武汉地铁施工对轻轨桥梁影响的数值与监测分析.pdf

2 0 1 0 年1 1 月铁道工程学报 N o v2 0 1 0 第1 1 期 总1 4 6 J O U R N A LO FR A I L W A YE N G I N E E R I N GS O C I E T YN O ．1 1 S e r ．1 4 6 文章编号1 0 0 6 2 1 0 6 2 0 1 0 1 1 0 0 8 7 0 4 武汉地铁施工对轻轨桥梁影响的数值与监测分析 丁烈云李炜明吴贤国周诚骆汉宾 华中科技大学，武汉4 3 0 0 7 4 摘要研究目的在武汉地铁二号线循丰L f - J 车站施工过程中，通过监测数据分析与施工方案优化，使相邻轻轨 桥墩的沉降趋于稳定后，有必要进一步研究桥墩的绝对沉降与差异沉降能否满足轻轨的运营要求，从而使新 建地下结构的施工与已建地上结构的运营能一定程度上协同，满足各自的需求。 研究结论通过对轻轨桥墩在相邻基坑施工下的数值计算，监测数据分析，比照相关规范的要求，认为相 邻轻轨桥墩的现有沉降，能达到轻轨运营的要求。 关键词地铁工程；数值计算；监测分析；轻轨；桥墩；沉降 中图分类号U 4 5 5 ．4 3文献标识码A S t u d yo nC o n s t r u c t i o nP l a nf o rW u h a nM e t r oi nK e yA r e aU n d e rC o m p l e x E n g i n e e r i n gE n v i r o n m e n t O p e r a t i o n a lA n a l y s i s o fS u r r o u n d i n gL i g h tR a i l B r i d g e D I N GL i e y u n ，L IW e i m i n g ，W UX i a n g u o ，L U OH a n b i n H u a z h o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，W u h a n ，H u b e i4 3 0 0 7 4 ，C h i n a A b s t r a c t R e s e a r c hp u r p o s e s T h es e t t l e m e n to ft h el i g h tr a i lb r i d g ea r o u n dt h eX u n l i m e nS t a t i o no fL i n e2o fW u h a n m e t r ow a sc o n s i d e r e dt ob es t a b i l i z e da f t e rt h ea n a l y z i n gt h em o n i t o r e dd a t aa n do p t i m i z i n gt h ec o n s t r u c t i o np l a n ． H o w e v e r ．i tw a sn e c e s s a r yt of u r t h e rs t u d yw h e t h e rt h ea b s o l u t es e t t l e m e n ta n dd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to ft h eb r i d g ep i e r c o u l dm e e tt h eo p e r a t i o n a lr e q u i r e m e n to fl i g h tr a i lo rn o tt om a k es u r et h ec o o r d i n a t i o no fn e w l y - b u i l tu n d e r g r o u n d s t r u c t u r ew i t ht h eo p e r a t i o no ft h eg r o u n ds t r u c t u r ef o rm e e t i n gt h es e r v i c er e q u i r e m e n t sf o rt h e m ． R e s e a r c hc o n c l u s i o n s F r o mt h ec a l c u l a t i o no ft h en u m e r i c a lv a l u e so ft h el i g h tr a i lb r i d g ep i e r ，a n a l y s i so ft h e m o n i t o r e dd a t as e t t l e m e n ta n dc o m p a r i s o nw i t ht h ec o r r e s p o n d i n gc o d e si ti sc o n c l u d e dt h ee x i s t i n gs e t t l e m e n to ft h el i g h t r a i lb r i d g ec a l lm e e tt h es e r v i c er e q u i r e m e n to fl i g h tr a i l ． K e yw o r d s m e m oc o n s t r u c t i o n n u m e r i c a lc a l c u l a t i o n ；o p e r a t i o n a la n a l y s i s ；l i g h tr a i l ；b r i d g ep i e r ；s e t t l e m e n t 文献[ 1 ] 对武汉地铁复杂工程环境下，城市中心 关键区段的循礼门车站深基坑开挖的施工监测进行了 分析，对施工方案进行了优化，经处理使轻轨桥墩的绝 对沉降与差异沉降得到了控制；然而，控制后的沉降能 否满足基坑开挖过程中轻轨列车运营的要求，需要进 一步研究。 姜忻良1 2 1 等人通过对实际工程深基坑开挖过程 中的基坑周边土体水平位移等的现场监测和数值模拟 分析，讨论了基坑开挖过程中支护结构受力的特点及 其对周围环境的影响。覃卫民po 等人针对实际基坑 开挖工程旁房屋出现明显的墙体裂缝，根据监测成果 分析裂缝成因。陈福全H 1 等人采用土工有限元软件 P l a x i s8 ．2 ，分析了基坑开挖时对邻近桩基产生的影 响。王显星”1 等人基于实际工程，分析了该设计与施 收稿日期2 0 1 0 一0 7 一1 6 基金项目武汉市科技攻关计划项目 地铁工程建设安全控制关键技术和产业化示范研究 ；国家杰出青年科学基金 5 0 9 2 5 8 2 8 ；中国博士后 科学基金 2 0 0 9 0 4 6 0 9 5 3 作者简介丁烈云，1 9 5 5 年出生，男，博士，教授，博士生导师。 万方数据 8 8铁道工程学报2 0 1 0 年1 1 月 工方法在保证基坑稳定性的基础上，能够大大缩短施 工工期，并且在最大程度上减少对周边环境的影响。 戚科骏【6J 等人运用有限元方法，分析了不同阶段基坑 开挖对临近地铁隧道的影响。聂宗泉“ o 等人对柔性 支护软土深基坑开挖对坑周地表位移场的大小及分布 规律进行了研究。高广运旧。等人运用F L A C 一3 D 软 件建立三维数值分析模型，对基坑施工进行全过程动 态模拟，根据结果分析了基坑开挖对隧道的影响。杨 敏【9 1 采用三维弹塑性有限元法，分析了基坑开挖与临 近桩基间的相互作用。 本文主要延续前文⋯，重点研究城市建设中地下工 程开挖与周边重要构筑物的安全运营如何协同的问题。 1轻轨桥梁差异沉降的数值分析 建立文‘1 1 中轻轨有限元模型如图1 、图2 所示，其 中材料参数取值如表1 所示。 图1 轻轨桥梁的整体模型 图2 桥墩及垫块模型 表1 材料参数 密度弹性 泊松比 热膨胀摩擦 ／ k g m 。模量／P a 系数系数 混凝土 25 5 13 ．1 5 e 1 00 ．1 6 70 ．3 钢筋78 5 02 ．1 e l l O ．31 ．2 E 一5 定义轨道的四种不平顺如图3 所示，水平、高低、 轨向、规矩不平顺分别为 S P 。 Ⅱ一u G D B H B Y u D Y 图3 轨道四种不平顺示意图 结合工程实测数据，计算Q 4 与Q 3 差异沉降下的 受力云图，如图4 所示；图4 中，轻轨桥各部分构件可 以达到运营要求。 图4 轨道四种不平顺示意图 桥墩在三坐标轴方向上存在平动U X 、U Y 、U Z ，在 X Y 面内存在转角R O T Z ，桥梁在理面内存在转角 R O T X 。根据有限元计算四种轨道不平顺在上述五种 位移下的影响分析如表2 所示。 表2 五种位移对于四种轨道不平顺的影响分析 轨距偏差轨道高低轨向变化轨道水平 U X 微有弱较强 W微弱 微有 U z 微有弱较强 尺0 7 X弱有 有有 尺0 7 Z 微有有有 2 轻轨桥梁运营监测数据分析 以2 0 0 9 年1 2 月3 1 日轻轨桥梁运营的列车上行 监测数据为例，如表3 所示。如果将上行线路监测数 据用红线表示，下行线路用蓝线表示，用黑色箭头表示 桥墩位置，并以浅色虚线标出维修标准，以深色虚线标 出保养标准 参见图上纵坐标说明 ，对于轨距、水平、 轨向、高低，分别如图5 ～图8 所示。 万方数据 第1 1 期 丁烈云李炜明吴贤国等武汉地铁施工对轻轨桥梁影响的数值与监测分析8 9 表3 轻轨桥梁列车上行监测数据 单位m l T I 序号 轨距水平 轨向高低序号轨距水平轨向高低 l3 522 01 82 23 532 01 8 23 5O2 01 52 33 632 01 8 33 522 01 72 4 3 6 21 7 1 8 4 3 53 1 81 82 53 502 11 6 53 40 2 21 82 63 631 81 8 63 40 1 81 72 73 622 02 1 73 402 l1 52 83 632 01 6 83 5一l2 11 92 93 531 91 6 93 6O1 61 83 03 732 11 7 l O3 432 l1 63 l3 631 91 8 1 l3 4 一直 2 0 1 8 3 2 3 621 91 7 1 23 522 0 1 03 33 712 01 7 1 33 62 1 91 4 3 4 3 502 11 6 1 43 422 2 1 7 3 5 3 7O1 81 6 1 53 40 1 91 93 63 442 21 8 1 63 5一l2 0 1 8 3 7 3 48 2 3 1 9 1 7 3 502 01 73 83 51 22 31 8 1 8 3 511 91 53 93 61 82 31 3 1 9 3 5 21 91 84 03 52 42 51 4 2 03 6一l2 01 7 4 l3 42 92 91 8 2 l3 402 02 0 实测轨距偏差／m 临修标准l O 保养标准8 维修标准6 4 2 O 维修标准一2 临修保养标准一4 6 实测水 2 4 2 0 1 6 临修标准1 2 ． 保养标准8 维修标准4 O 维修标准一4 保养标准一R l 临修标准” Q l 3 1 ’Q 3 2 9 2 7 。2 6 ’ ；．八3 己／IA Q 2 k 3 0 “ 龇Q 4 2 8 U ’W ． y - ．．．jV ” yV 、’ - 481 21 62 0 2 4 2 8 3 2 3 6 4 0 轨距 标准为3 5r a m ／每5m 为一个测点 图5 轨距上下行监测数据 平I m m ；．．r1．r。Q，3．赢29“／奢32。Q230“Q428／． 。 j2 酽 ；一』．．L ．1 ．妙．1 ． y ， V 认々z 驴一j ．_ 、V _ ’7 481 21 6 2 02 42 8 3 2 3 6 4 0 。 水平 标准为o ／每5m 为一个测点 图6 水平上下行监测数据 可以看到，图6 与图7 中，横坐标[ 3 5 ，4 1 ] 的区 间，监测数据超过了维修标准与保养标准，这是因为轻 轨列车在进站台的过程中，水平与轨向偏差较大，会超 过标准段的控制标准，在允许值的范围。武汉轨道集 团运营公司对于轻轨轨道轨距、水平、高低、轨向四个 实测轨距偏差，m 临修标准1 0 保养标准8 维修标准6 4 2 0 维修标准一2 临修保养标准一4 6 Q l 3 1 ‘1Q 3 2 9 “ 2 7 。2 6 ；．入3 己』八Q 2 k , 3 1 y l 妣Q 4 2 8 U e 心．| j 寸j 。{ ＼’ 。v ＼’。 - 48 1 21 62 02 4 2 8 3 2 3 64 0 。 轨距 标准为3 5r n m ／每5m 为一个测点 图7 轨向上下行监测数据 实测轨距偏差／r n 临修标准l O 保养标准8 维修标准6 4 2 O 维修标准一2 临修保养标准- 4 6 Q I 3 1 。、Q 3 2 9 2 7 “ 2 6 ’ ；．入3 | A 2 “ ／I Q 2 k 3 0 。 l 能Q 4 2 8 “ ，U - 轮．≯’’j ＼’＼ 1v ＼’’ 481 21 6 2 02 42 8 3 2 3 6 4 0 。 轨距 标准为3 5m m ／每5m 为一个测点 图8 高低上下行监测数据 指标的要求如表4 所示。 表4 武汉轨道集团运营公司轻轨运营控制标准 单位m m 维修标准保养标准临修标准 轨距 一2 ． 6 4 ． 85 ． 9 水平 46l O 轨向 46 1 0 高低 4土61 0 3 相关规范要求 若比照现行规范规定 3 ．I 铁路桥涵地基和基础设计规范 T B1 0 0 0 2 ．5 2 0 0 5 刮的规定对于明桥面桥梁墩台均匀沉降量不 得大于4 0m m ，相邻墩台均匀沉降量之差不得大于 2 0m m o 3 ．2 地铁设计规范 G B5 0 1 5 7 - - 2 0 0 3 [ 1 的规定 对于高架桥梁墩台均匀沉降量不得大于5 0m m ，相邻 墩台均匀沉降量之差不得大于2 0m m 。 3 ．3 铁路桥涵设计基本规范 T B1 0 0 0 2 ．1 m 2 0 0 5 纠的规定顺桥方向△≤抠；横桥方向由墩台 横向水平位移差引起的相邻结构物桥面处轴线间的水 平折角，当桥跨小于4 0m 时，不得超过1 ．5 ‰；当桥跨 等于或大于4 0n l 时，不得超过1 ．o ％o 。 3 ．4 根据现行的地铁设计规范 G B5 0 1 5 7 - - - 2 0 0 3 的规定顺桥方向△≤5 扼；横桥方向△≤4 扛。 3 ．5 地下铁道工程施工及验收规范 G B5 0 2 9 1 9 9 9 L 1 3J 的规定轨道方向直线段用1 0i n 弦量，允许 万方数据 长1 8m 的距离范围内应无大于2m i l l 的三角坑；轨顶 A n 出s i so fP i l eR 鹤p o I 嫩D 仳t oB 7 a c 耐E x c a v a t i o n 一 高低差用1 0m 弦量不应大于2m m ；轨距允许偏差 洒d u c e ds o nL a t e r a lM o V 。m 。n ‘[ J ] R o c k 柚ds o ‘1 为‰2 恐黧煞珊1 ％o o 一⋯⋯，。[ 5 ] 王M e 娼c h a n i 包c s 嚣答1 - 铁1 9 路7 6 南．站大型基坑工程舡 ⋯，摹 、警铁拳毡婴篓 地下篓道工程施于癸。。嘉蒿翥杀茗荔；‘F j 了喜丢菇；三蕃菰一2 0 ～0 5 。 一 验收规范中，L 为桥梁跨度 m ，当L 2 5m 时，按 ，1 ‘二。I ；⋯ ”’‘ 。⋯ 2 5I T l 计；△为桥墩顶面处顺桥或横桥方向水平位移w a 哩Ⅺa 删n g ，B 卸x u f a n ，G 舯Q i a n g ．1 n f l u e n c eo f 性变形的影响。 S o u t hR a i l w a yS t a t i o no nE n v i r o n m e n ti nS h a n g h a i 4 结论 №1 嚣箝罢喜嚣笔耋嚣慧黼 增溅2 5 嘶4 8 5 挖- 城市地铁施工，周边环境复杂，施工设计要求与周 5 4 8 9 边构霎竺曩差要紊夏譬褒弯登篡i 挚萝 墨三、，睡 ．门 硝Q iK 。e ∞j u p n ’碑W a E n g x ∞X v u a d 。o ；。n n g ’A J 哪i a n a ∞gn G 。a n 协g ’e ，t u a n l n ．d A n 。a J l y s ，7 考查延续文_ 的思路，以武汉地铁二号线循礼门C “h i J ‘’二 二二d I t 葺l 三二 车站为例，从数值计算、监测数据分析、相关规范规定2 肿5 s 2 ；5 铝5 5 4 8 9 ． 8⋯ 三方面进行了分析，认为基坑开挖过程中，施工方案进 [ 7 ] 聂宗泉，张尚根，孟少平．软土深基坑开挖地表沉降评估 行优化调整后的实测沉降，能达到轻轨的运营要求。 方法研究[ J ] ．岩土工程学报，2 0 0 8 8 1 2 1 8 1 2 2 3 ． 项目施工设计要求与周边已建项目难以协同的问题提 变形影响及控制研究[ J ] 岩土工程学报，2 0 1 0 3 4 5 3 一 供参考依据。 4 5 9 ‘ [ 11 銎季煮慧巴墨 曼妻要篓，铁烹i 门车站深基 C h ‘i n e s eJ 。o u r n a l 。fG e o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n g ，2 i w o l o L J 3 ； 坑施工监测分析[ J ] ．铁道工程学报，2 0 1 0 9 7 4 7 7 ． ⋯⋯ 。～ 、一 D i n gL i 。y 咖，L iw 。i l I I i n g ， w ux i 蛐g I I 。，e t a l 。 r 9 ] 杨敏，周洪波，杨桦．基坑开挖与临近桩基相互作用分析Co n s t r u c t i o nF i e l dM o n i t o r i n go nD e e pE x c a v a t i o no f’j ⋯一i ⋯⋯⋯ ⋯⋯。⋯⋯～⋯”⋯⋯’ w u h a nM e t mx u I l l i m e ns 二t i o n 『f ] ．J o u m _ a lo f [ J ] 土木工程学报，2 0 0 5 4 9 1 9 6 R a U w a yE n g i n e e r i n gs o d e t y , 2 0 l o 9 ；7 i 一7 7 ． Y 柚gM i n ， Z h o u H o n g b o ，Y a n gH u a N u m e r i c a l [ 2 ]姜忻良，宗金辉，孙良涛．天津某深基坑工程施工监测及 A n a l y s i s o fP i I e R 鹤p o n 辩I 眦t 0u 璐u p p o r t e d 数值模拟分析[ J ] ．土木工程学报，2 0 0 7 2 7 9 1 0 3 ． E x 阻V a t i o n i n d u c e dL a t e r a lS o l lM o v e m e n t [ J ] J i a n gX i n i i a n g ，Z o n gJ i n h I l i ， S u n L i a n { 乒a o ． C h i n aC i v i iE n g i n e e r i n gJ o u r n a l ，2 0 0 5 4 9 1 9 6 Q i nW e i m i n ，P a n gT i e z h e n g ，W a n gH a o ，e tai．TB1 0 0 0 2 l 一2 册5 ．F u n d a m e n t a lC o d ef o r ．D e s i g no n 万方数据 武汉地铁施工对轻轨桥梁影响的数值与监测分析武汉地铁施工对轻轨桥梁影响的数值与监测分析 作者丁烈云， 李炜明， 吴贤国， 周诚， 骆汉宾 作者单位华中科技大学,武汉,430074 刊名 铁道工程学报 英文刊名JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETY 年，卷期201011 被引用次数3次 参考文献13条参考文献13条 1.丁烈云;李炜明;吴贤国 武汉地铁循礼门车站深基坑施工监测分析 201009 2.姜忻良;宗金辉;孙良涛 天津某深基坑工程施工监测及数值模拟分析[期刊论文]-土木工程学报 200702 3.覃卫民;逄铁铮;王浩 深基坑附近房屋出现裂缝的施工监测分析[期刊论文]-岩石力学与工程学报 200903 4.陈福全;汪金卫;刘毓氚 基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析[期刊论文]-岩土力学 200807 5.王显星;包旭范;高强 上海铁路南站大型基坑工程施工对周边环境影响 2005增2 6.戚科骏;王旭东;蒋刚 临近地铁隧道的深基坑开挖分析 2005增2 7.聂宗泉;张尚根;孟少平 软土深基坑开挖地表沉降评估方法研究[期刊论文]-岩土工程学报 200808 8.高广运;高盟;杨成斌 基坑施工对运营地铁隧道的变形影响及控制研究[期刊论文]-岩土工程学报 201003 9.杨敏;周洪波;杨桦 基坑开挖与临近桩基相互作用分析[期刊论文]-土木工程学报 200504 10.TB 10002.5-2005,铁路桥涵地基和基础设计规范 11.GB 50157-2003,地铁设计规范 12.TB 10002.1-2005,铁路桥涵设计基本规范 13.GB 5029-1999,地下铁道工程施工及验收规范 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 刘永棵.张雪松.孙继飚 连续刚构轻轨桥健康监测系统设计研究[期刊论文]-四川建筑2008,284 2. 李春生 南冲高架桥某基桩的检测与处理[期刊论文]-土工基础2004,181 3. 黄志鹏.童克强.李维树.吴相超.刘将忠.乐俊义 重庆市快速轨道交通大坪出渣支洞爆破施工地面建筑爆破振动 及裂缝监测[期刊论文]-岩石力学与工程学报2001,20z1 4. 桂芳茹.Gui FangRu 天津市地铁一号线南楼站变形监测的实施[期刊论文]-城市勘测20101 5. 黄力平 既有高架桥的检测评估方法及桩基托换的施工监测[期刊论文]-土工基础2002,162 6. 梁志勇.王瑞峰 地铁暗挖隧道紧邻既有建筑物施工方案分析[期刊论文]-北方交通20098 7. 刘毅 高架桥主跨检测及评定[期刊论文]-青海交通科技20062 8. 杨勇 浅谈武汉地铁某车站出入口SMW工法基坑围护设计与施工[期刊论文]-中国科技纵横20103 9. 张伟荣.ZHANG Wei-rong 浅谈地铁盾构隧道洞内监测的实施[期刊论文]-广州建筑20091 10. 陈福明.邹玉生.Chen FuMing.Zhou YuSheng 宁波市轨道交通地面沉降监测实施探讨[期刊论文]-城市勘测 20104 引证文献3条引证文献3条 1.任建喜.王松.陈江.孙杰龙.孟昌.朱元伟 地铁车站PBA法施工诱发的地表及桥桩沉降规律研究[期刊论文]-铁道工 程学报 20139 2.吴贤国.张立茂.陈跃庆 地铁施工邻近桥梁安全风险管理研究[期刊论文]-铁道工程学报 20127 3.吴贤国.陈跃庆.张立茂.姚春桥 地铁工程施工安全监控预警管理及评价标准研究[期刊论文]-铁道工程学报 20135 引用本文格式丁烈云.李炜明.吴贤国.周诚.骆汉宾 武汉地铁施工对轻轨桥梁影响的数值与监测分析[期刊论文]- 铁道工程学报 201011