汪杨洲 WANG Yang-zhou

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510000）

0 引言

随着我国城市轨道交通建设的进一步深化，施工面临的环境条件越发复杂，区间下穿、侧穿既有管线、道路及桥梁等成为常态。其中桥梁对沉降、变形尤为敏感，相应控制值要求较为严格，盾构区间如何安全、高效地侧（下）穿桥桩成为众人研究的课题。王馨霆[1]、郝美丽[2]等通过数值模拟结合工程实例分析了盾构侧穿桥桩时，掘进过程中桥桩的受力及变形特性。邢慧堂[3]、吴镇[4]等分析了隔离桩措施对侧穿工况桥桩的保护作用，并通过数值分析就隔离桩桩长、桩间距等参数提出了优化方案。刘强[5]等从左右线施工步序出发，通过数值模拟发现不同施工步序对桥桩的水平位移影响有较大差别，提出双线盾构侧穿桥桩时采用先近后远的施工方案有利于对桥桩水平位移的控制。目前对双线盾构区间侧下穿桥桩案例研究较少，左右线掘进顺序的不同对侧下穿工况下桥桩竖向位移的影响规律也有待说明。因此，本文采用数值模拟方法，结合工程实例分析了双线盾构区间不同施工步序侧下穿桥桩的影响规律，探究了隔离桩措施对该工况下桥桩的保护作用，对类似工程具有一定参考价值。

1 工程概况

北京地铁7号线东延工程为7号线的东部延伸线，敷设于朝阳、通州两个城区，是横穿北京南城的东西向重要骨干线，全为地下线。

黑庄户站~万盛南街西口站由明挖、暗挖及盾构区间组成，其中盾构段下穿京哈高速并侧下穿南大沟桥桥桩，穿越段平面位置关系见图1。盾构区间采用外径6m，内径5.4m，环宽1.2m的管片，穿越段线间距15m。

图1 区间侧下穿桥桩平面位置图

南大沟桥为简支梁桥，桥面宽34.5m，下部结构支承采用钢筋砼盖梁，基础采用φ1.2m钻孔灌注桩，边桩桩长18.4m。图2为区间侧下穿桥桩剖面位置图。

图2 区间侧下穿桥桩剖面位置图

盾构区间左线距南大沟桥桥桩最小水平净距6.5m，垂直净距约1m，在穿越道路范围，盾构隧道埋深约22.4m。

2 有限元分析

2.1 模型建立

通过Midas GTS，建立平面应变有限元模型（图3），模型长度×高度为141m×35m，盾构尺寸、桩长及相对位置关系按实际参数取值。

图3 区间侧下穿桥桩有限元模型

区间隧道结构（管片）、桥梁采用线弹性模型，土层采用摩尔-库伦模型，桥梁、土层间采用界面单元。各土层参数参照详勘报告取值，相临类似土层合并进行适当简化，相应物理力学参数取平均值，各土层参数取值见表1。

表1 土层参数

模型上表面为自由边界，两侧法向约束，底面X、Y向约束。

2.2 工况计算

2.2.1 双线区间先远后近施工

区间左右线分步掘进，先施工右线区间（远），再施工左线区间（近）。图4、图5分别为右线先施工工况下单线、双线施工后位移云图。

图4 右线先施工位移云图

图5 双线施工后位移云图

2.2.2 先近后远施工

区间左右线分步掘进，先施工左线区间（近），再施工右线区间（远）。图6、图7分别为左线先施工工况下单线、双线施工后位移云图。

图6 左线先施工位移云图

图7 双线施工后位移云图

2.2.3 隔离桩保护措施

在区间与桥桩间提前打设两排微高压旋喷桩进行隔离，旋喷桩桩径1m，桩间距0.7×0.7m，梅花形布置，桩底与隧道底齐平（先远后近施工）。设隔离桩工况下双线施工后位移云图见图8。

图8 设隔离桩双线施工后位移云图

3 结果分析

统计不同施工工况下地表最大沉降、桩顶沉降及桩顶/底水平位移量（见表2）。

表2 土层、桥桩位移

计算结果揭示，双线盾构区间侧下穿桥桩，左右线掘进顺序对桩顶沉降影响较小，先远后近施工略有优势（桩顶沉降量减小约6%）。而桩水平位移受左右线掘进顺序影响较大，对桩顶位移而言，先远后近施工有利（桩顶水平位移量减小约22%）；对桩底而言，先近后远施工有利（桩底水平位移量减小约23%）。

采取隔离桩措施能显著的减小桩顶沉降（减小约60%），并有利于桩顶水平位移控制（减小约43%）。

本区间现场采用先远后进的掘进顺序施工，在区间与桥桩间设置了两排微高压旋喷桩隔离，现已施工完成。在盾构区间穿越道路及桥桩段，测量得到各项指标均满足控制要求，道路、桥桩外观及功能均良好，无需采取后续处理措施。

4 总结

本研究采用有限元方法分析了双线盾构区间侧下穿桥桩工况下，区间掘进顺序及隔离桩措施对桥桩沉降及水平位移的影响，得出以下结论。

①盾构侧下穿桥桩时，左右线掘进顺序对桥桩水平位移影响较大，采用先远后近施工有利于桩顶沉降及水平位移的控制，而先近后远施工则有利于桩底水平位移的控制，实际施工时宜根据关键控制因素比选采用。

②盾构侧下穿桥桩时，设置隔离桩措施能显著减小桩顶沉降及水平位移量，可作为类似工况桥桩保护方案的优选项。