隧道下穿高架橋梁施工對橋墩基礎影響研究

馬馳原 中化學交通建設集團有限公司

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，長度可達到2702 米，右工程自竣工起封號為YK1+386-YK4+905，其長度可達到3519 米。隧道下穿高架橋梁的最大深埋高度為430米。隧道呈現出平面的現行進口，進口出位于半徑約為1800 米的圓曲線上，同時出口也呈現出平面線形，出口段位于半徑為920米的圓曲線上。進口端左右兩邊的線行間距為大約八米，出口端的左右現行間距為25米。進口出口兩側均為上坡隧道，隧道坡度為2.3%。

該隧道在進口的下半部分下穿高架橋梁，編號為K1+705-810，呈現出交叉隧道。高架橋梁樁基礎下穿高架橋梁#2 右側的輪廓線距離大約為26.2 米，距離長度為水平面上呈現出14.73 米，垂直長度呈現出17.8米。穿高架橋梁#3 距離隧道右半側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定性起著一定的負面作用。為了確保最大處的施工不會影響橋梁基礎的建設，提高事故發生前的預警能力，避免造成人員傷亡事故和經濟損失，加強對于隧道的施工與監察是十分重要的。

（二）下穿段工程地質條件

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雜。山區表面大多數被森林及植物覆蓋，植被發育較為明顯屬于獨特的侵蝕性地貌。

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，灰巖等。

3.水文地質條件

該隧道區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影響

隧道工程在進行施工時對橋梁基礎的穩定存在一定程度的影響，主要是表現為以下這兩個方面：

（一）橋梁的基礎沉降

高架橋梁基礎沉降問題，也是施工過程中的重點所在。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沉降。在隧道工程開始施工時以及開挖工程達到橋梁基礎的前期，在此施工階段內，隨著施工深度的不斷進入，隧道地面表層受到施工干擾的影響程度也在逐漸的增加。隨著工程橋梁基礎的建設及距離越來越近，橋墩基礎的沉降速度也會逐漸加快。在工程進行開挖的后期，橋墩周圍出現基礎沉降現象更為明顯，主要表現為橋梁基礎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。通過在該工程的實際勘察，可以發現隧道在沒有穿過高架橋梁進行施工或下挖時，拱頂的沉降值明顯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為橋梁具有一定的負載作用，因此對于隧道開挖面的頂部承載力產生較大的影響。同時經過實地勘察還能發現靠近橋梁一側的隧道斷面的沉降值低于遠離橋梁的隧道沉降值。

（二）橋梁的位移偏側

在施工過程中基坑邊緣可能會出現一定限度的超載情況，最終會導致基坑圍護結構產生變形或破壞。當橋墩處的土層被干擾時，可能會因為受到擾動而發生變形，基坑兩次的負荷也會存在不均勻的情況。這時橋墩的基礎就可能會發生位移上的偏差，這對于橋梁的施工與穩定性，包括安全性都有著非常大的負面挑戰。

三、隧道下穿高架橋梁施工對于橋墩基礎影響的機理

在進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生一定的擾動，會導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動，主要表現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系。

1.在水平距離區域內的隧道的軸線上方，土壤表面下沉時會導致橋墩的下沉，從而導致橋墩的承載力下降。尤其是當周圍土壤表層的下沉量大于橋墩的下沉量，使土壤表面會產生負摩擦力，促使橋墩發生沉降，在這種情況下會嚴重的影響橋墩的受力狀態。在水平距離區域內的隧道的軸線下方，土壤表面上臺時會對橋墩產生正向的摩擦力，從而阻止橋墩的下沉，以最大限度保證橋墩的穩定力。

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

四、監控方案與應對措施

（一）監控方案

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

（二）應對措施

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措施，其次是對橋墩位置采取加固措施。

在隧道進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構影響較小的位置進行開挖，如雙側壁開挖。同時對隧道周邊的地層采取加固措施，例如進行灌漿，采取大管棚支護等。另外為了加固橋墩位置，主要方法包括使用樁基托換方法，橋梁樁基進行注漿，橋梁上部結構頂升等。

五、結束語

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