復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工變形控制

摘 要：針對盾構(gòu)隧道下穿橋多為復(fù)合地層，會增加地層施工難度，若出現(xiàn)施工參數(shù)控制不佳的現(xiàn)象，會導(dǎo)致橋梁地層沉降過大，橋梁失穩(wěn)等一系列問題，提出復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工變形控制方法。根據(jù)當(dāng)前工程概況及隧道結(jié)構(gòu)，設(shè)計復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工監(jiān)測方案，完成測試數(shù)據(jù)的采集。對研究對象采取“地層加固+掘進(jìn)控制”方法，控制施工變形。試驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法應(yīng)用后隧道的地層斷面最大橫向變形值不超過15 mm，且左右兩側(cè)的隧道軸線隆沉程度均得到明顯改善，能夠有效控制盾構(gòu)下穿橋梁施工變形。

關(guān)鍵詞：復(fù)合地層曲線；盾構(gòu)隧道下穿橋梁；施工變形控制措施；控制方案

中圖分類號：U452；O347 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2024）11-0167-04

Deformation control measures of curved shield tunnel underbridge construction in composite strata

AN Teng

（Yulin University，School of Civil Engineering，Yulin 719000，Shaanxi China）

Abstract：In view of the fact that the shield tunnel underpass bridge is mostly composite strata，which will increasethe difficulty of stratum construction，and if the construction parameters are not well controlled，it will lead to a se?ries of problems such as excessive bridge stratum settlement and bridge instability，so the deformation control meth?od of composite stratum curve shield tunnel underpass bridge construction was proposed. According to the currentproject overview and tunnel structure，the construction monitoring scheme of the composite stratum curve shield tun?nel underpass bridge was designed，and the test data collection was completed. The method of“stratum reinforce?ment+excavation control”was adopted for the research object to control the construction deformation. The experi?mental results showed that the maximum lateral deformation value of the tunnel cross-section after the application ofthe proposed method did not exceed 15 mm，and the degree of uplift of the tunnel axis on both sides had been signif?icantly improved，which can effectively control the deformation of the shield tunneling bridge construction.

Keywords：composite formation curve；shield tunnel underpass bridge；construction deformation control measures；control scheme

在開發(fā)城市地鐵時，盾構(gòu)法多被我國施工采用，主要用來挖掘地鐵隧道 [1] ，該方法具備挖掘性能高、速度快的特點(diǎn)，是當(dāng)前最先進(jìn)的挖掘手段。由于盾構(gòu)隧道下穿橋多為復(fù)合地層，會增加地層施工難度，若出現(xiàn)施工參數(shù)控制不佳的現(xiàn)象，會導(dǎo)致橋梁地層沉降過大，橋梁失穩(wěn)等一系列問題，會造成嚴(yán)重的不良后果 [2] 。

現(xiàn)階段，大多數(shù)研究利用數(shù)值分析法對橋梁變形、橋梁承載力等開展了安全評估，通過監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測橋梁變形實(shí)時數(shù)據(jù)，采用配重調(diào)控法控制橋梁變形動態(tài)，實(shí)現(xiàn)橋梁施工變形控制 [3] 。但是由于在開展控制前沒有制定合理的監(jiān)測方案，導(dǎo)致上述方法沒有獲取合理的施工依據(jù)，影響了最終控制效果。

為此，提出復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋施工變形控制措施研究方法。

1 試驗(yàn)部分

1. 1 試驗(yàn)對象概況

選取某城市一條隧道下穿橋梁作為本次橋梁工程研究對象，其區(qū)間隧道左、右線長度為80 m，且左、右線在 YDK16+600～+680 段。在對該橋梁進(jìn)行施工時，隧道開挖拱頂距離橋梁主跨基底在7.51 m/8.31 m。這條隧道橋梁的整體區(qū)間在YDK18+461.500～YDK19+355.00，總長為816.500 m。

1. 2 試驗(yàn)方案設(shè)計

控制復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工變形前，需要監(jiān)測盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工變形情況 [4-6] ，獲取盾構(gòu)施工變形規(guī)律，制定變形控制措施。

1. 2. 1 監(jiān)測項目

以監(jiān)測地表沉降為主，對復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁實(shí)施拱頂沉降、變形等三維觀測，具體監(jiān)測項目如表1所示。

在施工過程中，對隧道下穿橋梁結(jié)構(gòu)工程及其附近地面管線、道路等變形情況開展有效檢測，以避免發(fā)生事故 [7-9] 。

1. 2. 2 地表沉降監(jiān)測方法設(shè)計

對盾構(gòu)隧道掘進(jìn)時，設(shè)置一個沉降測點(diǎn)，其間隔距離為15 m，在關(guān)鍵地段間隔3 m處布設(shè)一個測點(diǎn)。

盾構(gòu)隧道下穿橋梁的始發(fā)端、建筑物周圍則每間隔40 m設(shè)置一個橫向沉陷槽斷面。

選取高精度精密水準(zhǔn)儀作為監(jiān)測儀器，設(shè)定各個測點(diǎn)之間的視線要低于35 m，視距差低于0.8 m，前后視距低于1 m。

1. 2. 3 監(jiān)測頻率設(shè)定

結(jié)合監(jiān)測現(xiàn)場情況，15 d內(nèi)每日觀測3次，15 d后依據(jù)現(xiàn)場工程推進(jìn)情況，改為每2日觀測2次。

1. 3 施工變形控制方法設(shè)計

結(jié)合實(shí)際盾構(gòu)工程，在保證隧道下穿橋梁施工安全及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的條件下，采取“地層加固+掘進(jìn)控制”的控制措施對隧道下穿橋梁開展有效施工 [10-11] ，實(shí)現(xiàn)橋梁施工變形控制措施研究。

1. 3. 1 加固袖閥管地層

為達(dá)到地層加固的效果，采用注漿法加固橋梁墩臺之間的袖閥管。設(shè)定橋墩之間有2個注漿點(diǎn)位，其間距為1.50～2.50 m，深度為5.0 m，在距離橋墩較近的位置設(shè)立2個斜孔，每個孔底的垂直深度在3.0～6.0 m。設(shè)置整個橋梁加固區(qū)域長度為25 m、寬度為10 m、加固高度為5 m。根據(jù)設(shè)定結(jié)果，進(jìn)一步對袖閥管實(shí)施注漿加固，詳情如圖1所示。

1. 3. 2 下穿段盾構(gòu)掘進(jìn)控制

盾構(gòu)掘進(jìn)時土艙壓力會加大對地層沉降的影響[12-13] ，為此優(yōu)先確定盾構(gòu)土艙壓力，通過下式計算：p tu =K tu +γh （1）

式中： p tu 記作土艙壓力； K tu 記作壓力系數(shù)； γ 記作容重； h 記作埋深。

由于盾構(gòu)隧道下穿橋梁的埋深較小，因此令 K tu的取值范圍在壓力系數(shù) K 0 與被動土壓力 K p 之間，盾構(gòu)土艙壓力在70～120 kPa。根據(jù)設(shè)定條件，獲取土艙壓力實(shí)測值如圖2所示。

利用下式進(jìn)一步計算每環(huán)出土量：

式中： V 實(shí) 記作出土實(shí)測值； k 記作膨脹系數(shù)； V 理 記作出土理論值； D 記作直徑； L 記作各環(huán)進(jìn)尺。

基于方程（2）設(shè)置 D=7 m ， L=2 m ， k=1.20～1.25 ，獲取的實(shí)際出土量如圖3所示。

盾構(gòu)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)后，需要及時對管片注漿，因而利用下式獲取注漿量：

式中： V 漿 標(biāo)定注漿實(shí)際值； K 記作擴(kuò)大系數(shù)； D 1 2 記作直徑； D 2 2 記作管片外徑。

設(shè)定擴(kuò)大系數(shù) K=1.52 ，控制注漿量在8 m 3 左右。選取1倍的靜止水土壓力，設(shè)定注漿壓力在150～200kPa。完成注漿后，及時檢查管片外壁是否完全實(shí)現(xiàn)填充，若出現(xiàn)填充不密實(shí)的現(xiàn)象或漏水的問題，則需要進(jìn)行二次補(bǔ)漿 [14-15] ，以此實(shí)現(xiàn)下穿橋梁施工變形控制。

2 結(jié)果與討論

2. 1 橫向變形控制效果分析

通過上述設(shè)定的復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工變形監(jiān)測方案，進(jìn)一步監(jiān)測盾構(gòu)隧道下穿橋梁地表橫向位移變化情況。選取第10、30環(huán)斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)作為監(jiān)測分析，以此繪制出地表橫向位移變化曲線，其監(jiān)測結(jié)果如圖4、圖5所示。

由圖4～圖5可知，對比10環(huán)、30環(huán)斷面橫向位移值曲線，隨著時間的不斷推遲，地表地層逐漸變形，增加了地層損失，但隧道中心正上方兩邊擴(kuò)散后，橫向位移值不斷減小，逐漸趨于平穩(wěn)。在所提的土體加固方法應(yīng)用后，隧道的地層斷面橫向位移明顯變小，最大橫向變形值不超過15 mm。

2. 2 縱向隆沉變形控制效果分析

為進(jìn)一步監(jiān)測復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁縱向隆沉變形規(guī)律，選取的監(jiān)測時間節(jié)點(diǎn)為：2020年10月1日～2020年11月1日，設(shè)定隧道盾構(gòu)掘進(jìn)80環(huán)，且長度為150m，其縱向隆沉監(jiān)測結(jié)果如圖6和圖7所示。

由圖6和圖7可知，研究方法應(yīng)用后，左右兩側(cè)的隧道軸線隆沉程度均得到明顯改善，說明所提方法具有理想的可行性。

3 結(jié)語

提出復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工變形控制方法。根據(jù)當(dāng)前工程概況及隧道結(jié)構(gòu)，設(shè)計復(fù)合地層曲線盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工監(jiān)測方案，完成測試數(shù)據(jù)的采集。依據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)一步制定橋梁施工變形控制措施，保證了隧道下穿橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性。

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