邻近既有隧道的立交互通基础施工技术

杜展展 漆世虎

南京城市建设管理集团有限公司 江苏 南京 210028

交通是一个城市的命脉，是一个城市发展快慢的衡量标准，是解决人们出行的关键因素，而城市交通发展最快的就是城市快速路与隧道[1]。

近几年来，城市立体交通除了体量由小变大，形式从简到繁外，还面临着建设过程中与既有或拟建地面、地下结构，如地铁、管涵等相互干扰的问题，给工程界带来的挑战也越来越多[2]。如广州地铁5号线矿山法施工下穿区庄互通时，将立交桥下区段的大断面改为小断面隧道，严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、早闭合、勤量测、速反馈”的施工流程，使得立交桥的沉降得以有效控制[3]；天津地铁2号线穿越津汉公路立交桥，隧道离桥墩最近距离仅6.5 m，由于土质软弱、桩顶荷载大、桩距隧道近的特点，桩基施工及桩基承担的荷载均将可能对隧道产生影响，通过建立三维有限元数值模型，模拟立交桥桥墩桩基础的成孔施工、运营期桩基承担荷载在土中产生的应力扩散对既有隧道结构和轨道变形产生的影响，分析了单个承台桩基础及考虑多个承台桩基础叠加效应对邻近既有隧道的影响规律，提出了相应的变形控制措施[4]；北京安慧桥东侧北辰桥下地铁奥运支线工程施工时，利用三维有限元模型，对由于双线隧道穿越既有桥梁施工引起的桥梁沉降与变形进行了全过程计算和分析，并通过现场监测数据证明施工方法的可行性[5]；上海共和新路高架与上海地铁1号线共建过程中采用了安全风险管理与控制，加强施工风险控制管理，从而减少了建设过程中事故的发生[6]；合肥地铁2号线施工时，分析了隧道下穿五里墩立交施工过程中对桥梁结构可能产生的风险，并提出相应的控制措施，以便指导施工[7]。

1 工程概况

1.1 项目简介

南京市和燕路改造工程既是“经六纬九”主城主干道体系中的经三路，又是“井”字加外环快速道路系统中的北支。

本标段为和燕路改造工程的晓庄广场互通节制点，采用十字交叉定向匝道方案。互通内设置8条转向匝道，均采用桥梁形式，匝道起终点处接地面辅道系统。各匝道的设计速度均为40 km/h，匝道断面为单向双车道，标准横断面宽度为9.0 m（图1）。从图上看出，本互通建设过程中需跨越既有的晓庄广场隧道。

图1 晓庄广场互通效果图

既有晓庄广场隧道全长744 m，最大纵坡4.4%，其中敞开段516 m，暗埋段228 m。暗埋段采用单层双孔箱涵结构，单孔净宽度13.05 m，主体结构净高5.99 m，通车净高度5.0 m，顶板及侧墙厚度为90 cm，底板厚100 cm，中隔墙厚80 cm。隧道侧墙外1.0 m范围内采用φ800 mm钻孔灌注桩支护，支护桩外侧采用φ650 mm@450 mm套打的三轴水泥搅拌桩止水帷幕。

晓庄互通立交主桥左右幅、WN匝道、SW匝道、ES匝道、NE匝道钢箱梁跨越隧道暗埋段。桥梁下部基础采用嵌岩型φ1.2 m、φ1.5 m钻孔灌注桩，桩基距离晓庄广场隧道侧墙小于2 m的有ES9（1.648 m）、SW14（1.654 m）、NE11（1.426 m）、SE6（1.975 m）。桩基与止水帷幕紧贴设置，承台局部与止水帷幕重叠。

1.2 地质条件

本标段南北向走势为中间高两端低，东西向走势为西低东高。场地主要为坳沟地貌，东端有部分阶地。经勘察，本场区勘察深度范围内上部为填土和黏性土，下伏基岩主要为白垩系红层、砂岩、泥质粉砂岩，局部为砂砾岩。地基承载力设计参数如表1所示。

表1 地基土承载力设计参数

根据地下钻探显示情况，按地下水的深埋条件和赋予条件，场地地下水有毛细孔隙水与基岩裂隙水。

2 风险分析

项目位于南京市栖霞区晓庄，标段范围位于燕子矶街道和迈皋桥街道辖区内，属于市区范围，其中大部分施工内容集中在纬一路和和燕路十字路口范围内，具有人口密度大、交通流量大的难点。

本工程所涉及的施工工艺较为常规，但所涵盖的工作内容、工程种类较多，现场施工组织和现场管理有一定的难度。

本标段沿线多为居民小区及商业楼，沿路管线众多，施工前期需探明地下管线，在工程施工前期对管线制定相应的迁改方案和保护措施。

本互通邻近既有隧道施工，相互影响非常频繁。新建工程的施作必将引起既有工程周边应力的二次重新分布，最终导致一系列的力学效应变化。在这种受力特征下，工程修建的空间位置、时间先后顺序、加卸载效应、横向效应、纵向效应及空间效应等，都与最后的建造结果有关。施工不当则容易造成隧道整体结构失稳，发生变形、塌陷、沉降不均匀等现象[8]。

3 施工组织设计

3.1 桥梁钻孔桩施工

晓庄互通立交主桥部分桩基距离侧墙小于2 m的有ES9墩、SW14、NE11墩、SE6墩等。为评估钻孔灌注桩施工时对既有隧道的影响，进行了三维有限元的施工模拟。桩施工计算选取距隧道最近的NE11、ES9承台，桩基与隧道外侧结构最小距离分别为1.426 m和1.648 m；地质参数选取了钻孔G17的相关成果。施工时，先成孔外侧6根桩，后成孔内侧6根桩（图2、图3）。

图2 有限元计算模型

图3 计算模型俯视图

施工模拟顺序为①→12。桩的施工工艺为钻孔灌注桩，成孔过程中泥浆护壁采用在孔径向施加压力的方式进行模拟。

模拟隧道结构水平位移结果显示，第12 根桩施工完成后，靠近桩基施工侧的隧道结构水平位移最大，约等于0.3 mm，小于5 mm，满足规范要求。施工时需注意钻孔桩施工时加深钢护筒，周围不随意堆载，同时加强既有结构的变形监测[9]。

互通钻孔灌注桩的施工流程为：进行桩位测量放样，沿着承台边线外侧1 m切割破除路面层，埋设护筒，采用反循环钻机钻进成孔。

3.2 承台墩身施工

待桩基检测合格后，静压长6 m拉森钢板桩进行墩身基坑开挖。考虑隧道外侧有1层φ80 cm的钻孔围护桩，1层φ65 cm的高压旋喷桩止水帷幕（地勘显示取芯完整），施工中控制钢板桩预留1.5 m安全保护距离，靠近隧道侧墙范围，先探明侧墙位置及是否有变形缝，1.5 m以内不再插打钢板桩，利用原支护桩安装基坑内支撑。桩基检测完成后，依次施工承台、墩身，然后按永久道路标准对基坑进行恢复。

3.3 台背填土施工

ES匝道、SE匝道、SW匝道、WN匝道共4条布置于隧道两侧敞开段南北侧辅道上方，其中ES匝道、SE匝道、SW匝道3条台后填土位于隧道敞开段两侧既有机动车道。

匝道路基段采用人工铺筑EPS轻质填料，将原辅道路面结构拆除一定的厚度并由EPS代替，将匝道路基段结构自重增加的竖向荷载最大值控制在20 kPa。

3.4 钢箱梁吊装施工

互通共9联钢箱梁，其中主桥左右幅、WN匝道、SW匝道、ES匝道、NE匝道6联钢箱梁跨越隧道暗埋段。施工顺序为：施工NW匝道钢箱梁；考虑到工期要求及为缓解南北向交通压力，施工主桥钢箱梁；按照桥梁的空间位置以及东西向通行要求，依次施工第2层钢箱梁（NE、SW匝道钢箱梁）、第3层钢箱梁（ES、WN匝道钢箱梁）。具体施工流程[10]如下：

1）工厂分节段制造钢箱梁，搭设支架，进行压重消除支架变形，压重不小于1.2倍的箱梁及施工荷载；按主梁的竖曲线及上拱度支垫钢梁，支垫点必须设在主梁的支座或主梁腹板与横隔板的交点处。

2）从顺桥方向分批次吊装焊接钢箱梁，再在支架上将钢箱梁焊接为整体。先焊纵向焊缝，再依次对称焊接横向焊缝。

3）逐段吊装并焊接剩余钢梁段。浇筑支座垫石，安装支座。起顶整联钢梁，卸载临时支架，将钢梁落在永久支座上。支座灌浆。

4）对称、分层浇筑压重混凝土，对于内外两侧都压重的箱格，应同时灌注压重混凝土。最后对钢梁进行涂装，施工铺装、栏杆等桥面系。

3.5 现浇梁施工

互通现浇连续梁共35联，其中ES匝道第1、2、3联，SW匝道第5、6联，WN匝道第7、8、9联，NE匝道第3、4联，共10联邻近隧道现浇。

互通在既有隧道两侧共有10联现浇梁，均采用同样的施工方法组织流水施工，施工过程中上部结构在施工时会对地面传递荷载，从而有可能影响既有隧道的整体稳定性。因此，用可能传递的荷载“施工活载＋梁体钢筋混凝土自重＋支架体系质量＋预压质量（按总质量的1.1倍）”进行校核[11]。

既有隧道敞口端侧墙设计配筋φ28 mm@100 mm＋φ25 mm@200 mm，每延米配筋面积8 607.53 mm2。选取SE5#—SE8#墩3×26 m现浇连续梁，施工荷载30.3 kN/m2进行分析。SE5—SE8为隧道敞口段，荷载计算简图如图4所示。使用SAP2000 V19对现结构进行超载下的受力变形模拟，计算方式为水土分算，土体侧压力系数取0.6。

图4 荷载计算简图

以承载能力为标准，按原结构的配筋方式进行受力计算。在标准荷载组合下，其可承受1 222.8 kN·m的弯矩。当增加满堂支架的荷载后，荷载工况下，弯矩为1 650.7 kN·m。反算得到配筋5 624 mm2，满足承载能力要求。

现浇梁体的总体施工方案为原位支架现浇法[12]。待墩身完成后，首先是对梁体正投影范围进行地基处理，然后搭设支架体系，拼装现浇梁模板，绑扎钢筋，浇筑梁体混凝土，待混凝土强度达到设计强度后拆除支架及模板。

4 既有隧道的安全监测

为确保既有晓庄广场隧道的安全，需要对受和燕路—红山路快速化改造工程施工影响的区域进行监测，以确保晓庄广场隧道的营运安全。

4.1 监测点的布置

监测点的布置应能全面反映互通施工的全过程，同时覆盖晓庄广场隧道可能受到影响的区段[13]，基准点需要远离地铁隧道施工边界，具体如下：

1）垂直和水平位移测点宜选设在伸缩缝及施工缝处，沿隧道纵向四壁。

2）伸缩缝处的变形监测点应设置在隧道单跨伸缩缝及施工缝两侧。

3）土体深层水平位移监测点布设在晓庄广场隧道支护桩外侧[14]。

对晓庄隧道共设24个断面进行监测，敞口段每个断面设4个监测点，暗埋段每个断面设8个监测点，敞口段与暗埋段交界处设6个监测点，共计128个测点。

4.2 隧道变形缝监测

在隧道变形缝两侧布置纵向变形监测点，进行变形缝变形监测，预计布设5个断面，敞口段每个断面设2个监测点，暗埋段每个断面设4个监测点，共设16个测点。

4.3 土体深层水平位移监测

为监测互通施工对隧道周边土层应力场的影响，需在隧道外侧于互通桩基之间的土体中，每隔30 m左右布设1个深层水平位移监测点[15]，测斜孔高度与地面高度相当，孔深均为16 m。

5 结语

本文以南京和燕路—红山路快速路改造工程晓庄互通立交为背景，分析了互通下部结构施工对既有隧道的影响，并研究了互通上部结构的主要施工方案，主要结论如下：

1）紧邻既有隧道施工互通基础时，可适当增加护筒长度以控制桩孔内泥浆压力，禁止随意堆载，并在基础和隧道间施作隔离板桩。

2）现浇梁施工时，注意混凝土浇筑时附加荷载对既有隧道的影响，并进行结构强度及稳定性验算。

3）互通施工时，动态监测对既有隧道可能产生的影响，监测内容侧重隧道本身的垂直、水平位移，以及隧道伸缩缝的变形。