摘要：随着公路网的不断完善，公路隧道下穿既有运营桥梁情况不可避免。为了保证既有桥梁在隧道下穿时的安全运营，有必要研究公路隧道下穿既有桥梁的施工影响及其工程措施。本文通过实地监控量测，阐述了公路隧道下穿既有桥梁施工的影响，发现桥墩位移及隧道拱顶沉降的变化大致可分为快速变化、缓慢变化及基本稳定三个阶段；根据实测数据与经验，提出了减少隧道下穿既有桥梁影响的两项措施，即隧道开挖过程、隧道周边地层防护措施以及桥墩所在位置的加固措施。
关键词：隧道；既有桥梁；施工影响；工程措施
公路隧道下穿既有桥梁施工时，隧道开挖扰动周围地层，引起地层移动和变形，可能对一定范围内邻近的桥梁基础及上部结构造成损伤。一旦公路隧道下穿处理失误或产生偏差就会影响后续车辆运行，因此，在做公路隧道下穿既有桥梁施工时，要保证桥梁变形在一定范围内，结合需要增加注浆加固范围从而保证施工过程中桥梁的稳定和安全。
一、工程概况
1、隧道概况。下穿既有桥梁的隧道是一条单独的特长隧道，左工程概况幅起讫桩号为ZK1+386-ZK4+88，总长度为2702m；右幅起讫桩号为YK1+386-YK4+905，总长度为3519m。其最大埋深约420m。隧道平面线形的进口段位于半径为1770m的圆曲线上，出口段位于半径为900m的圆曲线上。进口左右线间距8m，出口左右线间距24.5m，左右两侧均为上坡隧道，纵坡坡度为2.495%。
此隧道在进口下穿既有桥梁，交叉影响隧道的桩号为K1+750-810，长度为110m。既有桥梁2#桩基距下穿隧道右侧隧道外轮廓线距离为25.47m，水平距离为14.73m，垂直距离为17.82m，距左幅隧道外轮廓线距离20.70m，水平距离6.15m，垂直距离17.77m；3#桩基距下穿隧道右幅隧道外轮廓线水平距离为8.99m，既有桥梁的稳定性也容易受到下穿隧道开挖扰动的影响。K1+750-810段设计围岩等级为V级，对于衬砌类型，K1+750-720为S-V小净距/浅埋或偏压特殊处理段，K1+720-810为S-Vb。
为了确保YK1+750-810段的施工不会影响高速匝道既有桥梁的行车安全及运输畅通，提高事故前的预警能力，避免不必要的人身安全事故和财产损失，监控隧道和桥梁，并据此指导隧道施工。
2、下穿段工程地质条件
1)地形地貌。隧道通过地区处于某高原东北部山，地表切割深，起伏剧烈，其地形条件复杂。地表森林植被较发育，属侵蚀性地貌。
2)地层岩性。隧道下穿段通过的地层与岩性为第四系残坡积层(Qel+dl)粉质粘土(局部夹碎石)、中上志留统韩家店群(S2-3hn)粉砂岩、泥页岩、中统石牛栏组(S2sh)灰岩、泥灰岩。
3)水文地质条件。地表水以冲沟水为主，较为发育。地下水主要为基岩裂隙水，受大气降水补给，水量较小。
二、隧道工程对桥梁的影响
隧道工程施工时，会影响桥梁的稳定，可能从以下方面对桥梁产生影响：
1、既有桥梁的基础沉降问题。隧道下穿既有桥梁时，很可能引起桥梁基础沉降。在隧道工程开挖到达桥梁基础前，随着工程的不断推进，地层受到扰动的程度增加。随着工程桥梁基础的距离越来越近，桥梁基础的沉降速度也越来越快。在工程开挖后，桥梁基础周围沉降现象中，桥梁基础周围的沉降值高于其它断面。此外，除了桥梁基础周围的沉降情况，还有拱顶沉降存在。通过比较该工程的具体情况，隧道在无桥的状态下下穿时，拱顶沉降值低于有桥状态下下穿。因桥梁有荷载作用，所以会对隧道开挖面的拱顶产生较大影响。靠近桥梁一侧的隧道断面的沉降值比没有靠近桥梁的隧道的沉降值要大。
2、既有桥梁可能发生位移。当基坑边缘出现超载时，基坑的围护结构易产生变形。当桥墩处的土层发生扰动变形时，基坑两侧的荷载会有不均的情况。这时，桥墩发生位移，那么既有桥梁的稳定性和安全性都会受到较大挑战。
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图1 2#桥墩观测点位置 图2 桥墩现场监控量测
三、监控方案
依据隧道实际情况布置监控点，并使用反光片测试。由于需要同时观测两个桥墩，且后视点布置在不影响隧道的范围内，综合考虑，初步拟定在既有桥梁的左、右幅2#、3#盖梁(因盖梁和桥墩是刚性的，所以当桥墩位移时，盖梁和桥墩发生同等位移)分别布设1个监控点，每个墩各布设1个监控点，共4个，通过全站仪和反光片的组合进行测试。图1显示了观测点反光片的布设位置，图2为监控量测现场。
四、现场监测数据分析
1、桥墩监测数据。对既有桥梁的2、3#桥墩进行了57 d位移观测，观测数据为盖梁和桥墩位移的平均值。其结果表明，2、3#桥墩的57d累计位移分别为1.9mm和1.5mm。
2、下穿隧道监测数据。选取桥墩正下方YK1+760断面进行分析。本段拱顶下沉监测19d，A、B、C监测点沉降分别为8.7、9.0、7.2mm，如图3所示。
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图3 下穿隧道YK1+760断面拱顶下沉
3、监测数据分析。由上述数据可知：桥墩位移及隧道拱顶下沉大致可分为三个阶段，第一阶段为快速变化阶段，第二阶段为缓慢变化阶段，第三阶段为基本稳定阶段。在第一阶段，隧道及桥梁位移变化快，开挖后围岩不够稳定，围岩沉降较大，隧道上部桥梁受其影响位移，这一阶段的位移约占总位移的60%～90%。在第二阶段，隧道围岩沉降速度变慢，围岩开始稳定。此阶段隧道与桥梁的位移较小，约占总位移的10%～40%。而在第三阶段，围岩已基本稳定。
监测数据波动的原因为：1)在桥梁运营过程中，车辆的动荷载影响很大，有些监测值可能存在离散性。2)仪器本身存在误差，每次设站进行后方交会时最大计算误差为0.3mm。3)由于环境的限制，致使测量距离相对较大，十字丝中心点的微小移动对视觉判断影响不大，但对实际的X、Y坐标影响较大。
五、公路隧道下穿既有桥梁施工影响应对措施
为了减少隧道下穿既有桥梁的施工影响，主要是减少对桥梁的扰动，可从两方面入手，首先对隧道开挖及周边地层采取防护措施，其次对桥墩位置采取加固措施。
因隧道下穿桥梁过程中，易出现地表沉降的情况，从而引起了桥梁基础的沉降及拱顶沉降的情况。所以，要注意采取各种措施应对地表沉降的问题。同时，隧道拱顶的沉降必然还会影响桥墩的位移，因此在隧道开挖中要减少沉降，选择对上部结构影响较小的开挖方法，如双侧壁导坑法，同时贯彻“短进尺、弱爆破、强支护、勤测量”的方针。隧道周边地层可采取帷幕注浆等加固措施，注浆里程为受隧道影响的桥梁范围，同时，还可在必要地段采用大管棚支护。
桥梁方面，对桥墩周边地层加固。方法包括：桥梁桩基使用注浆加固措施；使用桩基托换方法；使用桥梁上部结构顶升方法。
参考文献：
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[3]黄启舒,孟庆生.公路隧道下穿既有桥梁的施工影响及工程措施研究[J].公路与汽运,2019(05).
论文作者:邹寒冰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/15
标签：隧道论文; 桥梁论文; 桥墩论文; 位移论文; 拱顶论文; 地层论文; 围岩论文; 《基层建设》2019年第28期论文;