盾構(gòu)下穿危舊公路立交橋施工參數(shù)控制研究

沈貴斌

（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200120）

1 概述

合肥地鐵2 號線某區(qū)段下穿公路立交橋，設(shè)計的隧道直徑為6m，施工過程中采用盾構(gòu)法掘進。在結(jié)構(gòu)形式上，橋下樁基加固形式為挖孔樁，直徑在1.2m 到1.5m 之間不等，橋上梁式結(jié)構(gòu)為多跨連續(xù)梁。橋下的地層巖性多種多樣，總體地下水不發(fā)育。盾構(gòu)施工主要在全斷面中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，該土層屬軟巖-極軟巖，風(fēng)化程度中等，呈棕紅色，天然極限抗壓強度在1.60-9.00Mpa 范圍之間，飽和極限抗壓強度在0.79-3.80Mpa 范圍之間。五里墩立交橋建成于1996 年，與下穿施工時間間隔了近19 年時間。如圖1 所示，五里墩立交橋在多個路口的交匯處，總體有四層，形狀酷似雙“Y”形，為外加環(huán)型匝道的互通定向式立交橋，分五個交叉道向四周幅射，極大分散了交通流向。

圖1 五里墩立交橋

橋面、橋墩等出現(xiàn)多處病害：(1)橋面病害：主要包括橋面瀝青混凝土表面產(chǎn)生大面積網(wǎng)狀裂縫，并有大面積裂、坑槽、沉陷等現(xiàn)象。(2)現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁病害：大部分箱梁腹板存在貫穿或不貫穿的豎向裂縫，混凝土表面產(chǎn)生剝落、松散、漏筋等現(xiàn)象。(3)橋墩、蓋梁病害：橋墩、蓋梁病害主要是橋臺及橋墩頂滲水，臺帽、蓋梁側(cè)面及懸臂端大量水跡污染，且出現(xiàn)了局部混凝土剝落導(dǎo)致鋼筋銹蝕現(xiàn)象。

因此，對此類老舊、繁忙的公路立交橋下穿盾構(gòu)的施工，需要深入結(jié)合橋梁自身狀態(tài)，圍繞以往維修加固方案[1-3]，經(jīng)多方討論、驗證提出安全且經(jīng)濟的施工方案。

2 施工方案確定

2.1 施工難點分析

立交橋施工距離長，影響范圍廣，且下穿施工持續(xù)時間90 天，在近三個月的時間內(nèi)，持續(xù)高壓狀態(tài)下施工，對參建人員的心理和生理要求極高。該橋的梁式結(jié)構(gòu)采用非預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，故對于梁體裂縫控制的要求極高，且橋梁支座均為活動支座，該受力體系應(yīng)對變形能力差，在施工控制上的要求又提升了不少。盾構(gòu)下穿施工中的變形控制對于整體施工的安全控制極其重要且難度較大，本次施工過程中的沉降最小值控制在2.4mm 左右。該處交通擁擠，結(jié)合既往案例經(jīng)驗判斷，若沉降變形指標(biāo)超限，將導(dǎo)致現(xiàn)場施工保護難度極大的后果。

2.2 設(shè)計確定

橋上梁式結(jié)構(gòu)為多跨連續(xù)梁、下部為直徑1.2m～1.5m 人工挖孔樁。如圖2 所示，平面上區(qū)間隧道主要側(cè)穿了立交A3、A4 匝道樁基，部分穿越A1、A2、A6、B3、B4匝道；在隧道邊線6m 范圍內(nèi)，約有55 個墩柱將在施工中被側(cè)穿，基底埋深在17.2～20.2m 范圍，在設(shè)計中主要采取以下措施進行優(yōu)化：在設(shè)計中主要采取以下措施進行優(yōu)化：（1）平面線路避開樁基，避免正下穿樁基；（2）適當(dāng)加大區(qū)間隧道埋深，確保與立交橋樁基的間隔大于6m；（3）將區(qū)間隧道全斷面設(shè)計在中風(fēng)化巖層內(nèi)。

圖2 區(qū)間隧道與五立墩立交三維關(guān)系圖

2.3 試驗段施工

施工過程中資源投入如圖3 所示。

圖3 區(qū)間后配套設(shè)備配置圖

參考《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》，對深埋隧道的圍巖水平和豎直松動壓力進行計算；針對平衡壓力的設(shè)定可以隨著施工過程進行調(diào)整，具體可以結(jié)合盾構(gòu)埋深、土層狀況以及實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合信息。施工過程中，應(yīng)將渣土的稠度保持在25-40mm 范圍，施工過程中的具體體現(xiàn)形式是：（1）使其流動性佳，表面呈現(xiàn)水潤光澤；（2）現(xiàn)場施工人員可通過手抓起渣土，且較輕松（3）螺旋機出渣不間斷，渣土鋪展較好且渣土不呈球狀或餅狀。

盾構(gòu)同步注漿漿液擬選用厚漿，厚漿具有流動性好、長期穩(wěn)定性佳的特性；依靠自身的填充性能較好、泌水率小、不易稀釋等優(yōu)點，使得漿液的力學(xué)、填充、流動性能等良好匹配。

盾構(gòu)機穿越后考慮到環(huán)境保護和隧道穩(wěn)定因素，在脫出盾尾的第4～6 環(huán)起，通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，補充同步注漿未填充部分和體積減少部分，這使得土層后期沉降得到有效緩解，與此同時，可提升隧道的止水能力二次注漿對于施工過程非常重要，對同步注漿起到加強和補充效果，也使得管片周圍的地層被充填和加固。

2.4 施工控制指標(biāo)

2.4.1 沉降控制

為了進一步優(yōu)化匝道全封閉方案，參考各方專家的分析論證結(jié)果，以通行便捷為原則，最終采取分階段封閉的方案，不封閉交通的情況下沉降控制指標(biāo)見表1。

表1 沉降控制指標(biāo)

2.4.2 地層損失率：在封閉交通下、地層損失率為1‰的條件下開展數(shù)值計算，得到A2 匝道相鄰橋墩的豎向差異沉降值局部達9.5mm，故地層損失率最終被確定在1‰以內(nèi)。

2.4.3 施工沉降監(jiān)測方案：分別開展墩柱沉降；墩柱傾斜；墩柱差異沉降；裂縫監(jiān)測，監(jiān)測頻率取為4h。

2.5 施工參數(shù)控制

根據(jù)試驗段總結(jié)的施工經(jīng)驗，合理設(shè)定施工參數(shù)，穩(wěn)步推進減少地層損失，將地層損失率控制在1‰范圍內(nèi)，正式掘進段的施工參數(shù)設(shè)置見表2 所示。

表2 正式掘進段盾構(gòu)施工參數(shù)控制表

3 沉降監(jiān)測

考慮到由于盾構(gòu)施工中對于土體的擾動，使得地面和隧道產(chǎn)生沉降變形，進而影響附近城市交通的正常使用。為了保障施工的安全進行及控制其對周邊環(huán)境、交通的影響，需監(jiān)測沉降變形，布設(shè)方式為沿縱向布置。基于沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測土體沉降問題。

盾構(gòu)掘進對刀盤前20 環(huán)以外區(qū)域影響較小，管片脫出盾尾100 環(huán)后（約15 天）沉降趨于穩(wěn)定。對影響控制區(qū)進行劃分界定。

圖4 施工影響區(qū)域劃分示意圖

監(jiān)測點的布設(shè)方法：

（1）用鉆機鉆￠90mm 的孔。

（2）基于鉆孔之后孔深，提前準(zhǔn)備好大小適當(dāng)?shù)乃芰蠈?dǎo)管，并在對應(yīng)深度上布設(shè)金屬環(huán)，同時為了防止因淤泥堵塞導(dǎo)管，在導(dǎo)管端部做封堵處理。

（3）為了保證導(dǎo)管管頭牢固嵌固在土中，在導(dǎo)管放入孔過程中，需要在管口施加一定壓力。同時，在孔壁與管外壁之間孔隙中填入細(xì)砂，以此保證感應(yīng)環(huán)隨圖層垂直變化。

（4）導(dǎo)管布設(shè)完畢后，在上部管口做好耐久布置，確保其穩(wěn)定牢固。測量出每個感應(yīng)環(huán)的初始深度，作為初始值，如圖5 所示。

圖5 隧道分層沉降測點布設(shè)示意圖

各匝道的橋墩的最大沉降值和橋墩間的差異沉降值數(shù)值均小于專項研究報告中不封道工況下沉降的控制值，沉降控制效果好。盾構(gòu)穿越樁基前及樁基后的單次變量較小，沉降穩(wěn)定期一般在一周左右，沉降變化量較為明顯的時間點出現(xiàn)在盾構(gòu)脫出盾尾期間，后逐漸平緩直至穩(wěn)定。施工過程各項參數(shù)波動較小，施工參數(shù)基本能滿足盾構(gòu)穿越五里墩立交的沉降要求。在盾構(gòu)脫離影響區(qū)后，每隔15 日對影響區(qū)內(nèi)所有橋墩進行一次聯(lián)測，目前已完成兩次聯(lián)測，沉降變形量均在1mm 以內(nèi)，累計變形未超出方案允許值，沉降控制良好。

由三方共同對五里墩立交橋橋墩沉降進行聯(lián)測，累計沉降值除個別略大于3mm 外，其余均在3mm 以內(nèi)。

4 試驗段總結(jié)

4.1 盾尾脫出管片后，沉降出現(xiàn)明顯起伏，持續(xù)時間約兩周；在波動期間，沉降最大值為-4.51mm，均值為-3.5mm。

4.2 試驗可知，采用原漿液2.5%（注入率150%）、水、泡沫組合的方法，可使土層性能得到改良，其中，注水流量不小于100L/min。

4.3 刀盤前方地層出現(xiàn)隆沉現(xiàn)象與推進速度和土倉壓力關(guān)系密切；為使得掘進過程對地面影響較小（控制沉降），可將土倉壓力適當(dāng)調(diào)大。

4.4 采用同步注漿法可使地面沉降減小，為防止盾尾漏漿，可按建筑間隙的1.3 倍左右注漿。

4.5 有效控制地面二次下沉的手段為二次注漿；注漿始于脫出盾尾7 環(huán)，終于脫出盾尾9 環(huán)，每環(huán)約1.5m3。

5 結(jié)論

為了保證老舊、繁忙公路立交橋下穿盾構(gòu)施工的安全，考慮了橋梁的自身維修情況、地層巖性以及實際交通情況，提出優(yōu)化的盾構(gòu)施工參數(shù)，其沉降控制效果良好。