高架橋梁和盾構(gòu)隧道的相互影響研究

楊進(jìn)先

（中鐵大橋勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430056）

1 工程概況

江陰濱江路快速化改造工程為江陰快速環(huán)線的組成部分，利用原濱江路進(jìn)行快速化改造，全線除虹橋路隧道外均采用高架形式，高架橋在西外環(huán)路東側(cè)上跨江陰靖江長江隧道。主路采用城市快速路標(biāo)準(zhǔn)兼公路功能，設(shè)計速度80 km，標(biāo)準(zhǔn)段橋?qū)?6.1 m，橋涵設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)為城-A 級。江陰靖江長江隧道為江陰靖江之間的過江通道，隧道與濱江路斜交角度83°，隧道采用外徑為15.5 m 的雙管盾構(gòu)隧道，在濱江路兩盾構(gòu)隧道凈間距為9.9 m，隧道埋深14.5 m。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用38 m+66 m+38 m 現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越隧道，跨中梁高2.1 m，中支點梁高4.1 m，下部結(jié)構(gòu)采用11 根直徑1.5 m的鉆孔樁基礎(chǔ)，橋梁樁基與盾構(gòu)隧道最小凈距為7.81 m，橋梁和隧道的位置關(guān)系見圖1。

圖1 橋梁和隧道的位置關(guān)系圖（單位:cm）

2 盾構(gòu)隧道施工對橋梁樁基的影響

根據(jù)隧道和濱江路快速化的工程實施計劃，濱江路跨線橋完成時間早于隧道穿越濱江路的時間，隧道和橋梁的相互影響主要盾構(gòu)隧道施工地層損失引起的建構(gòu)筑物沉降變形或傾斜[1]。根據(jù)盾構(gòu)隧道施工案例，盾構(gòu)隧道穿越建筑物時，地層損失率可以控制在0.5%以內(nèi)。利用Plaxis 3D 有限元數(shù)值軟件，對盾構(gòu)隧道穿越濱江路跨線橋節(jié)點進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，周圍土體最大位移變化及承臺沉降分布如圖2 和圖3 所示。

圖2 周圍土體最大位移變化圖

圖3 承臺沉降分布圖

根據(jù)計算結(jié)果，盾構(gòu)隧道在控制地層損失0.5%情況下，施工對周圍土體的最大水平位移為25 mm，最大豎向位移為37.5 mm，承臺最大水平位移為0.38 mm，最大隆起0.72 mm，計算的樁頂最大最大水平位移為1.55 mm，對樁基的受力影響較小。為防止不可預(yù)測因素的影響，確保結(jié)構(gòu)安全，設(shè)計要求在盾構(gòu)隧道穿越結(jié)構(gòu)物時，加強對橋梁變形監(jiān)測，同時加強對地層水平、豎向變形和地下水位監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工參數(shù)，制定報警機制、應(yīng)急措施及加固預(yù)案。并在工后持續(xù)監(jiān)測，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果確定后續(xù)監(jiān)測時間。

3 橋梁上部結(jié)構(gòu)施工對隧道的影響

在實際施工中，濱江路的快速化改造工程推進(jìn)滯后于隧道施工，導(dǎo)致在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工至臨近隧道兩根樁時，盾構(gòu)隧道穿越過橋梁。橋梁與盾構(gòu)隧道的相互影響發(fā)生了變化，此時應(yīng)由考慮隧道施工對橋梁的影響調(diào)整至考慮橋梁施工對隧道的安全的影響。經(jīng)分析，橋梁施工對隧道安全存在的可能風(fēng)險主要有兩個方面：（1）鉆孔灌注樁施工塌孔，造成周邊土體塌陷，從而對隧道結(jié)構(gòu)造成變形；（2）橋梁上部結(jié)構(gòu)滿堂支架施工荷載將會對隧道造成影響。

3.1 樁基施工對隧道的影響

在隧道通過后未完成施工的兩樁距離隧道邊緣凈距約9 m，見圖4，對隧道的主要安全風(fēng)險點是鉆孔灌注樁施工一旦發(fā)生塌孔，將對隧道周邊的土體產(chǎn)生變形，從而影響隧道的安全[2]。為確保安全，提出按照目前鐵路、地鐵附近樁基施工的做法，采用全套管鉆孔施工技術(shù)進(jìn)行樁基施工，全套管鉆孔施工技術(shù)對周圍地層擾動小，施工質(zhì)量容易保證，可有效避免灌注鉆孔樁施工過程中的塌孔問題，消除給隧道帶來的安全隱患。

圖4 隧道通過后未完成施工的樁基布置

3.2 滿堂支架施工荷載對隧道的影響

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用滿堂支架施工，隧道上方進(jìn)行滿堂支架施工的主要風(fēng)險是確保隧道在滿堂支架施工期間的施工荷載作用下隧道安全。經(jīng)隧道設(shè)計單位檢算，隧道上方滿堂支架傳給地表的荷載控制在40 kPa 以內(nèi)能確保隧道安全。由于箱梁的荷載分布不均，箱梁有腹板位置處的荷載遠(yuǎn)大于40 kPa，而翼緣和箱室位置的荷載小于40 kPa，若能做到均布傳遞下去即能滿足要求。經(jīng)充分研究及類似工程經(jīng)驗，考慮采用工字鋼作為橫向分配梁，橫向分配梁在橫向連續(xù)布設(shè)，在隧道上方縱向布設(shè)間距為0.6 m，鋼管下墊0.6 m×0.6 m 的鋼墊板。

施工荷載參數(shù)取值： 模板及木方自重0.3 kN/m2； 支架重3.0 kN/m2；施工荷載取3.0 kN/m2。

翼緣以內(nèi)18.5 m 寬、1.2 m 長范圍內(nèi)荷載如下。

恒載計算：21.502×1.2×26=670.9 kN。

施工荷載計算：18.5×（0.3+3+2+1+2）×1.2=184.26 kN。

1）鋼管間距按照60 cm×60 cm 布置，18.5 m 寬、1.2 m 長范圍內(nèi)總荷載量為：670.9+184.26=855.16 kN；

2）18.5 m 寬、1.2 m 長范圍內(nèi)共有鋼管64 根鋼管，單根鋼管承載力為：855.16/64=13.36 kN；

3）地面承載壓強計算為：13.36/0.6/0.6=37 kPa<40 kPa，符合要求。

3.3 變形監(jiān)測

為確保隧道安全，在箱梁澆筑期間對隧道頂?shù)孛娉两?、隧道頂沉降進(jìn)行監(jiān)測。觀測點布置見圖5，地表沉降及隧道拱頂沉降觀測數(shù)據(jù)見表1 和表2。

表1 地表沉降觀測數(shù)據(jù)

表2 隧道拱頂沉降觀測數(shù)據(jù)

圖5 沉降觀測點位布置圖

由表1 和表2 可見，在箱梁澆筑期間，地表及隧道頂沉降未發(fā)生突變，觀測點地表累計沉降量最大為3 mm，隧道拱頂沉降1.1 mm，均滿足盾構(gòu)法隧道地表沉降監(jiān)測控制值30 mm[3-4]，隧道結(jié)構(gòu)安全。

4 結(jié)語

依據(jù)江陰濱江路快速化改造工程跨越盾構(gòu)隧道工程實際情況，分析了不同的施工工序下橋梁和隧道間的相互影響，隧道穿越已施工的橋梁，應(yīng)重點關(guān)注盾構(gòu)土層損失引起的橋梁樁基變形，從而對橋梁的安全產(chǎn)生的影響；在隧道施工完成后施工橋梁，一方面應(yīng)重點關(guān)注橋梁樁基施工塌孔對隧道安全的影響，另一方面應(yīng)關(guān)注滿堂支架施工荷載對隧道的影響。本項目在實施過程中，根據(jù)施工工序的調(diào)整，充分分析了橋梁隧道的相互影響，并采取了一些保證措施確保安全施工，目前已順利安全完成上跨橋梁及隧道的施工。