摘要：本文依托成昆复线米攀段垭口隧道下穿百米城门洞大桥桥墩工程，采用有限元差分软件FLAC3D对隧道采用双侧壁导坑法下穿百米城门洞大桥桥墩竖向沉降和水平偏移进行分析，结果表明：随着隧道开挖步数不断增加，百米桥墩右线四号墩近隧道一侧最大竖向沉降达到2.82mm，远隧道一侧可达到2.31mm；水平偏移出现最大在右线四号墩，偏移量达到1.23mm；从竖向沉降和水平偏移量可得到百米城门洞大桥桥墩总体趋于稳定，隧道所采取的双侧壁导坑法较为合理。
关键词：垭口隧道；百米城门洞大桥；双侧壁导坑法；竖向沉降；水平偏移
目前，中国的交通基础设施建设是一个大发展阶段，铁路网规划日臻完善，西南地区的铁路建设仍然是跟随的步伐，这不可避免地导致大规模的山岭隧道施工[1~3]。限于西南地区的高山和巍峨的丘陵，无论是在公路上还是铁路上，桥梁和隧道都是非常高的，必须有大量的线性建设严格要求高铁、既有线、扩建改造工程[4~5]。限于西南地区地形条件，山岭隧道在前期选线及后期施工建设过程中将不可避免的会遇到与既有运营铁路、公路桥梁近接相交的情况。
隧道下穿既有桥梁施工过程中，毫无疑问会导致周边一定范围内围岩产生变形和位移，当周边围岩的应力及变形传递到桥梁时，会打破桩基周围土体原有已经平衡的应力状态，降低桩基及上部结构的承载能力和自稳能力，直接影响既有运营桥梁的正常使用，甚至会导致桥梁桩基结构及上部结构产生失稳破坏。同时，由于既有桥梁多种荷载的作用，将严重影响到隧道自身开挖阶段的施工效率，后期运营阶段的安全也势必受到影响。隧道邻近既有桥梁施工不仅直接增加工程建设成本，甚至会引发重大施工事故，已经成为制约我国交通基础设施建设和发展的重要因素，因此开展新建隧道下穿既有运营桥梁条件下的桥梁竖向沉降和水平偏移显得意义重大。
1 工程概况
垭口隧道于D2K552+215～410下穿京昆高速公路城门洞大桥。下穿段共穿越京昆高速公路4个桥墩，分别为左线4号墩、5号墩，右线3号墩、4号墩。该4个墩均为单桩基础，且地面以下为实心结构，桥墩尺寸为645cm×680cm。左线4号墩高123.5m，埋入岩土层中约39m；左线5号墩高137m，埋入岩土层中约60m；右线3号桥墩高123.5m，埋入岩土层中约65m；右线4号桥墩高138m，埋入岩土层中约46m。左线4、5号墩的跨径和右线3、4号墩的跨径均为110m，桥面宽11.25m。下穿段城门洞大桥桥墩实景图见图1。
2 数值模拟
2.1 计算参数选取
根据垭口隧道下穿城门洞大桥段勘察设计资料，并综合参考超前地质预报及超前钻孔资料，该下穿施工段地层从上而下依次为：碎石土、强风化片岩夹石英砂岩（W3）、弱风化片岩夹石英砂岩（W2）。计算中由上到下各层围岩物理力学参数见表1，各支护材料参数见表2。
2.2 模型建立
（1）计算模型建立
垭口隧道下穿段三维数值模型如图2~图3所示，模型尺寸长×宽×高为70m×120m×106m。计算范围为垭口隧道里程D2K552+230～400，分别于D2K552+365～355、D2K552+350～341下穿城门洞大桥右线4号墩、左线5号墩。
（2）计算工序模拟
现场实际施工开挖情况为：右导洞（远离右线4号桥墩侧）开挖至D2K552+354，左导洞（邻近右线4号桥墩侧）开挖至D2K552+374，总体掌子面上台阶开挖至D2K552+375，中台阶左侧开挖至D2K552+376.8，中台阶右侧开挖至D2K552+376.8，仰拱开挖支护至D2K552+383，二次衬砌施工至D2K552+390，只有右导洞已经施工穿过右线4号墩，掌子面位置刚好在桥墩边界所在断面，而左导洞和总体掌子面还未施工至桥墩正下方。现场开挖进尺情况见图4，双侧壁导坑法开挖顺序示意图见图5。
由于桥墩自身不均匀沉降会使桥墩产生倾斜，进而会对上部结构内力和变形产生较大影响，而城门洞大桥自身又是高墩大跨超静定结构，因此本节除了对右线4号墩、左线5号墩最不利测点进行竖向沉降和水平偏移进行分析，还将针对右线4号墩自身不均匀沉降进行分析。
3 位移分析
3.1 桥墩竖向沉降分析
城门洞大桥右线4号墩和左线5号墩竖向沉降累计曲线分别见图6、图7。
3.2 桥墩水平偏移分析
城门洞大桥右线4号墩和左线5号墩水平偏移累计曲线分别见图8、图9。
4结论
通过采用数值模拟对垭口隧道下穿百米城门洞大桥桥墩竖向沉降与水平偏移进行分析，得到以下结论：
（1）隧道下穿百米桥墩引起的桥墩最大竖向沉降出现在右线四号墩近隧道一侧，沉降值可达到2.82mm，总体达到稳定状态，但建议应做好预防加固措施。
（2）右线4号墩在水平偏移上较为敏感，最终计算水平偏移值为1.23mm，左线5号墩由于距离隧道相对较远，因此隧道下穿对其影响较小，其偏移值为0.45mm。
（3）百米桥墩竖向沉降和水平偏移值虽然处于稳定状态，但建议可进一步做好预防加固措施，尤其是右线四号墩靠近隧道一侧。
参考文献：
[1]段明明.铁路隧道下穿既有连续刚构桥施工相互影响及工程应对措施研究[D].西南交通大学，2016.
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[4]仇文革.地下工程近接施工力学原理与对策的研究[D].西南交通大学，2003.
[5]周正宇.地铁邻近既有桥梁施工影响分析及主动防护研究[D].北京交通大学，2012.
论文作者:何能方1,张选龙1,段明明2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
标签：桥墩论文; 隧道论文; 城门论文; 大桥论文; 桥梁论文; 水平论文; 导坑论文; 《基层建设》2017年第16期论文;