高架橋梁和盾構隧道的相互影響研究

楊進先

（中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，武漢 430056）

1 工程概況

江陰濱江路快速化改造工程為江陰快速環線的組成部分，利用原濱江路進行快速化改造，全線除虹橋路隧道外均采用高架形式，高架橋在西外環路東側上跨江陰靖江長江隧道。主路采用城市快速路標準兼公路功能，設計速度80 km，標準段橋寬26.1 m，橋涵設計荷載標準為城-A 級。江陰靖江長江隧道為江陰靖江之間的過江通道，隧道與濱江路斜交角度83°，隧道采用外徑為15.5 m 的雙管盾構隧道，在濱江路兩盾構隧道凈間距為9.9 m，隧道埋深14.5 m。橋梁上部結構采用38 m+66 m+38 m 現澆預應力混凝土連續梁跨越隧道，跨中梁高2.1 m，中支點梁高4.1 m，下部結構采用11 根直徑1.5 m的鉆孔樁基礎，橋梁樁基與盾構隧道最小凈距為7.81 m，橋梁和隧道的位置關系見圖1。

圖1 橋梁和隧道的位置關系圖（單位:cm）

2 盾構隧道施工對橋梁樁基的影響

根據隧道和濱江路快速化的工程實施計劃，濱江路跨線橋完成時間早于隧道穿越濱江路的時間，隧道和橋梁的相互影響主要盾構隧道施工地層損失引起的建構筑物沉降變形或傾斜[1]。根據盾構隧道施工案例，盾構隧道穿越建筑物時，地層損失率可以控制在0.5%以內。利用Plaxis 3D 有限元數值軟件，對盾構隧道穿越濱江路跨線橋節點進行了數值模擬計算，周圍土體最大位移變化及承臺沉降分布如圖2 和圖3 所示。

圖2 周圍土體最大位移變化圖

圖3 承臺沉降分布圖

根據計算結果，盾構隧道在控制地層損失0.5%情況下，施工對周圍土體的最大水平位移為25 mm，最大豎向位移為37.5 mm，承臺最大水平位移為0.38 mm，最大隆起0.72 mm，計算的樁頂最大最大水平位移為1.55 mm，對樁基的受力影響較小。為防止不可預測因素的影響，確保結構安全，設計要求在盾構隧道穿越結構物時，加強對橋梁變形監測，同時加強對地層水平、豎向變形和地下水位監測，根據監測結果及時調整施工參數，制定報警機制、應急措施及加固預案。并在工后持續監測，根據數據結果確定后續監測時間。

3 橋梁上部結構施工對隧道的影響

在實際施工中，濱江路的快速化改造工程推進滯后于隧道施工，導致在橋梁下部結構施工至臨近隧道兩根樁時，盾構隧道穿越過橋梁。橋梁與盾構隧道的相互影響發生了變化，此時應由考慮隧道施工對橋梁的影響調整至考慮橋梁施工對隧道的安全的影響。經分析，橋梁施工對隧道安全存在的可能風險主要有兩個方面：（1）鉆孔灌注樁施工塌孔，造成周邊土體塌陷，從而對隧道結構造成變形；（2）橋梁上部結構滿堂支架施工荷載將會對隧道造成影響。

3.1 樁基施工對隧道的影響

在隧道通過后未完成施工的兩樁距離隧道邊緣凈距約9 m，見圖4，對隧道的主要安全風險點是鉆孔灌注樁施工一旦發生塌孔，將對隧道周邊的土體產生變形，從而影響隧道的安全[2]。為確保安全，提出按照目前鐵路、地鐵附近樁基施工的做法，采用全套管鉆孔施工技術進行樁基施工，全套管鉆孔施工技術對周圍地層擾動小，施工質量容易保證，可有效避免灌注鉆孔樁施工過程中的塌孔問題，消除給隧道帶來的安全隱患。

圖4 隧道通過后未完成施工的樁基布置

3.2 滿堂支架施工荷載對隧道的影響

橋梁上部結構采用滿堂支架施工，隧道上方進行滿堂支架施工的主要風險是確保隧道在滿堂支架施工期間的施工荷載作用下隧道安全。經隧道設計單位檢算，隧道上方滿堂支架傳給地表的荷載控制在40 kPa 以內能確保隧道安全。由于箱梁的荷載分布不均，箱梁有腹板位置處的荷載遠大于40 kPa，而翼緣和箱室位置的荷載小于40 kPa，若能做到均布傳遞下去即能滿足要求。經充分研究及類似工程經驗，考慮采用工字鋼作為橫向分配梁，橫向分配梁在橫向連續布設，在隧道上方縱向布設間距為0.6 m，鋼管下墊0.6 m×0.6 m 的鋼墊板。

施工荷載參數取值： 模板及木方自重0.3 kN/m2； 支架重3.0 kN/m2；施工荷載取3.0 kN/m2。

翼緣以內18.5 m 寬、1.2 m 長范圍內荷載如下。

恒載計算：21.502×1.2×26=670.9 kN。

施工荷載計算：18.5×（0.3+3+2+1+2）×1.2=184.26 kN。

1）鋼管間距按照60 cm×60 cm 布置，18.5 m 寬、1.2 m 長范圍內總荷載量為：670.9+184.26=855.16 kN；

2）18.5 m 寬、1.2 m 長范圍內共有鋼管64 根鋼管，單根鋼管承載力為：855.16/64=13.36 kN；

3）地面承載壓強計算為：13.36/0.6/0.6=37 kPa<40 kPa，符合要求。

3.3 變形監測

為確保隧道安全，在箱梁澆筑期間對隧道頂地面沉降、隧道頂沉降進行監測。觀測點布置見圖5，地表沉降及隧道拱頂沉降觀測數據見表1 和表2。

表1 地表沉降觀測數據

表2 隧道拱頂沉降觀測數據

圖5 沉降觀測點位布置圖

由表1 和表2 可見，在箱梁澆筑期間，地表及隧道頂沉降未發生突變，觀測點地表累計沉降量最大為3 mm，隧道拱頂沉降1.1 mm，均滿足盾構法隧道地表沉降監測控制值30 mm[3-4]，隧道結構安全。

4 結語

依據江陰濱江路快速化改造工程跨越盾構隧道工程實際情況，分析了不同的施工工序下橋梁和隧道間的相互影響，隧道穿越已施工的橋梁，應重點關注盾構土層損失引起的橋梁樁基變形，從而對橋梁的安全產生的影響；在隧道施工完成后施工橋梁，一方面應重點關注橋梁樁基施工塌孔對隧道安全的影響，另一方面應關注滿堂支架施工荷載對隧道的影響。本項目在實施過程中，根據施工工序的調整，充分分析了橋梁隧道的相互影響，并采取了一些保證措施確保安全施工，目前已順利安全完成上跨橋梁及隧道的施工。