跨线桥交叉施工对高速公路路基扰动影响评估

■吴永泉

（福州地铁集团有限公司，福州 350009）

近年来，城市扩张加快了城市周边的基础设施建设，临近高速公路施工时有发生，因交叉施工对现有高速公路造成扰动影响的事件也时常被提及。因此， 跨线桥的施工需要通过合理的规划设计、周全的施工防护措施、科学的监控预防措施、快速的预警策略来有效的减小乃至消除新建项目给既有路基带来的不利影响[1]。 路基的状态主要涉及路基的强度、刚度、稳定、变形特征等工作状况，此外诸如：外界自然环境与人类活动、路基自身的设计与施工等都会直接影响到路基状态[2]。 根据影响因素的来源，大致可以归类划分为内部因素和外部因素；内部因素主要是土体的工程特性，包括：颗粒组成、矿物组成、土体塑性等；外部因素主要是运营环境、车辆荷载以及施工扰动所来带的影响；其中施工带来的扰动与自然灾害不同，其作用直接改变路基周边区域原有地基的应力场、位移场，进而容易造成路基变形超限甚至失稳破坏，因此需要在施工期间开展影响评估。

1 工程概况

F1 线首占站～莲花山站区间上跨福州绕城高速公路东南段， 高速公路影响营运里程为K102+983.088～K103+133.088，总长度约150 m。 本区间线位涉及福州市长乐区首占镇及鹤上镇，为岱尖岭与莲花山之间相对低洼地段，该段地势稍有起伏，呈两端高中间低的形式，但总体较平缓，属于剥蚀残丘或低丘地貌单元。 该项目与绕城高速交叉段附近分布上层滞水，主要赋存于第四系表层的人工填土中，填土层由于物质组成变化较大， 渗透性变化大，总体上其透水性一般。 里程YDK41+100～300 需上跨既有福州绕城高速及福北路。 涉路段包含140 m 的填方路基以及1 处桥台结构。 项目地理位置见图1。

图1 项目地理位置

为减少跨线桥施工对高速公路路基的影响，确保高速公路运行安全， 采取了专项防护措施如下：（1）SL46# 墩位于绕城高速K52+500 路基左侧，开挖基坑长20 m、宽10 m、深9 m，基坑采用U 型钢板桩+型钢内支撑支护，并在基坑边上采用集水明排进行排水。 （2）SL47#桥墩位于绕城高速南侧边坡处，设计地面标高32 m 以上按永久边坡考虑， 采用二级削坡，微风化岩层处设计坡比为1:0.3，采用系统锚杆+护面墙支护； 强风化岩层处设计坡比为1:0.5，采用框架锚杆支护； 设计地面标高32.0 以下按临时基坑考虑，基坑采用直壁开挖，部分开挖面必要时采用防护网。 在基坑边上采用集水明排进行排水（图2）。

图2 现场施工及防护措施断面图

同时，为准确得到跨线桥施工过程中影响区段高速公路路基的变形数据，还需对该段路基进行严密监测，定量评估地铁桥梁施工对高速路基的影响。

2 安全评估监测方案

根据《公路法》及地方公路路政管理法规规定，结构物上跨高速公路施工安全方案须报地方公路主管部门审批后方可实施，安全评估监测方案以安全第一、快速评价为原则，确保施工过程中的高速公路结构安全和行车安全， 同时保证良好通行条件，维护良好通行秩序。 地铁的施工不得影响高速公路路基、路面及附属设施的结构安全和高速公路运行安全[3]。

2.1 监测对象

根据施工方案，F1 线首占站～莲花山站区间上跨福州绕城高速公路东南段，高速公路影响营运里程为K102+983.088～K103+133.088，总长度约150 m。（1）路基路面工程：左幅为填方路堤，右幅为挖方路基。 路面采用沥青混凝土路面。 监测范围为左右幅影响区间长度，均为150 m，见图3。 （2）桥梁工程：涉及影响范围内主要是近端桩号的下部结构桥台。目标监测桥台采用重力式桥台，配合扩大基础。

图3 现场施工及防护措施断面图

2.2 安全评估监测的主要内容

综合分析现场施工影响范围路基及桥梁结构的特性，根据施工方案，为保证各阶段施工过程中的结构安全，现场拟定开展以下监测内容，见表1。采用人工检查的方式，在本工程项目施工前、施工后对施工影响范围内的高速公路路基、桥梁各开展一次全面检查。 通过对比分析施工前、后结构状态的变化，分析评价施工对高速公路路基、桥梁的影响。 检查内容包括：（1）路基工程是否出现路基沉陷；重要支挡工程有无严重变形；涵洞有无存在严重开裂、变形；（2）路面工程是否出现粗骨料裸露、唧浆、推移、拱包、裂缝等病害；（3）桥梁工程是否存在支座脱空、桥台变形、混凝土结构裂缝以及基础沉降等。

表1 各监测阶段主要监测内容及目的

2.3 监测方法

本项目采用自动化与人工相结合的监测方法。 其中位移及沉降的常见监测方法有现场接触式沉降计法、 静力水准仪法和非接触式机器视觉测量法。由表2 可知，本项目路基及桥台沉降和水平位移的监测采用机器视觉测量，对于路堑、路堤的倾斜角度监测采用测斜仪。 本项目扰动监测测点布置图见图4。

图4 现场监测测点布置图

表2 沉降与位移监测方案对比

本项目自动化监测由传感层、采集传输层以及数据管理层组成，框架见图5。传感层是由采集结构物物理参数的传感器组件组成的，采集传输层与传感层通过有线或者无线的方式连接，将传感层所感知的数据汇总并传输至云端， 在云端进行计算，最终可以通过数据管理层在远程对现场的数据进行查看。

图5 同感云结构物监测系统架构

2.4 监测频率及预警值

根据现场施工情况以及现场扰动发生的风险程度，制定监测周期频率，见表3。

表3 项目监测频率

结合监测数据及监测点预警级别，综合施工巡视、环境巡视和作业面状态观察描述等信息，将项目施工的安全状态进行综合判断和预警分级，综合预警阀值分为预警值、报警值、控制值共3 级，阀值设置见表4。 （1）预警值：“双控”指标（累计变形量、变形速率）均超过监控量测控制值的70%，或双控指标之一超过控制值的85%[3]；（2）报警值：“双控”指标均超过监控量测控制值的85%，或双控指标之一超过控制值；（3）控制值：“双控”指标均超过监控量测控制值，或实测变化速率出现急剧增长。

表4 监测预警值设置

针对以上不同的预警状态，在施工中采取相应的处理措施，保证施工及周边环境的安全可控。

3 监测结果及扰动程度分析

3.1 地表沉降

采用非接触式机器视觉测量法获取高速路基的地表沉降。 测得施工周期内测点4 累计沉降值最大，该监测点靠近基坑，因此重点对基坑附近的高速路基加强巡视， 必要时还需对此区段路基进行加固。

由图6 可知，沉降的变化规律：（1）施工初期，基坑开挖对土体的扰动较大，地表出现沉降；（2）桩基施工，此时沉降变化达到最大值；（3）承台施工，相对于桩基施工，此时沉降趋于稳定；（4）拔除防护钢板，此时由于支护解除，相对前一工况地表出现了轻微的隆起，沉降趋于稳定。

图6 上行侧1～6 测点沉降曲线

3.2 地基深层水平位移

采用测斜仪获取控制点位沿深度方向地基土侧向位移分布，本项目施工期间测得的位移最大值发生在地表，为路基开挖时旧路基向基坑的侧向位移。 由图7 可知，上行侧地基深层水平位移变化规律为：（1）开挖阶段，由于新建工程路基开挖土体卸载造成的应力释放，深层地基土出现向外侧（以既有路基为出发点）位移，最大侧向位移为24.96 mm，位移速率2.4 mm/d，但由于钢板桩上部增加了型钢内支撑增加了上部的支护刚度，上部土体变形受到一定的限制，最大值没有出现在地表附近，而是出现在埋深4.0 m 附近；（2）成桩阶段，受桩体挤压土体效应影响， 地基土出现向既有路基的侧向变形；（3）承台及墩柱浇筑阶段，侧向位移持续增加，数据在一定时间后达到稳定， 分析原因在于墩柱浇筑后，新建基础与既有路基之间的挤压效应达到一个平衡状态；（4）拔除防护钢板，侧向位移开始回缩，分析原因在于承台、墩柱浇筑后，现场回填了部分土体，对既有路基形成挤压。 由于回填量较少，土体位移很快形成稳定。 施工期间监测平均位移速率为1.2 mm/d，满足新建工程施工过程变形控制要求。

图7 上行侧地基深层水平位移曲线

3.3 桥台沉降监测

通过静力水准仪获取桥台沉降数值，测得施工期间桥台沉降最大值发生在基坑开发阶段，随后在支护重力式挡墙施工后，在重力结构荷载作用下土体挤压，桥台有所回弹，成桩施工及其后续施工阶段，桥台沉降趋于稳定。 沉降值及沉降速率均小于限值（图8）。

图8 桥台沉降曲线图

综合以上监测指标评价，本项目地铁跨线桥施工对高速公路路基扰动影响评估为安全。

4 结语

（1）通过对路基的变形监测，高速交叉施工工程对既有路基的扰动影响不可避免；临近高速公路施工，需做好影响段的支护工作，防止高速公路路基发生较大变形；（2）为保证施工过程中既有路基结构的安全，需进行扰动影响评估安全监测，监测方法应根据预估值以及现场情况选择适宜的方法；（3）非接触式机器视觉测量法，受温度环境影响较小，且施工方便，能够适用于路基表面多点沉降测量，并获得较好的数值反馈；（4）综合多项关键数值的反馈， 对交叉施工扰动影响结果做出准确的评价。 本工程结合地表位移、深层水平位移以及桥台沉降的参数，综合评价地铁跨线桥施工对高速公路路基扰动影响较小，评估等级安全。