重型天桥施工对地下既有隧道的影响与加固

2018-09-06顾天熊蒋凯臣张羽翔

建筑施工 2018年1期

郑伟顾天熊蒋凯臣张羽翔

苏州中固建筑科技股份有限公司江苏苏州 215152

随着国民经济的发展，在城市土地有限的情况下，开发利用既有隧道周围的土地和空间是一种必然的选择。在既有隧道周围新建桥梁或道路，隧道受力状态将发生变化，在附加应力作用下，隧道将产生二次变形，会对隧道的结构安全和正常运营造成影响。隧道事故一旦发生，其损失是巨大的。开展隧道周围新建桥梁结构对既有隧道结构的影响研究具有重要的价值[1-2]。

1 工程概况

苏州星港街隧道工程于2014年6月开工建设，包括星港街隧道（现代大道下立交）、轨道3号线东方之门站、星港街路东公共设施工程（公共停车场及景观绿化）和星港街过街景观天桥工程，是园区构建南北向快速路网的重要举措。星港街过街景观天桥工程以苏州中心商业裙楼3楼为起点，分为南桥和北桥，南桥跨星港街展开分支至路东湖滨公园，北桥跨星港街展开分支至香樟林（图1、图2）。

星港街隧道上方地面后期施工南北天桥，根据天桥施工单位提供荷载，经验算，部分区段隧道无法承受天桥的施工荷载，需在隧道内部进行临时加固，根据南北天桥施工单位提供的施工荷载并根据结构荷载计算，设计了在隧道内部增设钢管支架、型钢撑、型钢立柱及混凝土牛腿的加固方案。加固区域分为地下2层和地下1层，双层支架区域，先施工地下2层钢管支架，后期施工地下1层钢管支架。

图1 隧道和过街天桥平面位置关系

图2 隧道和匝道平面位置关系

2 重点、难点分析

1）临时支撑荷载有限元分析是难点一。支撑作为隧道中间支座，其承担约隧道跨度一半的天桥荷载，故支撑总轴力应接近上述分布宽度范围内的天桥总荷载。在“覆土荷载＋天桥荷载”作用下，设计支撑布置方案。支撑的设置后天桥可满足附加荷载后承载力要求，为了便于施工，要对支撑数量和型钢的断面设计进行优化。在覆土荷载和天桥荷载的作用下得到如下支撑布置方案：主线隧道东线下方单根钢管支架最大轴力为35 kN；其余区域单根钢管支架最大轴力为21 kN。E1匝道顶板上方覆土较薄，为保护已建隧道结构，同时使天桥支架荷载均匀分散作用，须在上述区域路面铺设路基箱；路基箱铺设宽度超出隧道平面不小于2 m。单层路基箱高度不小于0.14 m。

2）交叠隧道内支撑的植筋、测绘工艺是难点二。

3）结构安全监测和预警，实时监测隧道变形（竖向收敛）及裂缝（既有及新增裂缝）的发展、变化情况，并及时反馈给隧道设计单位，综合判断隧道结构的实际受力状态，必要情况下需根据现场实际情况给隧道另行增设加固或保护措施是难点之三。

4）斜撑牛腿小空间自密实混凝土施工是难点之四。

2.1 支撑系统设计

根据轴力计算和稳定性计算要求，最终选定400 mm× 400 mm型钢作为竖向临时支撑（图3）。

图3 支撑布置

星港街隧道底部经历长期雨天，隧道下部存在积水，这使得植筋施工无法开展，植筋胶遇水无法固结，且打孔后灰尘遇水会黏合在一起，无法将孔壁清理干净，导致胶水与混凝土不能完全黏结，若不解决此项问题，斜剖撑牛腿施工将无法进行。隧道内部型钢支撑按照设计要求，型钢立柱两侧各200 mm宽度范围内型钢托架处应用千斤顶顶紧，若千斤顶顶升力值过大，原隧道混凝土板面受力会变形，所以如何控制好千斤顶顶升时原隧道混凝土板面不发生变形为此次加固工程的重点。

2.2 测绘技术

考虑到型钢立柱的定位精度要求高及定位偏差过大可能造成后期天桥施工时隧道混凝土板面开裂，现场排除使用按照原结构来进行定位放线的方法，经讨论最终应用闭合导线法对所有型钢柱进行定位，设计院提供所有型钢柱的坐标及所参考的坐标系。利用现场所存在的已知点坐标，及E1/E3匝道间的门洞，使测量路线构成一个闭合回路。通过制作好的闭合导线，定出所有型钢立柱的位置。

2.3 水下植筋技术

此次星港街隧道加固施工涉及的主要工序为型钢立柱安装、斜剖撑安装、水平撑安装及支撑排架。其中斜剖撑的施工质量取决于支座牛腿钢筋植筋施工质量，但现场隧道内部有积水，国产的植筋胶水无法适用于此种环境下的施工。为解决此项难题，引进了一种可适用于潮湿环境及开裂混凝土的新型材料Re500sd胶。施工前先清理隧道内的积水及泥浆，在隧道混凝土底板上打孔，用毛刷清理干净孔壁，注射Re500sd胶，注射深度为2/3孔深，钢筋慢慢旋转进入孔洞，直到胶水溢出为好，等待固化。

为检验Re500sd胶是否能在潮湿环境中起到良好效果，管理人员对植筋部位进行拉拔试验，最终拉拔力达到55 kN，满足设计要求。

2.4 型钢立柱后加预应力施工

2.4.1 型钢立柱安装施工流程

AL梁底面平整度复测（AL梁底面高强环氧砂浆找平）→AL梁底面打孔，用透明板拓出孔的位置，并在梁上画出透明板边线→画出预埋钢板上孔位，用持力钻开孔→顶板塞焊→型钢立柱安装→施加预应力→顶部埋板与型钢柱焊接→底部型钢锁死装置安装→撤去千斤顶

2.4.2 型钢立柱安装施工工艺

1）复查AL梁底面平整度，对不平整部位进行混凝土表面凿毛，后用高强砂浆找平。在AL梁底进行打孔，打孔深度为250 cm，孔径16 mm，清理孔洞，保持孔洞干净。植筋，等胶水固化后安装开好孔的预埋板，进行塞焊施工。

2）型钢立柱安装，用小型叉车将型钢柱移动至安装位置就位，调整型钢立柱垂直度，在型钢柱两侧200 mm处安放千斤顶，将千斤顶加压到25 MPa，相当于10 kN的力，2台千斤顶要同时施加力，且不能够一次性施加到25 MPa，要将其分为5个等级（5、10、15、20、25 MPa）逐步加压，施加力的过程中要对AL梁进行变形观测，防止混凝土开裂。

3）千斤顶施加力完成后，观察上部是否贴紧，贴紧后上部进行型钢柱与预埋板焊接，下部安放型钢垫块进行锁死，型钢垫块与型钢立柱进行焊接，最后撤去千斤顶。

3 变形监测

钢管支架布置区域，天桥施工前应在顶、底板临空面上下对应位置布设竖向净空收敛仪（每2～4 m一个断面，每个断面不少于2组测点，图4）。

测量组在隧道AL梁、侧墙断面为K0＋525.0的断面埋设监控测量的3个点，其中拱顶1个点A，侧墙2个点B、C。用JSS30A-01161收敛仪测量此断面的沉降数据值并计算。附加荷载为30 kPa时，收敛仪沉降数值显示，变形数值为0.34、0.88 mm，均小于1 mm的变形要求，隧道AL梁及侧墙处于稳定状态，可正常施工。