隧道下穿高架橋梁施工對橋墩基礎(chǔ)影響研究

馬馳原 中化學(xué)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司

一、工程概括

（一）隧道情況

隧道下穿的高架橋梁是作為一個主體存在的單獨(dú)隧道，其長度較長，自工程竣工起左工程封號為ZK1+386-ZK4+88，長度可達(dá)到2702 米，右工程自竣工起封號為YK1+386-YK4+905，其長度可達(dá)到3519 米。隧道下穿高架橋梁的最大深埋高度為430米。隧道呈現(xiàn)出平面的現(xiàn)行進(jìn)口，進(jìn)口出位于半徑約為1800 米的圓曲線上，同時出口也呈現(xiàn)出平面線形，出口段位于半徑為920米的圓曲線上。進(jìn)口端左右兩邊的線行間距為大約八米，出口端的左右現(xiàn)行間距為25米。進(jìn)口出口兩側(cè)均為上坡隧道，隧道坡度為2.3%。

該隧道在進(jìn)口的下半部分下穿高架橋梁，編號為K1+705-810，呈現(xiàn)出交叉隧道。高架橋梁樁基礎(chǔ)下穿高架橋梁#2 右側(cè)的輪廓線距離大約為26.2 米，距離長度為水平面上呈現(xiàn)出14.73 米，垂直長度呈現(xiàn)出17.8米。穿高架橋梁#3 距離隧道右半側(cè)的外輪廓線水平距離為九米。隧道下穿開挖擾動的影響對于穿高架橋梁施工的穩(wěn)定性起著一定的負(fù)面作用。為了確保最大處的施工不會影響橋梁基礎(chǔ)的建設(shè)，提高事故發(fā)生前的預(yù)警能力，避免造成人員傷亡事故和經(jīng)濟(jì)損失，加強(qiáng)對于隧道的施工與監(jiān)察是十分重要的。

（二）下穿段工程地質(zhì)條件

1.地形地貌

本文該工程隧道位于我國某高原的東部山面上，橫穿該山脈地表切割較深，并且高低起伏較為劇烈，其施工條件及地形較為復(fù)雜。山區(qū)表面大多數(shù)被森林及植物覆蓋，植被發(fā)育較為明顯屬于獨(dú)特的侵蝕性地貌。

2.地層巖性

隧道下穿高架橋梁通過的地段與巖性于第四系的殘坡，局部分布有碎石泥，巖石，灰?guī)r等。

3.水文地質(zhì)條件

該隧道區(qū)域的地表水與河流沖溝水為主。地下水主要是受大氣降水補(bǔ)給水量較少，主要由基層裂隙水組成。

二、隧道下穿高架橋梁對橋墩基礎(chǔ)影響

隧道工程在進(jìn)行施工時對橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定存在一定程度的影響，主要是表現(xiàn)為以下這兩個方面：

（一）橋梁的基礎(chǔ)沉降

高架橋梁基礎(chǔ)沉降問題，也是施工過程中的重點(diǎn)所在。在隧道下穿高架橋梁施工時，極大程度上會引起橋梁的基礎(chǔ)沉降。在隧道工程開始施工時以及開挖工程達(dá)到橋梁基礎(chǔ)的前期，在此施工階段內(nèi)，隨著施工深度的不斷進(jìn)入，隧道地面表層受到施工干擾的影響程度也在逐漸的增加。隨著工程橋梁基礎(chǔ)的建設(shè)及距離越來越近，橋墩基礎(chǔ)的沉降速度也會逐漸加快。在工程進(jìn)行開挖的后期，橋墩周圍出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降現(xiàn)象更為明顯，主要表現(xiàn)為橋梁基礎(chǔ)周圍的沉降值明顯地高于其他斷面處。另外除了橋梁自身基礎(chǔ)周圍的沉降情況之外，還有橋梁頂部沉降的存在。通過在該工程的實(shí)際勘察，可以發(fā)現(xiàn)隧道在沒有穿過高架橋梁進(jìn)行施工或下挖時，拱頂?shù)某两抵得黠@的低于在有高架橋梁穿過施工時的沉降值。分析其原因主要是因?yàn)闃蛄壕哂幸欢ǖ呢?fù)載作用，因此對于隧道開挖面的頂部承載力產(chǎn)生較大的影響。同時經(jīng)過實(shí)地勘察還能發(fā)現(xiàn)靠近橋梁一側(cè)的隧道斷面的沉降值低于遠(yuǎn)離橋梁的隧道沉降值。

（二）橋梁的位移偏側(cè)

在施工過程中基坑邊緣可能會出現(xiàn)一定限度的超載情況，最終會導(dǎo)致基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形或破壞。當(dāng)橋墩處的土層被干擾時，可能會因?yàn)槭艿綌_動而發(fā)生變形，基坑兩次的負(fù)荷也會存在不均勻的情況。這時橋墩的基礎(chǔ)就可能會發(fā)生位移上的偏差，這對于橋梁的施工與穩(wěn)定性，包括安全性都有著非常大的負(fù)面挑戰(zhàn)。

三、隧道下穿高架橋梁施工對于橋墩基礎(chǔ)影響的機(jī)理

在進(jìn)行隧道下穿高架橋梁的施工過程中，隧道的開挖會對周圍的土層及地面表層產(chǎn)生一定的擾動，會導(dǎo)致隧道周圍的土壤會向著隧道開挖的過程中的臨空面而運(yùn)動，主要表現(xiàn)為土壤在水平與垂直的方向上都存在著一定的位移偏差。橋墩與隧道之間存在開挖關(guān)系。

1.在水平距離區(qū)域內(nèi)的隧道的軸線上方，土壤表面下沉?xí)r會導(dǎo)致橋墩的下沉，從而導(dǎo)致橋墩的承載力下降。尤其是當(dāng)周圍土壤表層的下沉量大于橋墩的下沉量，使土壤表面會產(chǎn)生負(fù)摩擦力，促使橋墩發(fā)生沉降，在這種情況下會嚴(yán)重的影響橋墩的受力狀態(tài)。在水平距離區(qū)域內(nèi)的隧道的軸線下方，土壤表面上臺時會對橋墩產(chǎn)生正向的摩擦力，從而阻止橋墩的下沉，以最大限度保證橋墩的穩(wěn)定力。

2.在隧道施工處于毛洞的狀態(tài)下，隧道進(jìn)行開挖時，會導(dǎo)致隧道兩側(cè)的土壤向隧道內(nèi)的方向發(fā)生位移的偏側(cè)，這種位移的偏測在隧道達(dá)到軸線位置時的距離最長，在這種情況下，靠近隧道一側(cè)的土壤表面對于橋墩的壓力有一定的減小，遠(yuǎn)離隧道一側(cè)的土壤壓力會增大。由于隧道兩端的土壤壓力不平衡，會造成橋墩兩側(cè)的彎曲，從而使內(nèi)在的壓力增加，從而減少了橋墩的承載力。

四、監(jiān)控方案與應(yīng)對措施

（一）監(jiān)控方案

隧道施工要結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件和施工實(shí)際情況，科學(xué)、合理的布置監(jiān)控量測控制點(diǎn)，在此階段可以使用反光片進(jìn)行測試。施工過程中要同時的監(jiān)測兩個橋墩的情況，保證后視點(diǎn)的布置不影響隧道的施工范圍。為了最大限度地結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖┕で闆r，綜合考慮，初步擬定在高架橋梁的左右兩側(cè)的二號與三號蓋梁上分別布置一個監(jiān)控點(diǎn)，同時在每個橋墩上分別布置一個監(jiān)控點(diǎn)，這樣就各布置了四個監(jiān)控點(diǎn)。用反光片和全站儀的儀器組合進(jìn)行監(jiān)控測試。

（二）應(yīng)對措施

為了減少隧道下穿高架橋梁對于橋墩的影響，主要要從減少對于橋梁的擾動方面入手。具體可以對隧道周邊的地層采取防護(hù)措施，其次是對橋墩位置采取加固措施。

在隧道進(jìn)行開挖施工的過程中，要一定程度上減少土壤的沉降量，具體可以選擇對隧道上部結(jié)構(gòu)影響較小的位置進(jìn)行開挖，如雙側(cè)壁開挖。同時對隧道周邊的地層采取加固措施，例如進(jìn)行灌漿，采取大管棚支護(hù)等。另外為了加固橋墩位置，主要方法包括使用樁基托換方法，橋梁樁基進(jìn)行注漿，橋梁上部結(jié)構(gòu)頂升等。

五、結(jié)束語

隧道下穿高架橋梁施工時會對隧道周圍的地層產(chǎn)生一定的干擾，從而引起地層表面的移動或變形，對橋墩基礎(chǔ)與質(zhì)量產(chǎn)生一定損傷。一旦公路和橋梁產(chǎn)生偏差，就會影響后期的使用與運(yùn)營，因此在隧道下高架橋梁施工的過程中，采取相關(guān)的措施以保證橋梁的質(zhì)量與穩(wěn)定至關(guān)重要。