副教授）

在城市繁华地区修建地铁时，如何把对环境的影响程度减少到最低是一个不容忽视的问题。文献［1］通过选择合理的三维非线性数值模拟方法，得出了隧道水平中心线与桩基的空间位置直接决定桩基的沉降和侧向变形大小。文献［2］利用FLAC3D模拟计算，得出CRD（交叉中隔墙）法施工对桥桩的影响要小于台阶法。文献［3］以西安地铁1号线为研究背景，在分析Peck公式的基础上给出修正后的地层变形公式，并研究距隧道不同距离处地层变形规律。但已有研究成果中，尚缺乏地铁隧道与桥桩水平距离的影响研究，隧道与桥桩距离的选择不仅与地铁施工时对桥桩的影响大小有关，还能影响对桥梁的预加固工作，有效降低施工成本。

本文以西安地铁3号线某标段为背景，采用MIDAS/GTS有限元软件，建立三维模型进行数值模拟，分别模拟得出地铁隧道与桥桩在不同距离下桥的倾斜变化，依据桥梁监测规范，判断出隧道与桥的临界安全距离。

1 工程概况

拟建场地为西安地铁3号线某标段，地层特性自上而下具体描述如下：①人工填土（素填土）Q4ml：黄褐色为主，粉质黏土占大多数，质量不均匀；层厚0.60～3.60 m。②新黄土（水上）Q3eol：以黄褐色为主，虫孔及大孔隙发育；黄土湿陷性一般，属于中高型压缩性土，层厚0.50～6.40 m。③古土壤Q3el：红褐色，可塑；土结构为团粒状，孔隙为针孔状，具湿陷性，中压缩性土；层厚2.80～5.10 m。④老黄土Q2eol：该土层颜色主体褐黄色，质量均匀，含钙质结核；属中压缩性土；层厚2.00～6.80 m。

拟建隧道穿越老黄土区，埋深约14.6 m，隧道与桥桩距离为20.79 m，两隧道之间距离为17.4 m（见图1）。桥为连续结构高架桥，桥高12.5 m，桩深21.1 m，桥墩纵向间距为31.8 m，横向间距为20 m，桥宽40 m。

图1 桥桩与隧道相互位置关系图

2 数值模拟

2.1 模型建立

以实际工程为背景，建立三维有限元模型如图2所示，考虑隧道和桥梁尺寸资料及暗挖隧道施工的影响范围，确定计算模型尺寸为100 m（长）×88 m（宽）×25 m（高）。建模中，土体与桥体均采用实体单元进行建模，衬砌采用板单元，锚杆采用2D线单元植入式桁架，桥桩采用线单元；土体采用摩尔—库伦模型，桥体采用弹性模型；计算模型上部为自由面，其余边界为位移约束边界，网格划分图见图2。

图2 三维计算模型网格划分图

2.2 计算参数及工况

依据工程地质勘察报告，模型中材料的物理力学参数如表1所示。

2.3 模拟结果计算分析与对比

2.3.1 监测方案

桥面布点使用钻孔埋设，将目标钢筋插入路面中，保证钢筋被埋至硬化路面下；然后加盖保护测点，以防止因车辆碾压导致点位破坏。具体布点如图3所示。

2.3.2 桥面监测结果与模拟结果对比分析

依据桥面监测点Q19监测数据，将地铁隧道开挖完成后桥面位移变化情况与数值模拟结果汇总如图4所示。

表1 材料物理力学参数

图3 桥面监测点位布置图

图4 桥面Q19测点沉降对比图

桥面各实测点位移变化存在一定程度的不规则性。这是由于桥面测点受到了动荷载等外界影响。总体看来，实测值偏小，与模拟值的变化趋势基本一致。这验证了该模型的正确性。

2.4 临界安全距离的模拟结果分析

在实际情况中，左隧道与桥桩最近距离为20.5m。现对该模型进行10次模拟分析，每次都不断将桥向隧道方向移动1 m，得到10个不同的位移图（桥隧最小距离依次为20.5 m、19.5 m、18.5 m、17.5 m、16.5 m、15.5 m、14.5 m、13.5 m、12.5 m 及 11.5 m）。在桥面上等距布置9个监测点来统计桥面位移。由于篇幅有限，故只对其中4个较有代表性的位移云图进行分析（见图5～8）。

图5 桥桩距左隧道中线20.5 m时的位移云图

图7 桥桩距左隧道中线14.5 m时的位移云图

图8 桥桩距左隧道中线11.5 m时的位移云图

隧道开挖对周围土体产生扰动，导致桥产生位移，整体表现为倾斜。但是由于桥右侧没在沉降影响范围之内，故出现了较小程度的抬升现象。左隧道与桥桩在不同间距下的桥面位移监测点位移情况如图9～10所示：

图9 隧道与桥桩不同间距下的桥面位移变化曲线之一

图10 隧道与桥桩不同间距下的桥面位移变化曲线之二

由图9～10可知，当隧道与桥桩最近距离为20.5 m时，临近隧道一侧的桥面竖向位移为-3.30 mm，另一侧桥面的竖向位移为1.35 mm。随着桥隧距离的不断缩小，桥两侧的位移变化和变化速率都不断加剧。当隧道一侧桥桩与左隧道中线距离为11.5 m时，临近隧道一侧的桥面竖向位移为-13.95 mm，另一侧桥面的竖向位移为4.97 mm。可见临近隧道一侧桥面的位移量要大于远离隧道一侧桥面的位移，随着隧道与桥距离的减小，桥面零位移点位置逐渐向右侧桥面移动。桥面两侧位移的差值不断增大，且有加速倾斜的趋势。桥面侧监测点的位移变化曲线如图11所示。

2.5 临界安全距离的判定

一般情况下，采用允许位移值作为桥梁沉降的控制值。因此，依据GB 50911—2013《城市轨道交通监测技术规范》，以及西安地铁设计施工经验，建议连续结构桥面两侧的允许不均匀沉降为10 mm。若不均匀沉降超过10 mm，则可判定桥已发生倾斜，需进行加固处理。

图11 桥面两侧位移变化曲线

由图11可知，当左隧道断面中线与临近隧道一侧桥桩距离约为15 m时，达到临界安全距离。可以判断，在相似工程中，如隧道断面中线与临近隧道一侧桥桩中线距离在15 m以内，则应考虑在隧道施工过程中对桥进行预加固处理，以保证隧道施工过程中桥的安全，防止事故发生。

3 结论

（1）隧道与桥桩的临界安全距离为15 m，当隧道与桥桩的距离小于15 m时，则需在开挖隧道前采取有效措施，并加强监测。

（2）临近隧道开挖一侧的桥面位移量大于另一侧的位移量。随着隧道与桥桩距离的减小，这种倾斜差异现象愈发明显。在隧道开挖过程中，要加强临近隧道一侧的桥体监测工作，可适当减小另一侧桥体的监测工作。

（3）当隧道与桥桩的距离小于临界安全距离后，随着隧道与桥桩距离的减少，对桥梁可能造成的危害会越大。

［1］ 何海健，项彦勇，刘维宁，等.地铁车站隧道群施工对临近桥桩影响数数值分析［J］.北京交通大学学报，2006，30（4）：54.

［2］ 任建喜，杨锋，贺小俪，等.地铁隧道暗挖施工引起桥桩基础变形规律与控制技术［J］.城市轨道交通研究，2016（9）：110.

［3］ 高丙丽，蔡志云，王金华，等.黄土地区地铁隧道地层变形规律［J］.西安科技大学学报，2015，35（3）：331.

［4］ 朱春雷，周顺华.杭州地铁1号线盾构隧道施工的风险与对策［J］.施工技术，2014，43（7）：94.

［5］ 杨更社，吴成发.西安地铁1号线特殊地段施工风险评估［J］.西安科技大学学报，2010，30（2）：159.

［6］ 任建喜，于松波，孟昌.西安地铁隧道中隔墙加台阶法施工诱发的临近桥桩变形及其控制措施［J］.城市轨道交通研究，2015（9）：95.

［7］ 廖秋林.地铁车站风道大断面暗挖下穿河湖近接施工技术［J］.施工技术，2015，44（23）：54.