暗挖隧道施工对临近桥梁的影响

暗挖隧道施工对临近桥梁的影响

乔小兵

长安大学

摘要：

在地铁穿越既有桥梁的施工过程中,当隧道施工进人到既有桥梁桩基础周围的土体影响范围之中,桩周土的竖向变形及水平方向的位移将会对桩身产生不利的影响。这将会大大增加地铁隧道施工的风险以及对既有桥梁安全的威胁，所以在地铁下穿桥梁之前，在既有桥梁的检测评估的基础上,确定保证既有桥梁结构的安全和正常使用的指标是至关重要的。因此，有必要对复杂条件下隧道施工对既有结构的影响进行研究，这对保护地层结构、提高该地区隧道施工的安全水平具有重要意义。为后续施工中采取科学合理的安全措施提供指导，这些方面的研究对今后类似工程的发展也具有重要的参考意义。

关键词：暗挖隧道施工 桩基础 地层变形 加固措施

1、隧道施工对地层变形影响分析

1.1影响地层变形的因素

可将土层的变形分为地表处发生变形与深层土体发生变形。隧道暗挖造成起土层发生变形的要素有许多，不同要素所造成的影响作用也不相同。主要包括土体性质、地下水的影响、隧道的埋置深度、截面尺寸、开挖工法与循环进尺等。

(1)土体性质

各种土层都有其自身独特的特点，不同土的物理和力学性能都会有所不同。在地铁隧道开挖的过程中，土层的分布、物理性质、厚度和土体应力分布都将对地表的变形造成一定程度影响。比如，粘性土由于其密实度好，因而抵抗变形的能力也就越强，土层变形的模式主要为整体下沉模式;而一部分松散土的地表变形则主要为拱式沉降的模式。因此，隧道周边土体性质对作业造成的地层沉降有着关键影响。在开挖时，理应根据土层状况来确定不同开挖工法以及与之对应的辅助措施，以确保地表沉降可控制至安全范围内。

(2)隧道的埋置深度和截面尺寸

隧道的埋置深度不但会影响沉降槽的最大值，还会对沉降槽的分布区域造成影响。埋置深度越小，开挖后所造成的隧道地表处沉降速率、沉降槽宽、沉降量也随之越小;反之，则越大。而当其他条件不变时，隧道的断面尺寸越大，地表处所发生的沉降也就越大。

(3)开挖工法

由前面章节的分析可知，地铁隧道浅埋暗挖有许多工法可供选择，各种工法;开挖土体对周边土层的扰动程度也不同。例如，当其他条件相同时全断面工法对土层有较大的扰动，而双侧壁导坑法则与之相反，扰动较小。但由于各个工法的工程造价，施工速度等差别较大，所以应当结合实际工况来选择合理工法。

1.2地层变形规律

隧道开挖导致土层变形是一项很复杂的过程，主要表现为变形与应力的传送两方面。随道在开挖之前，土层为初始应力的状态且保持着稳定。在隧道开挖之后，首先会导致隧道开挖面周围应力发生改变，此时隧道周围土层地质条件、地下孔隙水压力和应力路径等都会随岩层应力重新分布发生而发生改变。随着隧道进尺的深入进行，其影响的作用范围也将不断增加，最后经由土层传到地表处，造成土体的变形与破坏。其中应力是由上而下开始传送

的，就会导致作业面周围土层的应力集中现象，在其大于土的强度之后，土层就会破坏，进而发生较大变形;而变形是由下至上进行传递的，是经由拱顶处传到地表的，进-步产生地表沉降槽。沉降的最大量--般情况在隧道轴心处产生。

2、暗挖隧道施工对桥梁桩基影响分析

2.1暗挖法

浅埋暗挖法是在浅层地下土中进行各类洞室开挖的一种施工方法。在城镇软弱岩层当中施作地下工程，以改善地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅(或者其他结构)和喷锚为初期支护的手段，遵循“新奥法”大部分原理进行隧道的设计和施工，称为浅埋暗挖法。其基本原则可总结为:“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”。

管超前——由于地铁隧道开挖为一动态过程，且会扰动地层一些区域。而此区域不仅仅包含掌子面，还对掌子面后面的土层造成发生移动或变形等不利情况。因此需进行预加固等辅助施工手段，比如超前管棚支护技术就是一种很常用的预加固手段，能够有效加固地层与隧洞、减轻不利状况。

严注浆——当超前管棚支护施工完时，此时如不进行注浆，就会导致洞内裂隙过大而塌陷等不利情况的发生， 此时的浆液相当于胶结体。需要特别注明的是我们不但要对掌子面后面土层进行注浆，还需对开挖过的洞室和在二次衬砌时进行注浆。

短进尺——在对大量实测数据、数值法、模型试验法等的研究中发现，每次循环进尺的长度越小，对于洞室和土层稳定性作用就越小。所以在综合考虑现场情况后应尽可能选择短进尺进行开挖。

强支护——当地铁隧道 开挖所遇到的土体性质较差时，此时洞实本身的自 稳性较弱，初期支护承担了大部分的荷载，这是需要用到速凝馄凝土等措施来取得更好地支护效果，从而抑制洞室位移与受力。

早封闭——为了更好保证开挖工程的安全性，隧道在进行完成初期支护后需要尽早封闭。

勤测量——指对地表、隧洞拱顶、侧壁、管线、既有桩基处等的变形和所受力的监控测量。其目的是为变更设计方案、施工组织设计、既有结构的安全防护提供重要依据并且预测后续的开挖。一定要严格按规范进行施工监 控，在遇到非常不利工况时，更要灵活及时调整监测方案，增加监测的频率。

3、暗挖隧道施工对临近桥梁的影响分析

为保证施工和既有桥梁结构的安全，应加强各施工步续中关键部位的变形监控，如出现超标,应根据应急预案， 及时采取应对措施，本穿越工程应重点对东郊灌渠跨河桥以下部位进行监测:

1)跨河桥加宽桥桩基及旧桥桩基的竖向沉降，主要监测8"、9*桩基的沉降差值、13"、14*桩基的沉降差值、

18"、19*桩基的沉降差值，以他们之间的沉降差作为最重要的控制指标.并及时与上文中给出的控制值相对比,如出现超标，应根据应急预案,及时采取应对措施；

2)对已经进行人工处理过的现况桥梁病害如主梁裂缝及铰缝漏水处定时进行人工监测，如若发现桥梁病害扩大化，应分析其产生原因，并及时采取应对措施；

3)参考14号线穿越桥梁影响区域内地面沉降值,若出现超过规范规定的沉降值，应该及时分析其沉降与桥梁沉降的关系,及时采取处理措施，除重点对以上内容进行监测外，还应围绕已给的监测控制值布置监测点,排除其他因素影响，并且应该加强对全桥的巡视与观测，若发现问题,及时采取应对措施。

6、结论

在隧道开挖的整个过程中，桩基变形随开挖距离的增加而逐渐增大，开挖结束后达到最大值。当开挖面越接近桩基时，桩基沉降变化速率越大。对于桩基竖向沉降而言，其桩底沉降略微大于桩顶，桩体各点处沉降值沿着桩轴线依次不均匀缓慢递增，变形相对较为一-致。对于桩基水平位移而言，在隧道施工时会引起上部以及周围土体向临空面移动，使桩身上部受主动土压力作用，产生偏向隧道的位移;而隧道底面由于应力的释放导致土体隆起，使桩身下部受被动土压力，产生偏离隧道的位移，导致桩基发生一定程度的倾斜，总体变形桩底大于桩顶。

参考文献：

[1]软弱地层地铁隧道侧穿桥桩群施工安全控制技术研究[J]. 卢冠群,胡迎迎.湖南交通科技.2019(02)

[2]盾构近接下穿群桩基础施工影响分区研究[J]. 王闯,彭祖昭,苟超,封坤,吴文彪,林辉.土木工程学报.2017(S2)

[3]隧道开挖引起既有建筑物桩侧摩阻力的理论研究[J]. 田晓艳,李源.河南科技大学学报(自然科学版).2017(06)

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