盾构下穿危旧公路立交桥施工参数控制研究

2022-05-18沈贵斌

科学技术创新 2022年15期

沈贵斌

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司，上海 200120）

1 概述

合肥地铁2 号线某区段下穿公路立交桥，设计的隧道直径为6m，施工过程中采用盾构法掘进。在结构形式上，桥下桩基加固形式为挖孔桩，直径在1.2m 到1.5m 之间不等，桥上梁式结构为多跨连续梁。桥下的地层岩性多种多样，总体地下水不发育。盾构施工主要在全断面中风化泥质砂岩层，该土层属软岩-极软岩，风化程度中等，呈棕红色，天然极限抗压强度在1.60-9.00Mpa 范围之间，饱和极限抗压强度在0.79-3.80Mpa 范围之间。五里墩立交桥建成于1996 年，与下穿施工时间间隔了近19 年时间。如图1 所示，五里墩立交桥在多个路口的交汇处，总体有四层，形状酷似双“Y”形，为外加环型匝道的互通定向式立交桥，分五个交叉道向四周幅射，极大分散了交通流向。

图1 五里墩立交桥

桥面、桥墩等出现多处病害：(1)桥面病害：主要包括桥面沥青混凝土表面产生大面积网状裂缝，并有大面积裂、坑槽、沉陷等现象。(2)现浇混凝土连续箱梁病害：大部分箱梁腹板存在贯穿或不贯穿的竖向裂缝，混凝土表面产生剥落、松散、漏筋等现象。(3)桥墩、盖梁病害：桥墩、盖梁病害主要是桥台及桥墩顶渗水，台帽、盖梁侧面及悬臂端大量水迹污染，且出现了局部混凝土剥落导致钢筋锈蚀现象。

因此，对此类老旧、繁忙的公路立交桥下穿盾构的施工，需要深入结合桥梁自身状态，围绕以往维修加固方案[1-3]，经多方讨论、验证提出安全且经济的施工方案。

2 施工方案确定

2.1 施工难点分析

立交桥施工距离长，影响范围广，且下穿施工持续时间90 天，在近三个月的时间内，持续高压状态下施工，对参建人员的心理和生理要求极高。该桥的梁式结构采用非预应力连续梁，故对于梁体裂缝控制的要求极高，且桥梁支座均为活动支座，该受力体系应对变形能力差，在施工控制上的要求又提升了不少。盾构下穿施工中的变形控制对于整体施工的安全控制极其重要且难度较大，本次施工过程中的沉降最小值控制在2.4mm 左右。该处交通拥挤，结合既往案例经验判断，若沉降变形指标超限，将导致现场施工保护难度极大的后果。

2.2 设计确定

桥上梁式结构为多跨连续梁、下部为直径1.2m～1.5m 人工挖孔桩。如图2 所示，平面上区间隧道主要侧穿了立交A3、A4 匝道桩基，部分穿越A1、A2、A6、B3、B4匝道；在隧道边线6m 范围内，约有55 个墩柱将在施工中被侧穿，基底埋深在17.2～20.2m 范围，在设计中主要采取以下措施进行优化：在设计中主要采取以下措施进行优化：（1）平面线路避开桩基，避免正下穿桩基；（2）适当加大区间隧道埋深，确保与立交桥桩基的间隔大于6m；（3）将区间隧道全断面设计在中风化岩层内。

图2 区间隧道与五立墩立交三维关系图

2.3 试验段施工

施工过程中资源投入如图3 所示。

图3 区间后配套设备配置图

参考《铁路隧道设计规范》，对深埋隧道的围岩水平和竖直松动压力进行计算；针对平衡压力的设定可以随着施工过程进行调整，具体可以结合盾构埋深、土层状况以及实时监测数据的综合信息。施工过程中，应将渣土的稠度保持在25-40mm 范围，施工过程中的具体体现形式是：（1）使其流动性佳，表面呈现水润光泽；（2）现场施工人员可通过手抓起渣土，且较轻松（3）螺旋机出渣不间断，渣土铺展较好且渣土不呈球状或饼状。

盾构同步注浆浆液拟选用厚浆，厚浆具有流动性好、长期稳定性佳的特性；依靠自身的填充性能较好、泌水率小、不易稀释等优点，使得浆液的力学、填充、流动性能等良好匹配。

盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素，在脱出盾尾的第4～6 环起，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充同步注浆未填充部分和体积减少部分，这使得土层后期沉降得到有效缓解，与此同时，可提升隧道的止水能力二次注浆对于施工过程非常重要，对同步注浆起到加强和补充效果，也使得管片周围的地层被充填和加固。

2.4 施工控制指标

2.4.1 沉降控制

为了进一步优化匝道全封闭方案，参考各方专家的分析论证结果，以通行便捷为原则，最终采取分阶段封闭的方案，不封闭交通的情况下沉降控制指标见表1。

表1 沉降控制指标

2.4.2 地层损失率：在封闭交通下、地层损失率为1‰的条件下开展数值计算，得到A2 匝道相邻桥墩的竖向差异沉降值局部达9.5mm，故地层损失率最终被确定在1‰以内。

2.4.3 施工沉降监测方案：分别开展墩柱沉降；墩柱倾斜；墩柱差异沉降；裂缝监测，监测频率取为4h。

2.5 施工参数控制

根据试验段总结的施工经验，合理设定施工参数，稳步推进减少地层损失，将地层损失率控制在1‰范围内，正式掘进段的施工参数设置见表2 所示。

表2 正式掘进段盾构施工参数控制表

3 沉降监测

考虑到由于盾构施工中对于土体的扰动，使得地面和隧道产生沉降变形，进而影响附近城市交通的正常使用。为了保障施工的安全进行及控制其对周边环境、交通的影响，需监测沉降变形，布设方式为沿纵向布置。基于沉降监测数据，监测土体沉降问题。

盾构掘进对刀盘前20 环以外区域影响较小，管片脱出盾尾100 环后（约15 天）沉降趋于稳定。对影响控制区进行划分界定。

图4 施工影响区域划分示意图

监测点的布设方法：

（1）用钻机钻￠90mm 的孔。

（2）基于钻孔之后孔深，提前准备好大小适当的塑料导管，并在对应深度上布设金属环，同时为了防止因淤泥堵塞导管，在导管端部做封堵处理。

（3）为了保证导管管头牢固嵌固在土中，在导管放入孔过程中，需要在管口施加一定压力。同时，在孔壁与管外壁之间孔隙中填入细砂，以此保证感应环随图层垂直变化。

（4）导管布设完毕后，在上部管口做好耐久布置，确保其稳定牢固。测量出每个感应环的初始深度，作为初始值，如图5 所示。

图5 隧道分层沉降测点布设示意图

各匝道的桥墩的最大沉降值和桥墩间的差异沉降值数值均小于专项研究报告中不封道工况下沉降的控制值，沉降控制效果好。盾构穿越桩基前及桩基后的单次变量较小，沉降稳定期一般在一周左右，沉降变化量较为明显的时间点出现在盾构脱出盾尾期间，后逐渐平缓直至稳定。施工过程各项参数波动较小，施工参数基本能满足盾构穿越五里墩立交的沉降要求。在盾构脱离影响区后，每隔15 日对影响区内所有桥墩进行一次联测，目前已完成两次联测，沉降变形量均在1mm 以内，累计变形未超出方案允许值，沉降控制良好。

由三方共同对五里墩立交桥桥墩沉降进行联测，累计沉降值除个别略大于3mm 外，其余均在3mm 以内。