鄰近既有隧道的立交互通基礎(chǔ)施工技術(shù)

杜展展 漆世虎

南京城市建設(shè)管理集團(tuán)有限公司 江蘇 南京 210028

交通是一個(gè)城市的命脈，是一個(gè)城市發(fā)展快慢的衡量標(biāo)準(zhǔn)，是解決人們出行的關(guān)鍵因素，而城市交通發(fā)展最快的就是城市快速路與隧道[1]。

近幾年來(lái)，城市立體交通除了體量由小變大，形式從簡(jiǎn)到繁外，還面臨著建設(shè)過(guò)程中與既有或擬建地面、地下結(jié)構(gòu)，如地鐵、管涵等相互干擾的問(wèn)題，給工程界帶來(lái)的挑戰(zhàn)也越來(lái)越多[2]。如廣州地鐵5號(hào)線礦山法施工下穿區(qū)莊互通時(shí)，將立交橋下區(qū)段的大斷面改為小斷面隧道，嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早閉合、勤量測(cè)、速反饋”的施工流程，使得立交橋的沉降得以有效控制[3]；天津地鐵2號(hào)線穿越津漢公路立交橋，隧道離橋墩最近距離僅6.5 m，由于土質(zhì)軟弱、樁頂荷載大、樁距隧道近的特點(diǎn)，樁基施工及樁基承擔(dān)的荷載均將可能對(duì)隧道產(chǎn)生影響，通過(guò)建立三維有限元數(shù)值模型，模擬立交橋橋墩樁基礎(chǔ)的成孔施工、運(yùn)營(yíng)期樁基承擔(dān)荷載在土中產(chǎn)生的應(yīng)力擴(kuò)散對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)和軌道變形產(chǎn)生的影響，分析了單個(gè)承臺(tái)樁基礎(chǔ)及考慮多個(gè)承臺(tái)樁基礎(chǔ)疊加效應(yīng)對(duì)鄰近既有隧道的影響規(guī)律，提出了相應(yīng)的變形控制措施[4]；北京安慧橋東側(cè)北辰橋下地鐵奧運(yùn)支線工程施工時(shí)，利用三維有限元模型，對(duì)由于雙線隧道穿越既有橋梁施工引起的橋梁沉降與變形進(jìn)行了全過(guò)程計(jì)算和分析，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)證明施工方法的可行性[5]；上海共和新路高架與上海地鐵1號(hào)線共建過(guò)程中采用了安全風(fēng)險(xiǎn)管理與控制，加強(qiáng)施工風(fēng)險(xiǎn)控制管理，從而減少了建設(shè)過(guò)程中事故的發(fā)生[6]；合肥地鐵2號(hào)線施工時(shí)，分析了隧道下穿五里墩立交施工過(guò)程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，并提出相應(yīng)的控制措施，以便指導(dǎo)施工[7]。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

南京市和燕路改造工程既是“經(jīng)六緯九”主城主干道體系中的經(jīng)三路，又是“井”字加外環(huán)快速道路系統(tǒng)中的北支。

本標(biāo)段為和燕路改造工程的曉莊廣場(chǎng)互通節(jié)制點(diǎn)，采用十字交叉定向匝道方案?；ネ▋?nèi)設(shè)置8條轉(zhuǎn)向匝道，均采用橋梁形式，匝道起終點(diǎn)處接地面輔道系統(tǒng)。各匝道的設(shè)計(jì)速度均為40 km/h，匝道斷面為單向雙車道，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬度為9.0 m（圖1）。從圖上看出，本互通建設(shè)過(guò)程中需跨越既有的曉莊廣場(chǎng)隧道。

圖1 曉莊廣場(chǎng)互通效果圖

既有曉莊廣場(chǎng)隧道全長(zhǎng)744 m，最大縱坡4.4%，其中敞開(kāi)段516 m，暗埋段228 m。暗埋段采用單層雙孔箱涵結(jié)構(gòu)，單孔凈寬度13.05 m，主體結(jié)構(gòu)凈高5.99 m，通車凈高度5.0 m，頂板及側(cè)墻厚度為90 cm，底板厚100 cm，中隔墻厚80 cm。隧道側(cè)墻外1.0 m范圍內(nèi)采用φ800 mm鉆孔灌注樁支護(hù)，支護(hù)樁外側(cè)采用φ650 mm@450 mm套打的三軸水泥攪拌樁止水帷幕。

曉莊互通立交主橋左右幅、WN匝道、SW匝道、ES匝道、NE匝道鋼箱梁跨越隧道暗埋段。橋梁下部基礎(chǔ)采用嵌巖型φ1.2 m、φ1.5 m鉆孔灌注樁，樁基距離曉莊廣場(chǎng)隧道側(cè)墻小于2 m的有ES9（1.648 m）、SW14（1.654 m）、NE11（1.426 m）、SE6（1.975 m）。樁基與止水帷幕緊貼設(shè)置，承臺(tái)局部與止水帷幕重疊。

1.2 地質(zhì)條件

本標(biāo)段南北向走勢(shì)為中間高兩端低，東西向走勢(shì)為西低東高。場(chǎng)地主要為坳溝地貌，東端有部分階地。經(jīng)勘察，本場(chǎng)區(qū)勘察深度范圍內(nèi)上部為填土和黏性土，下伏基巖主要為白堊系紅層、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部為砂礫巖。地基承載力設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 地基土承載力設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)地下鉆探顯示情況，按地下水的深埋條件和賦予條件，場(chǎng)地地下水有毛細(xì)孔隙水與基巖裂隙水。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

項(xiàng)目位于南京市棲霞區(qū)曉莊，標(biāo)段范圍位于燕子磯街道和邁皋橋街道轄區(qū)內(nèi)，屬于市區(qū)范圍，其中大部分施工內(nèi)容集中在緯一路和和燕路十字路口范圍內(nèi)，具有人口密度大、交通流量大的難點(diǎn)。

本工程所涉及的施工工藝較為常規(guī)，但所涵蓋的工作內(nèi)容、工程種類較多，現(xiàn)場(chǎng)施工組織和現(xiàn)場(chǎng)管理有一定的難度。

本標(biāo)段沿線多為居民小區(qū)及商業(yè)樓，沿路管線眾多，施工前期需探明地下管線，在工程施工前期對(duì)管線制定相應(yīng)的遷改方案和保護(hù)措施。

本互通鄰近既有隧道施工，相互影響非常頻繁。新建工程的施作必將引起既有工程周邊應(yīng)力的二次重新分布，最終導(dǎo)致一系列的力學(xué)效應(yīng)變化。在這種受力特征下，工程修建的空間位置、時(shí)間先后順序、加卸載效應(yīng)、橫向效應(yīng)、縱向效應(yīng)及空間效應(yīng)等，都與最后的建造結(jié)果有關(guān)。施工不當(dāng)則容易造成隧道整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，發(fā)生變形、塌陷、沉降不均勻等現(xiàn)象[8]。

3 施工組織設(shè)計(jì)

3.1 橋梁鉆孔樁施工

曉莊互通立交主橋部分樁基距離側(cè)墻小于2 m的有ES9墩、SW14、NE11墩、SE6墩等。為評(píng)估鉆孔灌注樁施工時(shí)對(duì)既有隧道的影響，進(jìn)行了三維有限元的施工模擬。樁施工計(jì)算選取距隧道最近的NE11、ES9承臺(tái)，樁基與隧道外側(cè)結(jié)構(gòu)最小距離分別為1.426 m和1.648 m；地質(zhì)參數(shù)選取了鉆孔G17的相關(guān)成果。施工時(shí)，先成孔外側(cè)6根樁，后成孔內(nèi)側(cè)6根樁（圖2、圖3）。

圖2 有限元計(jì)算模型

圖3 計(jì)算模型俯視圖

施工模擬順序?yàn)棰佟?2。樁的施工工藝為鉆孔灌注樁，成孔過(guò)程中泥漿護(hù)壁采用在孔徑向施加壓力的方式進(jìn)行模擬。

模擬隧道結(jié)構(gòu)水平位移結(jié)果顯示，第12 根樁施工完成后，靠近樁基施工側(cè)的隧道結(jié)構(gòu)水平位移最大，約等于0.3 mm，小于5 mm，滿足規(guī)范要求。施工時(shí)需注意鉆孔樁施工時(shí)加深鋼護(hù)筒，周圍不隨意堆載，同時(shí)加強(qiáng)既有結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)[9]。

互通鉆孔灌注樁的施工流程為：進(jìn)行樁位測(cè)量放樣，沿著承臺(tái)邊線外側(cè)1 m切割破除路面層，埋設(shè)護(hù)筒，采用反循環(huán)鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔。

3.2 承臺(tái)墩身施工

待樁基檢測(cè)合格后，靜壓長(zhǎng)6 m拉森鋼板樁進(jìn)行墩身基坑開(kāi)挖?？紤]隧道外側(cè)有1層φ80 cm的鉆孔圍護(hù)樁，1層φ65 cm的高壓旋噴樁止水帷幕（地勘顯示取芯完整），施工中控制鋼板樁預(yù)留1.5 m安全保護(hù)距離，靠近隧道側(cè)墻范圍，先探明側(cè)墻位置及是否有變形縫，1.5 m以內(nèi)不再插打鋼板樁，利用原支護(hù)樁安裝基坑內(nèi)支撐。樁基檢測(cè)完成后，依次施工承臺(tái)、墩身，然后按永久道路標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基坑進(jìn)行恢復(fù)。

3.3 臺(tái)背填土施工

ES匝道、SE匝道、SW匝道、WN匝道共4條布置于隧道兩側(cè)敞開(kāi)段南北側(cè)輔道上方，其中ES匝道、SE匝道、SW匝道3條臺(tái)后填土位于隧道敞開(kāi)段兩側(cè)既有機(jī)動(dòng)車道。

匝道路基段采用人工鋪筑EPS輕質(zhì)填料，將原輔道路面結(jié)構(gòu)拆除一定的厚度并由EPS代替，將匝道路基段結(jié)構(gòu)自重增加的豎向荷載最大值控制在20 kPa。

3.4 鋼箱梁吊裝施工

互通共9聯(lián)鋼箱梁，其中主橋左右幅、WN匝道、SW匝道、ES匝道、NE匝道6聯(lián)鋼箱梁跨越隧道暗埋段。施工順序?yàn)椋菏┕W匝道鋼箱梁；考慮到工期要求及為緩解南北向交通壓力，施工主橋鋼箱梁；按照橋梁的空間位置以及東西向通行要求，依次施工第2層鋼箱梁（NE、SW匝道鋼箱梁）、第3層鋼箱梁（ES、WN匝道鋼箱梁）。具體施工流程[10]如下：

1）工廠分節(jié)段制造鋼箱梁，搭設(shè)支架，進(jìn)行壓重消除支架變形，壓重不小于1.2倍的箱梁及施工荷載；按主梁的豎曲線及上拱度支墊鋼梁，支墊點(diǎn)必須設(shè)在主梁的支座或主梁腹板與橫隔板的交點(diǎn)處。

2）從順橋方向分批次吊裝焊接鋼箱梁，再在支架上將鋼箱梁焊接為整體。先焊縱向焊縫，再依次對(duì)稱焊接橫向焊縫。

3）逐段吊裝并焊接剩余鋼梁段。澆筑支座墊石，安裝支座。起頂整聯(lián)鋼梁，卸載臨時(shí)支架，將鋼梁落在永久支座上。支座灌漿。

4）對(duì)稱、分層澆筑壓重混凝土，對(duì)于內(nèi)外兩側(cè)都?jí)褐氐南涓?，?yīng)同時(shí)灌注壓重混凝土。最后對(duì)鋼梁進(jìn)行涂裝，施工鋪裝、欄桿等橋面系。

3.5 現(xiàn)澆梁施工

互通現(xiàn)澆連續(xù)梁共35聯(lián)，其中ES匝道第1、2、3聯(lián)，SW匝道第5、6聯(lián)，WN匝道第7、8、9聯(lián)，NE匝道第3、4聯(lián)，共10聯(lián)鄰近隧道現(xiàn)澆。

互通在既有隧道兩側(cè)共有10聯(lián)現(xiàn)澆梁，均采用同樣的施工方法組織流水施工，施工過(guò)程中上部結(jié)構(gòu)在施工時(shí)會(huì)對(duì)地面?zhèn)鬟f荷載，從而有可能影響既有隧道的整體穩(wěn)定性。因此，用可能傳遞的荷載“施工活載＋梁體鋼筋混凝土自重＋支架體系質(zhì)量＋預(yù)壓質(zhì)量（按總質(zhì)量的1.1倍）”進(jìn)行校核[11]。

既有隧道敞口端側(cè)墻設(shè)計(jì)配筋φ28 mm@100 mm＋φ25 mm@200 mm，每延米配筋面積8 607.53 mm2。選取SE5#—SE8#墩3×26 m現(xiàn)澆連續(xù)梁，施工荷載30.3 kN/m2進(jìn)行分析。SE5—SE8為隧道敞口段，荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示。使用SAP2000 V19對(duì)現(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行超載下的受力變形模擬，計(jì)算方式為水土分算，土體側(cè)壓力系數(shù)取0.6。

圖4 荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖

以承載能力為標(biāo)準(zhǔn)，按原結(jié)構(gòu)的配筋方式進(jìn)行受力計(jì)算。在標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下，其可承受1 222.8 kN·m的彎矩。當(dāng)增加滿堂支架的荷載后，荷載工況下，彎矩為1 650.7 kN·m。反算得到配筋5 624 mm2，滿足承載能力要求。

現(xiàn)澆梁體的總體施工方案為原位支架現(xiàn)澆法[12]。待墩身完成后，首先是對(duì)梁體正投影范圍進(jìn)行地基處理，然后搭設(shè)支架體系，拼裝現(xiàn)澆梁模板，綁扎鋼筋，澆筑梁體混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除支架及模板。

4 既有隧道的安全監(jiān)測(cè)

為確保既有曉莊廣場(chǎng)隧道的安全，需要對(duì)受和燕路—紅山路快速化改造工程施工影響的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保曉莊廣場(chǎng)隧道的營(yíng)運(yùn)安全。

4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)能全面反映互通施工的全過(guò)程，同時(shí)覆蓋曉莊廣場(chǎng)隧道可能受到影響的區(qū)段[13]，基準(zhǔn)點(diǎn)需要遠(yuǎn)離地鐵隧道施工邊界，具體如下：

1）垂直和水平位移測(cè)點(diǎn)宜選設(shè)在伸縮縫及施工縫處，沿隧道縱向四壁。

2）伸縮縫處的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在隧道單跨伸縮縫及施工縫兩側(cè)。

3）土體深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在曉莊廣場(chǎng)隧道支護(hù)樁外側(cè)[14]。

對(duì)曉莊隧道共設(shè)24個(gè)斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，敞口段每個(gè)斷面設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，暗埋段每個(gè)斷面設(shè)8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，敞口段與暗埋段交界處設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)128個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.2 隧道變形縫監(jiān)測(cè)

在隧道變形縫兩側(cè)布置縱向變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行變形縫變形監(jiān)測(cè)，預(yù)計(jì)布設(shè)5個(gè)斷面，敞口段每個(gè)斷面設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，暗埋段每個(gè)斷面設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共設(shè)16個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.3 土體深層水平位移監(jiān)測(cè)

為監(jiān)測(cè)互通施工對(duì)隧道周邊土層應(yīng)力場(chǎng)的影響，需在隧道外側(cè)于互通樁基之間的土體中，每隔30 m左右布設(shè)1個(gè)深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)[15]，測(cè)斜孔高度與地面高度相當(dāng)，孔深均為16 m。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以南京和燕路—紅山路快速路改造工程曉莊互通立交為背景，分析了互通下部結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有隧道的影響，并研究了互通上部結(jié)構(gòu)的主要施工方案，主要結(jié)論如下：

1）緊鄰既有隧道施工互通基礎(chǔ)時(shí)，可適當(dāng)增加護(hù)筒長(zhǎng)度以控制樁孔內(nèi)泥漿壓力，禁止隨意堆載，并在基礎(chǔ)和隧道間施作隔離板樁。

2）現(xiàn)澆梁施工時(shí)，注意混凝土澆筑時(shí)附加荷載對(duì)既有隧道的影響，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算。

3）互通施工時(shí)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)既有隧道可能產(chǎn)生的影響，監(jiān)測(cè)內(nèi)容側(cè)重隧道本身的垂直、水平位移，以及隧道伸縮縫的變形。