顧建爐

（中交四公局第三工程有限公司，北京 100123）

在我國地下軌道交通建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大進(jìn)程中, 地下軌道交通工程周邊環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜,暗挖隧道下穿橋梁工程持續(xù)涌現(xiàn),對地上橋梁結(jié)構(gòu)體完整性與堅(jiān)固性控制、地下透水失穩(wěn)問題防控均提出了較高的要求。特別是在山地城市,地下環(huán)境干擾因素較多,一旦操作不當(dāng),就會對橋梁結(jié)構(gòu)體造成危害。因此,根據(jù)山地城市特殊情況,探究暗挖隧道近距離下穿橋梁施工技術(shù)措施具有非常重要的意義。

1 山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工項(xiàng)目

1.1 工程基本情況

某橋梁施工項(xiàng)目位于山地城市,臨近暗挖隧道,拱頂部為直墻截面形式,隧道長度為168.95m,凈寬度為7.56m,毛寬度為12.32m,工法為淺埋暗挖法。隧道走向?yàn)闁|→西,下穿平頂直墻矩形截面形式的橋梁, 主通道埋設(shè)深度在16.23m 左右,平頂部直墻覆蓋土層厚度為8.56m, 拱頂直墻覆蓋土層厚度為6.89m。隧道近距離下穿橋梁情況如圖1。

圖1 山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁位置

如圖1 所示, 橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路-I 級, 人群荷載4.00kPa,抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為抗震設(shè)防B 類,抗震設(shè)防烈度為VII度,橋梁表面橫向坡度為1.50%(車行道)、2.00%(慢行一體),橋梁下層凈高大于等于3.50m。橋梁樁基長度為14.85m, 與隧道北側(cè)2# 導(dǎo)洞距離為0.10m, 與隧道南側(cè)導(dǎo)洞凈距離為8.65m,與隧道北側(cè)護(hù)壁凈距離為0.99m,與隧道南側(cè)護(hù)壁靜距離為11.32m, 通道開挖破裂面范圍占據(jù)總體樁長的10.0%。橋梁樁基頂端以下2.36m 為隧道底板底,隧道樁基頂端以下5.32m 位置為隧道北側(cè)導(dǎo)洞。

1.2 地質(zhì)情況

隧道選擇全斷面開挖方法,隧道巖層處于中風(fēng)化白云巖,巖體等級在IV 級到V 級之間, 巖溶發(fā)育強(qiáng)度在中等到強(qiáng)烈之間,承載力超過240.00kPa,地下水較發(fā)育。某山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工地質(zhì)情況如表1。

表1 地質(zhì)情況表

工程所在場區(qū)最大地表徑流為常年流水河, 所處地下水位波動不大, 埋深在0.70m～2.00m 之間, 水位年變化幅度在1.23m～1.62m 之間,地下水可與地表徑流互相補(bǔ)充。

工程所在地夏季風(fēng)力最大在7 級到8 級之間, 為亞熱帶與暖溫帶過渡帶,因地區(qū)處于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū),冷氣團(tuán)與暖氣團(tuán)交會頻次較高,天氣變化較為頻繁,夏季降雨量較大, 氣溫較高, 冬季降雨量較少, 氣溫較低, 年均降水量為956.20mm,6 月份到9 月份為汛期。

2 山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工理論及方案

2.1 施工理論

因案述工程位驗(yàn)為斷裂破碎帶(強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)巖體),可假定位于山地城市的暗挖隧道近距離下穿橋梁圍巖處于散體狀態(tài)(無內(nèi)聚力),且上方圍巖可形成波動不大的普氏壓力拱的情況下,引入巖體堅(jiān)固系數(shù)f,得出一個(gè)f 與正應(yīng)力之間的函數(shù)。此時(shí),隧道頂部中央圍巖壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他位置圍巖壓力[1]?；诖?可以從頂部中央圍巖壓力控制著手,進(jìn)行暗挖隧道下穿橋梁施工方案的設(shè)計(jì)。

2.2 施工方案

對于暗挖隧道下穿橋梁施工來說,需要從地上、地下兩個(gè)層面著手進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。地下、地上同時(shí)施工的方式,可以規(guī)避臨近構(gòu)筑物地基承載力不均而引發(fā)的橋梁開裂或傾斜問題,結(jié)合基礎(chǔ)加固、地基基礎(chǔ)處理以及補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)操作,可以提高暗挖隧道下穿橋梁施工安全系數(shù),降低距離較近的地上地下工程相互影響程度,確保工程質(zhì)量與工期滿足前期設(shè)計(jì)要求[2]。

2.2.1 地上施工方案

因開挖面與橋梁樁基底部距離較小, 在橋梁隧道開挖階段,應(yīng)利用臺階法進(jìn)行開挖(如圖2 和圖3 所示)和利用長導(dǎo)管WSS 注漿技術(shù)。臺階法開挖施工圖中Ⅰ采用注漿小導(dǎo)管施工,Ⅱ采用環(huán)形開挖施工,Ⅲ采用掛網(wǎng)施工,Ⅳ采用環(huán)形開挖,Ⅴ采用掛網(wǎng),Ⅵ采用二襯砌和底板回填施工。長導(dǎo)管WSS注漿技術(shù)對樁基底部土層進(jìn)行超前注漿加固,確保注漿體單軸無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)分別大于等于1.20MPa、110.00cm/s, 壓力試驗(yàn)值則大于等于0.50MPa, 小于等于1.00MPa。

圖2 臺階法開挖施工橫向示意圖

圖3 臺階法開挖施工縱向示意圖

在注漿前期, 利用長3.50m、寬2.20m、高5.40m 的RPD-130C 型鉆機(jī),圍繞橋梁樁基布置漿液灌注孔,灌注孔之間距離為0.80m,直徑為0.80m,擴(kuò)散半徑為0.60m,每米水泥用量為120.00kg,孔隙率為0.20%,填充系數(shù)以及損耗系數(shù)分別為0.70、1.05。在注漿孔布置完畢之后,利用長導(dǎo)管WSS 注漿技術(shù)向橋梁樁基周邊注入水泥漿,以便在加固橋梁樁基周邊土體、樁基底部土地的同時(shí),降低暗挖隧道操作對土體的干擾,為樁基端部承載力提升提供支持[3]。

鑒于山地白云巖層可注入漿液性質(zhì)較佳, 可以采用單液水泥漿,水與水泥、減水劑配比為1.00:1.00:0.08,形成滲透注漿。若遇細(xì)顆粒土層,則利用劈裂注漿的方式,減小壓力,避免漿液灌注體頂部壓力過大引發(fā)地面隆起。

在地面注入漿液后,依據(jù)配置靈活、安全功能完善、歷史曲線記錄、故障自診斷、控制精度高、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)監(jiān)視的標(biāo)準(zhǔn),選擇適宜的頂升設(shè)備控制裝置。比如,PLC 液壓同步頂升自動控制系統(tǒng)控制的頂升設(shè)備。在頂升設(shè)備以及對應(yīng)的控制裝置確定后,以橋墩基礎(chǔ)豎向位移超出控制值8.00m 為標(biāo)準(zhǔn),將鋼板墊設(shè)到固定盆式支座下方。為了達(dá)到良好的支座、梁體復(fù)位效果,需要事先將盆式支座、墩柱之間聯(lián)系拆除,進(jìn)而在設(shè)計(jì)位置安放盆式制作、箱梁。具體安放操作過程中,應(yīng)在將鋼筋設(shè)置到承臺頂部并澆筑混凝土的基礎(chǔ)上,沿著橋墩底部承臺東側(cè)、西側(cè)分別進(jìn)行臨時(shí)支撐放置,常用的臨時(shí)支撐為直徑800.00mm、長10.00mm 鋼質(zhì)管道,管道內(nèi)部已澆筑混凝土。在臨時(shí)支撐安裝完畢后,適當(dāng)放松橋梁固定支座下墊設(shè)鋼板的地腳螺栓并開啟千斤頂,頂升橋梁表體,頂升高度為5.00mm。在橋梁底部沒有下沉高程為±0.00mm 時(shí),調(diào)整臨時(shí)支座。調(diào)整完畢后關(guān)閉千斤頂,完成臨時(shí)支撐上橋梁安裝放置,臨時(shí)支撐上承載的橋梁表體重量占總重量的70.00%～90.00%。進(jìn)而進(jìn)行鋼墊板平整處理,促使鋼筋焊接盆式支座、鋼墊板形成一個(gè)整體。最后,再次啟動千斤頂進(jìn)行箱梁的頂升操作。在箱梁頂升操作過程中,需要利用厚度一定的鋼質(zhì)墊板進(jìn)行盆式支座下方填充,填充后下落箱梁到設(shè)計(jì)位置[4]。需要注意的是,若下落后箱梁高程超出以往高程2.00mm,則需要進(jìn)行支座下方鋼質(zhì)墊板厚度的重新調(diào)整,確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行臨時(shí)支撐的拆除以及下墊板地腳螺栓的擰緊操作。

2.2.2 地下施工方案

鑒于案述暗挖隧道臨時(shí)仰拱為半徑41251.00mm 的雙拼工字鋼, 除了借助跨中高強(qiáng)螺栓擰緊操作向工字鋼施加50.00kN 預(yù)應(yīng)力外,還需要從上導(dǎo)洞著手,進(jìn)行下人工樁的深挖,達(dá)到限制導(dǎo)洞邊墻向一側(cè)水平位置偏移的目的。根據(jù)案述暗挖隧道下穿橋梁現(xiàn)場條件,可以選擇每間隔4 根樁基跳躍開挖方式,每一次以往承臺范圍內(nèi)施工的樁基數(shù)量限制在1 根,并在樁基底部進(jìn)行漿液灌注管的預(yù)先埋設(shè),以便在樁基開挖24.00h 內(nèi)注漿補(bǔ)強(qiáng)加固底部土體。

在隧道下穿橋梁環(huán)節(jié),外避免邊樁外側(cè)土體失穩(wěn),技術(shù)人員可從既有橋梁樁基、周邊土體摩擦力控制著手,強(qiáng)化主體結(jié)構(gòu)土方開挖后期橋梁樁基橫向支撐裝置設(shè)置[5]。即在土方開挖完成后第一時(shí)間將臨時(shí)鋼支撐架設(shè)到邊樁側(cè)向位移位置,鋼支撐兩個(gè)端頭均位于邊樁后,降低橋梁樁基承受壓力。臨時(shí)鋼支撐的拆除時(shí)間為中板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3 山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 開挖技術(shù)要點(diǎn)

在地下操作過程中, 為了確保臨近橋梁結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固性,技術(shù)人員應(yīng)依據(jù)先左線下穿后右線下穿的順序進(jìn)行操作,左線下穿與右線下穿交匯點(diǎn)為左線二次襯砌完工。鑒于案述工程巖體材料并非均勻、各向同性的連續(xù)介質(zhì),時(shí)刻承受著巖體節(jié)理材料、裂隙力學(xué)行為、實(shí)操階段機(jī)械荷載等因素干擾,加之現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境高度復(fù)雜,應(yīng)選擇應(yīng)力釋放速度較慢的冷開挖法。事先利用潛孔鉆向掌子面上鉆設(shè)梅花形孔洞?？锥淬@設(shè)完畢后,以破碎錘+人工修整的方式,進(jìn)行有序操作,規(guī)避隧道下穿操作對橋梁安全穩(wěn)定性干擾[6]。整個(gè)操作過程中,技術(shù)人員應(yīng)借助超前地質(zhì)預(yù)報(bào)理論, 以前方地下水發(fā)育情況、巖溶發(fā)育情況為對象,進(jìn)行探測,根據(jù)探測結(jié)果,采取恰當(dāng)?shù)姆揽卮胧?降低掌子面上部、前方溶腔沖水乃至泥水突涌問題發(fā)生概率。

3.2 支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

在操作前期, 技術(shù)人員應(yīng)配合跟管鉆進(jìn)操作進(jìn)行大管棚超前支護(hù),規(guī)避孔洞鉆設(shè)期間地表形異變問題。在支護(hù)操作時(shí),技術(shù)人員可以利用DTM352 型全站儀,準(zhǔn)確放出鉆孔位置以及橋梁位置[7]。對橋梁位置進(jìn)行再次檢測,確保放線誤差小于等于5.00mm。進(jìn)而利用木質(zhì)樁帶入地面,打入地面深度為30.00cm～40.00cm,并沿著木質(zhì)樁撒白灰,避免后期機(jī)械破壞。

在初期支護(hù)通過的樁基數(shù)量等于1 根且長度與二次襯砌循環(huán)長度相等后,技術(shù)人員應(yīng)暫停掌子面開挖并完成掌子面封閉。在掌子面封閉后,進(jìn)行二次襯砌混凝土的澆筑。在二次襯砌混凝土澆筑強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80.00%及以上后,技術(shù)人員可以進(jìn)行下一次襯砌循環(huán)的開挖。初期支護(hù)為I25b(或I28b) 型鋼鋼架全環(huán)設(shè)置+33.00cm～36.00cm 厚C30 早強(qiáng)混凝土(重度為25.00kN/m3,泊松比為0.20),每榀型鋼鋼架之間距離為0.50m;二次襯砌為80.00cm～100.00cm 厚C35 防水鋼筋混凝土(重度為25.00kN/m3,泊松比為0.20)。

需要注意的是,技術(shù)人員應(yīng)控制一次襯砌循環(huán)、二次襯砌循環(huán)在同一時(shí)刻跨越的樁基數(shù)量小于兩根。與此同時(shí),技術(shù)人員應(yīng)以橋梁樁基沉降、橋梁傾斜以及洞內(nèi)拱頂沉降、水平收斂度為對象,強(qiáng)化監(jiān)測,以便根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行操作控制,確保工程質(zhì)量。

4 山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工問題及處理措施

4.1 層間滯水問題及處理

在山地工程操作過程中，層間水分滯留問題較為常見，針對上述問題，技術(shù)人員應(yīng)以縮短開挖深度的方式，將在開挖至底板下7.00m 調(diào)整到開挖至底板下5.00m，并在破除導(dǎo)洞初期襯砌后第一時(shí)間進(jìn)行護(hù)肩操作，配合轤轆提升以及支模澆筑，可以最大限度確保層間操作穩(wěn)定性。

4.2 頂升急停問題及處理

頂升急停問題多與下鋼盆無法順利脫離、個(gè)別油缸壓力超標(biāo)、油路泄露等因素有關(guān)。技術(shù)人員可以根據(jù)相關(guān)因素，采取對應(yīng)的解決措施[8]。比如，對于下鋼盆無法脫離墊石問題，技術(shù)人員可以利用繩鋸切割下墊石的方式，配合特殊制備的加長鉆頭，對四個(gè)角落進(jìn)行鉆孔，同時(shí)經(jīng)繩鋸緩慢平整切割；對于個(gè)別油缸壓力超標(biāo)問題，技術(shù)人員可以利用氣焊配合沖擊鉆將鋼筋聯(lián)接解除，或者破碎異物，解除油缸約束；對于油路泄露問題，技術(shù)人員可以對油路泄露位置進(jìn)行檢查，確定位置后進(jìn)行油路更換。

結(jié)束語

綜上所述，在山地城市暗挖隧道近距離下穿橋梁施工過程中，施工技術(shù)人員應(yīng)綜合考慮拱頂部沉降、地表沉降、橋墩沉降、樁基軸力等影響橋梁運(yùn)營安全的因素，選擇橋墩沉降、地層差異沉降均處于較低水平的橋梁施工方案。在方案實(shí)踐過程中，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況，適當(dāng)調(diào)整臨時(shí)支撐、超前支護(hù)以及超前注漿參數(shù)，結(jié)合實(shí)操過程中工程問題的處理，確保暗挖隧道近距離下穿橋梁施工過程順利進(jìn)行。