山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工技術(shù)分析

袁和芬

（云南功東高速公路建設(shè)指揮部，云南 昆明 650299）

0 引言

在我國城市軌道交通運輸發(fā)展的過程中，地下暗挖隧道已逐漸成為建筑工程中比較常見的施工技術(shù)，這種施工技術(shù)在很大程度上能夠幫助我國城市橋梁建筑質(zhì)量得到提升。在對隧道近距離下穿橋梁進(jìn)行施工時，相關(guān)技術(shù)工作人員應(yīng)根據(jù)其周邊的圍巖應(yīng)力釋放，采取合理可行的施工方案及措施，保證工程的整體質(zhì)量，同時積極避免在工程建筑過程中出現(xiàn)安全隱患及事故。為了能夠更加全面、有效地保證下穿橋梁盡可能撓動最小及施工安全，在施工的過程中應(yīng)該更加注重對冷開挖方案的解決。

1 工程概況

某橋梁在施工設(shè)計的過程中，為能夠更好地改變過去施工中存在的不利因素，積極地使用了下穿橋梁的施工技術(shù)。該橋梁在山地城市的暗挖隧道中進(jìn)行施工，為了能夠取得更好的施工效果，設(shè)計采用了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板橋型設(shè)計。與上部結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，在橋梁下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土雙柱式橋墩。在橋梁墩柱施工過程中，工程技術(shù)人員將φl10mm的PVC管預(yù)埋于距離墩頂70cm的位置，待混凝土強度達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求后，在預(yù)留孔道內(nèi)穿入φl00mm鋼棒，鋼棒頂端安裝工字鋼承重架，在工字鋼承重架上面鋪設(shè)一層槽鋼，作為蓋梁模板底座。采用該種施工方法可有效克服地形及空間限制，橋軸線能夠呈現(xiàn)出弧形分布的狀態(tài)，為我國橋梁的建筑與發(fā)展提供重要的幫助性作用，增加下穿橋梁施工的整體優(yōu)勢[1]。

橋梁不等截面墩柱蓋梁的施工在前期準(zhǔn)備過程中，常規(guī)施工使用的支架方式有滿堂式碗扣支架或者牛腿支架，左右隧道下，存在穿橋樁橫斷面（見圖1）。采用牛腿預(yù)埋技術(shù)在很大程度上會影響到橋梁墩柱的整體質(zhì)量，甚至?xí)绊懙綐蛄夯炷恋耐庥^美感；使用滿堂式碗扣支架，會因為墩柱的高度、地基承載力不均勻或不達(dá)標(biāo)，出現(xiàn)支架不穩(wěn)定的情況。綜合考慮后發(fā)現(xiàn)，橋梁工程的穿心鋼棒蓋梁施工方法可有效避免上述問題。該施工技術(shù)能夠在很大層面上對傳統(tǒng)的橋梁施工工藝進(jìn)行改良，克服了傳統(tǒng)施工方法中不利于橋梁質(zhì)量的因素，避免墩柱內(nèi)預(yù)留孔變形而導(dǎo)致穿心鋼棒出現(xiàn)不能穿過其中的問題和情況。

2 山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工技術(shù)的理論分析

對于現(xiàn)階段我國近距離的下穿橋梁施工技術(shù)來說，此項施工技術(shù)的應(yīng)用起步較晚，而且山地環(huán)境施工本身具有一定的難度，因此，在施工技術(shù)的應(yīng)用中，施工方通常需要先對該施工技術(shù)進(jìn)行理論分析，以及時發(fā)現(xiàn)、解決施工技術(shù)方案中存在的不足，保證技術(shù)操作效果。在理論分析過程中，為了更加有效地改善工程施工中危險系數(shù)高、社會影響力大等問題，應(yīng)該在施工之前對現(xiàn)場進(jìn)行細(xì)致的勘察，避免出現(xiàn)任何對建筑工程不利的狀況，同時應(yīng)對多種冷挖施工方式進(jìn)行細(xì)致對比，選擇出更加適合于施工區(qū)域?qū)嶋H情況的工程施工技術(shù)及措施。除此之外，還可以使用數(shù)據(jù)模擬的技術(shù)加大對施工現(xiàn)場中開挖進(jìn)尺的分析與研究。

2.1 建立模型

在山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工技術(shù)研究過程中，為了減輕施工邊界對最終數(shù)據(jù)試驗結(jié)果的影響，首先需要建立施工模型，在3D模擬圖形建立的過程中，技術(shù)操作人員可以先從地質(zhì)立體模型中x（長）、y（寬）、z（高）三個方向邊界長度分別為80m、72m、52m的模型中，對圍巖進(jìn)行實體單元模擬，更加全面地實現(xiàn)管棚加固區(qū)的圍巖屬性模擬。從最初施工中的初期支護(hù)，到臨時支撐、二次襯砌的單元模擬，橋墩、橋梁、橋樁等結(jié)構(gòu)的模擬，都是作用在以界面為單元的模擬范圍內(nèi)。然后在建立好的模型周邊進(jìn)行法向位移的約束，為了能夠更好地幫助橋梁模擬圖形的建立。在地表層可以建立自由的邊界面，這種邊界面的設(shè)立能夠更加全面地促進(jìn)下穿橋梁施工技術(shù)的進(jìn)步。無論是哪一種暗挖隧道橋梁施工技術(shù)，都需要在施工的過程中將每一個步驟進(jìn)行緊密的銜接，把影響模型尺寸和邊界的因素控制在一定的范圍內(nèi)，這樣就可以在先行隧道下穿段二次襯砌澆筑完成以后對工程的隧道進(jìn)行分段的開挖。也就是說，建立出一個比較完整的下穿段三維立體圖形（見圖2），就能夠幫助整個橋梁施工技術(shù)取得階段性的成就[2]。

2.2 確定材料參數(shù)

由于山地城市的位置比較凹陷，在下穿橋梁工程施工技術(shù)中存在著一定施工難度，很大程度上增加了工程施工人員的工作難度。所以，為了減少橋梁施工過程中的不利因素，在建立好施工模型以后，需要相關(guān)的技術(shù)人員，更進(jìn)一步確定建筑工程中各種材料的具體數(shù)據(jù)參數(shù)。而如何確定好材料數(shù)據(jù)參數(shù)，也是整個工程建筑中非常重要和關(guān)鍵所在，首先可以以建筑工程中實地考察的結(jié)果作為參考依據(jù)，然后再根據(jù)數(shù)據(jù)報告和大量的工程施工經(jīng)驗進(jìn)行下一步的工作。大管棚超前支護(hù)范圍內(nèi)巖層c、φ、E值依據(jù)文獻(xiàn)資料及取原圍巖相應(yīng)值的1.2倍,其余參數(shù)保持不變，經(jīng)過專業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算與分析，對相關(guān)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行不斷完善，更加全面地保證下穿橋梁建筑工程中各項材料數(shù)據(jù)參數(shù)的準(zhǔn)確性，促進(jìn)整個工程建筑的效率。

2.3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

在進(jìn)行下穿橋梁的施工過程中最主要的一個步驟就是數(shù)據(jù)結(jié)果的分析，如果想要更加全面、科學(xué)、準(zhǔn)確地推進(jìn)暗挖隧道近距離下穿橋梁工程施工和建筑工程的順利竣工，就需要相關(guān)的工作人員在其中每一個步驟環(huán)節(jié)加強監(jiān)督與管理。數(shù)據(jù)結(jié)果分析環(huán)節(jié)中主要包括地表沉降與拱頂沉降、樁基軸力與橋墩沉降兩個層面，只有對其進(jìn)行逐個的分析與研究，才能夠有效地促進(jìn)工程建筑的整體質(zhì)量[3]。

暗挖隧道近距離下穿橋梁的施工方案較多，以兩種方案為例進(jìn)行詳細(xì)的研究，分析地表沉降與拱頂沉降，確定最優(yōu)施工方案。方案一：起始開挖面在不同距離條件下施工，隧道拱頂豎向位移的方向也會發(fā)生一定程度上的曲線變化。也就是說，下穿橋梁施工建筑過程中起始開挖面的不同，會直接影響到隧道拱頂?shù)奈灰品较?。有的施工技術(shù)方案在數(shù)據(jù)結(jié)果分析的過程中，會因為其內(nèi)在結(jié)構(gòu)的不同或多或少地影響地表沉降量的大小。方案二：在下穿施工完成以后，地表沉降的大小和起始開挖面發(fā)生位移，在這一過程中地表的沉降量維持在1.778～2.055mm之間。與方案一在沉降量方面有著較大的區(qū)別，這種施工方案造成地表沉降量及影響范圍要比方案一小很多。不僅如此，在下穿橋梁施工完成以后，橋樁也會根據(jù)建筑工程附近的土層變化，而影響到其他地區(qū)范圍內(nèi)的地表沉降量，而且地表沉陷的范圍和方向也會根據(jù)橋樁分布的范圍進(jìn)行橫向或縱向的連接，大多都會呈現(xiàn)出成片分布的狀態(tài)。

除此之外，在不同的施工方案中，橋梁建筑左右兩側(cè)隧道的拱頂沉降規(guī)律基本上沒有什么區(qū)別，大多會出現(xiàn)中間凸起的形狀。如果左右兩側(cè)沉降的數(shù)值比較大，那么拱頂?shù)某两抵底兓姆秶蜁容^小。大多數(shù)情況下拱頂位置都會在下穿的部位上，這也在很大程度上說明了增強超前大管棚支護(hù)，減少開挖進(jìn)尺能夠很好地降低下穿施工技術(shù)過程中拱頂沉降量。另一方面，在不同的橋梁下穿方案施工過程中，同一個隧道范圍內(nèi)的拱頂沉降基本上能保持在同一個頻率范圍內(nèi)，他們之間的不同，一般會在沉降量大小方面得到體現(xiàn)，更加詳細(xì)的差別需要技術(shù)人員根據(jù)同一個隧道內(nèi)的拱頂沉降量大小進(jìn)行判斷。施工方案在具體的實施過程中通常會出現(xiàn)左側(cè)隧道拱頂沉降量較小，或者右側(cè)隧道拱頂沉降量較小的現(xiàn)象。而且，不同的橋梁下穿施工方案，會使得隧道內(nèi)部的總體數(shù)值出現(xiàn)或多或少的差別，但總體而言拱頂沉降量接近0.894mm。

第二個層面是樁基軸力和橋墩沉降。采用兩種不同的施工技術(shù)方案進(jìn)行橋梁下穿施工的過程中，樁基軸力和橋墩沉降會呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)。經(jīng)過長期的實驗證明，不同的橋梁施工方案對樁基軸力的影響幾乎沒有什么大的區(qū)別，而在多種實驗證明下，每一種施工方案都對右側(cè)隧道中橋樁中部范圍的影響較大，最大的軸力值甚至達(dá)到了3905.3906kN。為了能夠更加直觀地了解下穿橋梁施工完成后，對橋墩最終沉降量和差異的影響，相關(guān)的技術(shù)工作人員通過不斷地研究與分析，總結(jié)出了其中細(xì)小的差別。這也在一定的層面上說明了橋墩橫向偏移與垂直沉降有很多相似之處。

在施工過程中，不同的施工方案會直接導(dǎo)致橋墩最終沉降量呈現(xiàn)出不同的結(jié)果。在不同差異沉降的過程中，橋梁建筑施工方案中如果橫向沉降差減少，就會使得縱向差隨之增加，他們始終保持在一個相對平衡的狀態(tài)中。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是在橋梁建筑過程中橋墩與上部結(jié)構(gòu)已經(jīng)連接成為一個整體。在這樣的前提基礎(chǔ)下，工作人員就能夠更好地根據(jù)數(shù)值模擬的計算結(jié)果，對兩種不同的施工方案進(jìn)行詳細(xì)的解讀。同時為了能夠更好地保證橋梁投入運營以后的安全性，工作人員應(yīng)該盡可能地減少下穿橋梁施工技術(shù)對橋體的影響。盡量地將兩側(cè)隧道與橋樁的距離拉大，先行開挖距離更近、難度更大的右側(cè)隧道，為下穿橋梁施工提供有效的幫助，最大限度地減少施工難度，促進(jìn)下穿橋梁技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

3 現(xiàn)場檢測與技術(shù)要點分析

3.1 施工控制技術(shù)

在我國的橋梁建筑過程中，為了能夠更加有效地提升建筑工程的整體質(zhì)量，技術(shù)工作人員應(yīng)該對施工現(xiàn)場的檢查加以重視。為此，應(yīng)先根據(jù)施工現(xiàn)場具體數(shù)值進(jìn)行合理計算，獲取各項技術(shù)參數(shù)，為施工提供更具參考價值的資料，提高施工作效率與工程質(zhì)量?？紤]到施工現(xiàn)場周邊環(huán)境、場地及巖體環(huán)境較為復(fù)雜，巖體開挖施工會加劇對周圍空間結(jié)構(gòu)的擾動，影響最終橋梁建筑的質(zhì)量。所以，為了保證下穿橋梁施工技術(shù)的安全性，在施工方案選擇時，應(yīng)當(dāng)在原施工方案的基礎(chǔ)上選用冷開挖法，以規(guī)避爆破荷載帶來的影響，最大限度地減少爆破對下穿橋梁施工安全及質(zhì)量的影響。在進(jìn)行隧道開挖的過程中，工作人員應(yīng)該在鉆孔后進(jìn)行小幅機(jī)械鑿進(jìn)、人工修整，減少對橋梁整體質(zhì)量及穩(wěn)定性的影響。

在施工控制技術(shù)中，利用臺階法進(jìn)行開挖，屬于主要技術(shù)之一。在這一過程中需要注意的是：應(yīng)當(dāng)在開挖的過程中，基于相應(yīng)示意圖進(jìn)行施工（見圖3）。施工前對隧道開展超前地質(zhì)預(yù)報工作，避免出現(xiàn)溶腔充水帶來的洞內(nèi)涌水、突泥問題，及時有效地減少類似風(fēng)險的出現(xiàn)。在施工前要做好大管棚超前支護(hù)工作，減少因為管棚鉆孔而出現(xiàn)的變形現(xiàn)象。在討論隧道施工過程中，應(yīng)該優(yōu)先采用非爆破開挖掘進(jìn)，科學(xué)合理地利用機(jī)械鑿除、人工修整，保證圍巖的安全性。

3.2 現(xiàn)場檢測與分析

為保證建筑工程施工的安全性，在下穿橋梁施工過程中應(yīng)該全方位加強對橋墩沉降、傾斜等問題的跟蹤和檢測，保證數(shù)據(jù)及時、準(zhǔn)確，以便于分析，采取相應(yīng)措施。

每個橋墩的傾斜率會隨著施工步驟的推進(jìn)發(fā)生差異性變化。數(shù)據(jù)顯示：在整個施工過程中，橋梁的傾斜值差異、變化較小。從整體的檢測分析結(jié)果來看，隧道采用冷開挖的施工方法，在下穿橋梁施工過程當(dāng)中，各墩臺沉降量差異較小且穩(wěn)定，橋墩傾斜值在目標(biāo)范圍內(nèi)，可有效地滿足預(yù)期控制的要求。

4 結(jié)語

綜上所述，在時代的進(jìn)步與發(fā)展過程中，建筑工程事業(yè)也在不斷創(chuàng)新，全新的施工方法和技術(shù)措施能夠有效地提升下穿橋梁施工質(zhì)量。在進(jìn)行冷開挖施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以采用先進(jìn)的技術(shù)軟件進(jìn)行實際模擬，保證最終下穿橋梁建筑的美觀度和施工質(zhì)量。如果在施工過程中發(fā)現(xiàn)隧道拱頂距離樁基底部越來越近，受到的影響越來越大，先行開挖距離樁基底部較遠(yuǎn)的隧道沉降就會隨之減小。同時，只有在施工過程中對各項細(xì)節(jié)加以重視，才能夠從根本上提升山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工技術(shù)水平。