重型天橋施工對(duì)地下既有隧道的影響與加固

鄭 偉 顧天熊 蔣凱臣 張羽翔

蘇州中固建筑科技股份有限公司 江蘇 蘇州 215152

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在城市土地有限的情況下，開(kāi)發(fā)利用既有隧道周?chē)耐恋睾涂臻g是一種必然的選擇。在既有隧道周?chē)陆蛄夯虻缆?，隧道受力狀態(tài)將發(fā)生變化，在附加應(yīng)力作用下，隧道將產(chǎn)生二次變形，會(huì)對(duì)隧道的結(jié)構(gòu)安全和正常運(yùn)營(yíng)造成影響。隧道事故一旦發(fā)生，其損失是巨大的。開(kāi)展隧道周?chē)陆蛄航Y(jié)構(gòu)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)的影響研究具有重要的價(jià)值[1-2]。

1 工程概況

蘇州星港街隧道工程于2014年6月開(kāi)工建設(shè)，包括星港街隧道（現(xiàn)代大道下立交）、軌道3號(hào)線東方之門(mén)站、星港街路東公共設(shè)施工程（公共停車(chē)場(chǎng)及景觀綠化）和星港街過(guò)街景觀天橋工程，是園區(qū)構(gòu)建南北向快速路網(wǎng)的重要舉措。星港街過(guò)街景觀天橋工程以蘇州中心商業(yè)裙樓3樓為起點(diǎn)，分為南橋和北橋，南橋跨星港街展開(kāi)分支至路東湖濱公園，北橋跨星港街展開(kāi)分支至香樟林（圖1、圖2）。

星港街隧道上方地面后期施工南北天橋，根據(jù)天橋施工單位提供荷載，經(jīng)驗(yàn)算，部分區(qū)段隧道無(wú)法承受天橋的施工荷載，需在隧道內(nèi)部進(jìn)行臨時(shí)加固，根據(jù)南北天橋施工單位提供的施工荷載并根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算，設(shè)計(jì)了在隧道內(nèi)部增設(shè)鋼管支架、型鋼撐、型鋼立柱及混凝土牛腿的加固方案。加固區(qū)域分為地下2層和地下1層，雙層支架區(qū)域，先施工地下2層鋼管支架，后期施工地下1層鋼管支架。

圖1 隧道和過(guò)街天橋平面位置關(guān)系

圖2 隧道和匝道平面位置關(guān)系

2 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1）臨時(shí)支撐荷載有限元分析是難點(diǎn)一。支撐作為隧道中間支座，其承擔(dān)約隧道跨度一半的天橋荷載，故支撐總軸力應(yīng)接近上述分布寬度范圍內(nèi)的天橋總荷載。在“覆土荷載＋天橋荷載”作用下，設(shè)計(jì)支撐布置方案。支撐的設(shè)置后天橋可滿(mǎn)足附加荷載后承載力要求，為了便于施工，要對(duì)支撐數(shù)量和型鋼的斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在覆土荷載和天橋荷載的作用下得到如下支撐布置方案：主線隧道東線下方單根鋼管支架最大軸力為35 kN；其余區(qū)域單根鋼管支架最大軸力為21 kN。E1匝道頂板上方覆土較薄，為保護(hù)已建隧道結(jié)構(gòu)，同時(shí)使天橋支架荷載均勻分散作用，須在上述區(qū)域路面鋪設(shè)路基箱；路基箱鋪設(shè)寬度超出隧道平面不小于2 m。單層路基箱高度不小于0.14 m。

2）交疊隧道內(nèi)支撐的植筋、測(cè)繪工藝是難點(diǎn)二。

3）結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道變形（豎向收斂）及裂縫（既有及新增裂縫）的發(fā)展、變化情況，并及時(shí)反饋給隧道設(shè)計(jì)單位，綜合判斷隧道結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)，必要情況下需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況給隧道另行增設(shè)加固或保護(hù)措施是難點(diǎn)之三。

4）斜撐牛腿小空間自密實(shí)混凝土施工是難點(diǎn)之四。

2.1 支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)軸力計(jì)算和穩(wěn)定性計(jì)算要求，最終選定400 mm× 400 mm型鋼作為豎向臨時(shí)支撐（圖3）。

圖3 支撐布置

星港街隧道底部經(jīng)歷長(zhǎng)期雨天，隧道下部存在積水，這使得植筋施工無(wú)法開(kāi)展，植筋膠遇水無(wú)法固結(jié)，且打孔后灰塵遇水會(huì)黏合在一起，無(wú)法將孔壁清理干凈，導(dǎo)致膠水與混凝土不能完全黏結(jié)，若不解決此項(xiàng)問(wèn)題，斜剖撐牛腿施工將無(wú)法進(jìn)行。隧道內(nèi)部型鋼支撐按照設(shè)計(jì)要求，型鋼立柱兩側(cè)各200 mm寬度范圍內(nèi)型鋼托架處應(yīng)用千斤頂頂緊，若千斤頂頂升力值過(guò)大，原隧道混凝土板面受力會(huì)變形，所以如何控制好千斤頂頂升時(shí)原隧道混凝土板面不發(fā)生變形為此次加固工程的重點(diǎn)。

2.2 測(cè)繪技術(shù)

考慮到型鋼立柱的定位精度要求高及定位偏差過(guò)大可能造成后期天橋施工時(shí)隧道混凝土板面開(kāi)裂，現(xiàn)場(chǎng)排除使用按照原結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行定位放線的方法，經(jīng)討論最終應(yīng)用閉合導(dǎo)線法對(duì)所有型鋼柱進(jìn)行定位，設(shè)計(jì)院提供所有型鋼柱的坐標(biāo)及所參考的坐標(biāo)系。利用現(xiàn)場(chǎng)所存在的已知點(diǎn)坐標(biāo)，及E1/E3匝道間的門(mén)洞，使測(cè)量路線構(gòu)成一個(gè)閉合回路。通過(guò)制作好的閉合導(dǎo)線，定出所有型鋼立柱的位置。

2.3 水下植筋技術(shù)

此次星港街隧道加固施工涉及的主要工序?yàn)樾弯摿⒅惭b、斜剖撐安裝、水平撐安裝及支撐排架。其中斜剖撐的施工質(zhì)量取決于支座牛腿鋼筋植筋施工質(zhì)量，但現(xiàn)場(chǎng)隧道內(nèi)部有積水，國(guó)產(chǎn)的植筋膠水無(wú)法適用于此種環(huán)境下的施工。為解決此項(xiàng)難題，引進(jìn)了一種可適用于潮濕環(huán)境及開(kāi)裂混凝土的新型材料Re500sd膠。施工前先清理隧道內(nèi)的積水及泥漿，在隧道混凝土底板上打孔，用毛刷清理干凈孔壁，注射Re500sd膠，注射深度為2/3孔深，鋼筋慢慢旋轉(zhuǎn)進(jìn)入孔洞，直到膠水溢出為好，等待固化。

為檢驗(yàn)Re500sd膠是否能在潮濕環(huán)境中起到良好效果，管理人員對(duì)植筋部位進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，最終拉拔力達(dá)到55 kN，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.4 型鋼立柱后加預(yù)應(yīng)力施工

2.4.1 型鋼立柱安裝施工流程

AL梁底面平整度復(fù)測(cè)（AL梁底面高強(qiáng)環(huán)氧砂漿找平）→AL梁底面打孔，用透明板拓出孔的位置，并在梁上畫(huà)出透明板邊線→畫(huà)出預(yù)埋鋼板上孔位，用持力鉆開(kāi)孔→頂板塞焊→型鋼立柱安裝→施加預(yù)應(yīng)力→頂部埋板與型鋼柱焊接→底部型鋼鎖死裝置安裝→撤去千斤頂

2.4.2 型鋼立柱安裝施工工藝

1）復(fù)查AL梁底面平整度，對(duì)不平整部位進(jìn)行混凝土表面鑿毛，后用高強(qiáng)砂漿找平。在AL梁底進(jìn)行打孔，打孔深度為250 cm，孔徑16 mm，清理孔洞，保持孔洞干凈。植筋，等膠水固化后安裝開(kāi)好孔的預(yù)埋板，進(jìn)行塞焊施工。

2）型鋼立柱安裝，用小型叉車(chē)將型鋼柱移動(dòng)至安裝位置就位，調(diào)整型鋼立柱垂直度，在型鋼柱兩側(cè)200 mm處安放千斤頂，將千斤頂加壓到25 MPa，相當(dāng)于10 kN的力，2臺(tái)千斤頂要同時(shí)施加力，且不能夠一次性施加到25 MPa，要將其分為5個(gè)等級(jí)（5、10、15、20、25 MPa）逐步加壓，施加力的過(guò)程中要對(duì)AL梁進(jìn)行變形觀測(cè)，防止混凝土開(kāi)裂。

3）千斤頂施加力完成后，觀察上部是否貼緊，貼緊后上部進(jìn)行型鋼柱與預(yù)埋板焊接，下部安放型鋼墊塊進(jìn)行鎖死，型鋼墊塊與型鋼立柱進(jìn)行焊接，最后撤去千斤頂。

3 變形監(jiān)測(cè)

鋼管支架布置區(qū)域，天橋施工前應(yīng)在頂、底板臨空面上下對(duì)應(yīng)位置布設(shè)豎向凈空收斂?jī)x（每2～4 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面不少于2組測(cè)點(diǎn)，圖4）。

測(cè)量組在隧道AL梁、側(cè)墻斷面為K0＋525.0的斷面埋設(shè)監(jiān)控測(cè)量的3個(gè)點(diǎn)，其中拱頂1個(gè)點(diǎn)A，側(cè)墻2個(gè)點(diǎn)B、C。用JSS30A-01161收斂?jī)x測(cè)量此斷面的沉降數(shù)據(jù)值并計(jì)算。附加荷載為30 kPa時(shí)，收斂?jī)x沉降數(shù)值顯示，變形數(shù)值為0.34、0.88 mm，均小于1 mm的變形要求，隧道AL梁及側(cè)墻處于穩(wěn)定狀態(tài)，可正常施工。

圖4 斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置

4 結(jié)語(yǔ)

新建隧道、軌道交通下穿既有隧道和高架橋?qū)υ械某鞘械叵滤淼廊寒a(chǎn)生附加荷載時(shí)，可采用本技術(shù)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。

1）隧道內(nèi)部增設(shè)鋼管支架、型鋼撐、型鋼立柱及混凝土牛腿的加固方案，可以有效地減小既有隧道在附加荷載下的結(jié)構(gòu)變形。

2）理論分析數(shù)據(jù)E1匝道單孔箱涵理論變形為1 mm，加固后監(jiān)測(cè)數(shù)值小于理論模擬值，驗(yàn)證了加固方案的合理性和可行性。

3）天橋附加荷載傳遞給既有的隧道，E1匝道頂板上方覆土較薄，為保護(hù)已建隧道結(jié)構(gòu)，同時(shí)使天橋支架荷載均勻分散作用，路面鋪設(shè)路基箱可有效地保證隧道安全。