鄰近既有隧道的立交互通基礎施工技術

杜展展 漆世虎

南京城市建設管理集團有限公司 江蘇 南京 210028

交通是一個城市的命脈，是一個城市發展快慢的衡量標準，是解決人們出行的關鍵因素，而城市交通發展最快的就是城市快速路與隧道[1]。

近幾年來，城市立體交通除了體量由小變大，形式從簡到繁外，還面臨著建設過程中與既有或擬建地面、地下結構，如地鐵、管涵等相互干擾的問題，給工程界帶來的挑戰也越來越多[2]。如廣州地鐵5號線礦山法施工下穿區莊互通時，將立交橋下區段的大斷面改為小斷面隧道，嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、強支護、早閉合、勤量測、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，由于土質軟弱、樁頂荷載大、樁距隧道近的特點，樁基施工及樁基承擔的荷載均將可能對隧道產生影響，通過建立三維有限元數值模型，模擬立交橋橋墩樁基礎的成孔施工、運營期樁基承擔荷載在土中產生的應力擴散對既有隧道結構和軌道變形產生的影響，分析了單個承臺樁基礎及考慮多個承臺樁基礎疊加效應對鄰近既有隧道的影響規律，提出了相應的變形控制措施[4]；北京安慧橋東側北辰橋下地鐵奧運支線工程施工時，利用三維有限元模型，對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行了全過程計算和分析，并通過現場監測數據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號線共建過程中采用了安全風險管理與控制，加強施工風險控制管理，從而減少了建設過程中事故的發生[6]；合肥地鐵2號線施工時，分析了隧道下穿五里墩立交施工過程中對橋梁結構可能產生的風險，并提出相應的控制措施，以便指導施工[7]。

1 工程概況

1.1 項目簡介

南京市和燕路改造工程既是“經六緯九”主城主干道體系中的經三路，又是“井”字加外環快速道路系統中的北支。

本標段為和燕路改造工程的曉莊廣場互通節制點，采用十字交叉定向匝道方案?；ネ▋仍O置8條轉向匝道，均采用橋梁形式，匝道起終點處接地面輔道系統。各匝道的設計速度均為40 km/h，匝道斷面為單向雙車道，標準橫斷面寬度為9.0 m（圖1）。從圖上看出，本互通建設過程中需跨越既有的曉莊廣場隧道。

圖1 曉莊廣場互通效果圖

既有曉莊廣場隧道全長744 m，最大縱坡4.4%，其中敞開段516 m，暗埋段228 m。暗埋段采用單層雙孔箱涵結構，單孔凈寬度13.05 m，主體結構凈高5.99 m，通車凈高度5.0 m，頂板及側墻厚度為90 cm，底板厚100 cm，中隔墻厚80 cm。隧道側墻外1.0 m范圍內采用φ800 mm鉆孔灌注樁支護，支護樁外側采用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。橋梁下部基礎采用嵌巖型φ1.2 m、φ1.5 m鉆孔灌注樁，樁基距離曉莊廣場隧道側墻小于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置，承臺局部與止水帷幕重疊。

1.2 地質條件

本標段南北向走勢為中間高兩端低，東西向走勢為西低東高。場地主要為坳溝地貌，東端有部分階地。經勘察，本場區勘察深度范圍內上部為填土和黏性土，下伏基巖主要為白堊系紅層、砂巖、泥質粉砂巖，局部為砂礫巖。地基承載力設計參數如表1所示。

表1 地基土承載力設計參數

根據地下鉆探顯示情況，按地下水的深埋條件和賦予條件，場地地下水有毛細孔隙水與基巖裂隙水。

2 風險分析

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

本工程所涉及的施工工藝較為常規，但所涵蓋的工作內容、工程種類較多，現場施工組織和現場管理有一定的難度。

本標段沿線多為居民小區及商業樓，沿路管線眾多，施工前期需探明地下管線，在工程施工前期對管線制定相應的遷改方案和保護措施。

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力的二次重新分布，最終導致一系列的力學效應變化。在這種受力特征下，工程修建的空間位置、時間先后順序、加卸載效應、橫向效應、縱向效應及空間效應等，都與最后的建造結果有關。施工不當則容易造成隧道整體結構失穩，發生變形、塌陷、沉降不均勻等現象[8]。

3 施工組織設計

3.1 橋梁鉆孔樁施工

曉莊互通立交主橋部分樁基距離側墻小于2 m的有ES9墩、SW14、NE11墩、SE6墩等。為評估鉆孔灌注樁施工時對既有隧道的影響，進行了三維有限元的施工模擬。樁施工計算選取距隧道最近的NE11、ES9承臺，樁基與隧道外側結構最小距離分別為1.426 m和1.648 m；地質參數選取了鉆孔G17的相關成果。施工時，先成孔外側6根樁，后成孔內側6根樁（圖2、圖3）。

圖2 有限元計算模型

圖3 計算模型俯視圖

施工模擬順序為①→12。樁的施工工藝為鉆孔灌注樁，成孔過程中泥漿護壁采用在孔徑向施加壓力的方式進行模擬。

模擬隧道結構水平位移結果顯示，第12 根樁施工完成后，靠近樁基施工側的隧道結構水平位移最大，約等于0.3 mm，小于5 mm，滿足規范要求。施工時需注意鉆孔樁施工時加深鋼護筒，周圍不隨意堆載，同時加強既有結構的變形監測[9]。

互通鉆孔灌注樁的施工流程為：進行樁位測量放樣，沿著承臺邊線外側1 m切割破除路面層，埋設護筒，采用反循環鉆機鉆進成孔。

3.2 承臺墩身施工

待樁基檢測合格后，靜壓長6 m拉森鋼板樁進行墩身基坑開挖?？紤]隧道外側有1層φ80 cm的鉆孔圍護樁，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留1.5 m安全保護距離，靠近隧道側墻范圍，先探明側墻位置及是否有變形縫，1.5 m以內不再插打鋼板樁，利用原支護樁安裝基坑內支撐。樁基檢測完成后，依次施工承臺、墩身，然后按永久道路標準對基坑進行恢復。

3.3 臺背填土施工

ES匝道、SE匝道、SW匝道、WN匝道共4條布置于隧道兩側敞開段南北側輔道上方，其中ES匝道、SE匝道、SW匝道3條臺后填土位于隧道敞開段兩側既有機動車道。

匝道路基段采用人工鋪筑EPS輕質填料，將原輔道路面結構拆除一定的厚度并由EPS代替，將匝道路基段結構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聯鋼箱梁，其中主橋左右幅、WN匝道、SW匝道、ES匝道、NE匝道6聯鋼箱梁跨越隧道暗埋段。施工順序為：施工NW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）工廠分節段制造鋼箱梁，搭設支架，進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，支墊點必須設在主梁的支座或主梁腹板與橫隔板的交點處。

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。起頂整聯鋼梁，卸載臨時支架，將鋼梁落在永久支座上。支座灌漿。

4）對稱、分層澆筑壓重混凝土，對于內外兩側都壓重的箱格，應同時灌注壓重混凝土。最后對鋼梁進行涂裝，施工鋪裝、欄桿等橋面系。

3.5 現澆梁施工

互通現澆連續梁共35聯，其中ES匝道第1、2、3聯，SW匝道第5、6聯，WN匝道第7、8、9聯，NE匝道第3、4聯，共10聯鄰近隧道現澆。

互通在既有隧道兩側共有10聯現澆梁，均采用同樣的施工方法組織流水施工，施工過程中上部結構在施工時會對地面傳遞荷載，從而有可能影響既有隧道的整體穩定性。因此，用可能傳遞的荷載“施工活載＋梁體鋼筋混凝土自重＋支架體系質量＋預壓質量（按總質量的1.1倍）”進行校核[11]。

既有隧道敞口端側墻設計配筋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現澆連續梁，施工荷載30.3 kN/m2進行分析。SE5—SE8為隧道敞口段，荷載計算簡圖如圖4所示。使用SAP2000 V19對現結構進行超載下的受力變形模擬，計算方式為水土分算，土體側壓力系數取0.6。

圖4 荷載計算簡圖

以承載能力為標準，按原結構的配筋方式進行受力計算。在標準荷載組合下，其可承受1 222.8 kN·m的彎矩。當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。

現澆梁體的總體施工方案為原位支架現澆法[12]。待墩身完成后，首先是對梁體正投影范圍進行地基處理，然后搭設支架體系，拼裝現澆梁模板，綁扎鋼筋，澆筑梁體混凝土，待混凝土強度達到設計強度后拆除支架及模板。

4 既有隧道的安全監測

為確保既有曉莊廣場隧道的安全，需要對受和燕路—紅山路快速化改造工程施工影響的區域進行監測，以確保曉莊廣場隧道的營運安全。

4.1 監測點的布置

監測點的布置應能全面反映互通施工的全過程，同時覆蓋曉莊廣場隧道可能受到影響的區段[13]，基準點需要遠離地鐵隧道施工邊界，具體如下：

1）垂直和水平位移測點宜選設在伸縮縫及施工縫處，沿隧道縱向四壁。

2）伸縮縫處的變形監測點應設置在隧道單跨伸縮縫及施工縫兩側。

3）土體深層水平位移監測點布設在曉莊廣場隧道支護樁外側[14]。

對曉莊隧道共設24個斷面進行監測，敞口段每個斷面設4個監測點，暗埋段每個斷面設8個監測點，敞口段與暗埋段交界處設6個監測點，共計128個測點。

4.2 隧道變形縫監測

在隧道變形縫兩側布置縱向變形監測點，進行變形縫變形監測，預計布設5個斷面，敞口段每個斷面設2個監測點，暗埋段每個斷面設4個監測點，共設16個測點。

4.3 土體深層水平位移監測

為監測互通施工對隧道周邊土層應力場的影響，需在隧道外側于互通樁基之間的土體中，每隔30 m左右布設1個深層水平位移監測點[15]，測斜孔高度與地面高度相當，孔深均為16 m。

5 結語

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，分析了互通下部結構施工對既有隧道的影響，并研究了互通上部結構的主要施工方案，主要結論如下：

1）緊鄰既有隧道施工互通基礎時，可適當增加護筒長度以控制樁孔內泥漿壓力，禁止隨意堆載，并在基礎和隧道間施作隔離板樁。

2）現澆梁施工時，注意混凝土澆筑時附加荷載對既有隧道的影響，并進行結構強度及穩定性驗算。

3）互通施工時，動態監測對既有隧道可能產生的影響，監測內容側重隧道本身的垂直、水平位移，以及隧道伸縮縫的變形。