武广高速铁路金沙漠隧道下穿城市立交上跨接触网的设计

武广高速铁路金沙漠隧道下穿城市立交上跨接触网的设计

1沙贝立交桥与隧道围岩联系与其他地下工程相比，高速铁路隧道工程的施工复杂性、施工条件和环境不确定性最为突出，增加了施工技术的难度和风险。武广高速铁路金沙洲隧道全长4469m,位于广州市区西侧,开挖断面积大于160m2。隧道在DK2194+565～DK2194+832段穿越沙贝立交枢纽高速公路群,沙贝立交枢纽高速公路群与隧道的平面位置关系示意见图1所示。沙贝立交桥由两座桥面宽约9.5m的既有老桥(沙贝立交桥中小里程侧)和拓宽改建的一座桥面宽约5.0m的B匝道桥(沙贝立交桥大里程侧建)并列形成。既有老桥在上跨西环高速公路采用两跨连续刚构(6#墩～8#墩),其余为T梁,采用扩大基础结构;B匝道桥为简支T梁桥,采用桩基础。在里程DK2194+675处,隧道与既有老桥及B匝道的断面关系见图2～图5所示。该段地层上覆淤泥质土、粉质粘土,厚度7.6m～43.45m,下伏基岩以灰岩为主,局部为灰岩、粉砂岩、炭质灰岩互层,DK2194+720～780段下伏断层破碎带,由于基岩面起伏较大导致隧道纵向围岩软硬极不均,横断面围岩呈上软下硬或全断面位于软弱土体中,岩溶较发育,地下水丰富,为Ⅵ级围岩,开挖后易突泥、突水、大变形和坍塌,隧道地质纵剖面见图6所示。因为要保证在施工过程中桥群的正常使用,所以对该段的施工安全风险分析势在必行。2实践中的风险事件主要表现为风险辨识是风险管理的首要工作,本文采用层次分析法从施工安全的角度进行研究,金沙洲隧道下穿沙贝立交枢纽段的施工,对桥的安全风险最大、后果最为严重,因此,主要针对隧道施工时沙贝立交桥的安全风险进行识别。金沙洲隧道开挖引起地表移动和变形的各个分量即地表下沉、水平位移、倾斜变形、曲率变形和地表水平变形以及地表可能发生不连续变形等,均有可能对沙贝立交桥产生不利影响,隧道施工引起的地层变位可能导致的桥梁风险事件可归结为:(1)桥体开裂。隧道开挖引起地表沉降,从而引起桥墩和基础下沉,整体下沉或者不均匀下沉都会使桥结构内应力发生重分布,桥面、梁体和桥墩都很有可能开裂。(2)桥面起伏过大。隧道开挖引起地表沉降槽内的桥基沉降大,槽外的桥基沉降小,桥基不均匀沉降和倾斜都会导致桥纵向起伏增大,再加上新老桥的基础类型和上部结构的差异,最终沉降差异大,导致桥的横向起伏也增大。(3)桥梁错台。隧道开挖引起的地层水平位移或者隧道纵向的不均匀沉降,可能引起相邻的桥墩产生水平位移或者前后桥墩不均匀沉降,从而导致桥梁错台。(4)局部坍塌。隧道开挖引起桥梁扩大基础基底两侧产生不均匀沉降,从而导致桥墩重心偏斜,引起附加应力重分布,使得结构内应力发生变化,桥梁局部失稳破坏。(5)整体失稳。隧道开挖引起的地表沉降、水平位移、地表倾斜超出控制范围及隧道坍塌均会引起地表塌陷,导致桥梁基础和桥墩过度倾斜和沉降而丧失稳定性。3老桥损伤风险评估结合施工方案和风险标准,采用层次分析法和R=P×C定级法对金沙洲隧道下穿沙贝立交的老桥和B匝道桥损坏风险进行了评估,桥梁损坏的风险等级见表1。4确定沙贝立交桥安全控制标准根据风险接受准则,由表1可知:隧道开挖导致沙贝立交桥老桥和B匝道桥破损的项目风险等级均为极高风险,此类风险不可接受,必须采取风险处理措施降低风险至可接受范围并加强监测,在风险控制过程中,评价施工措施的效果以及监测是否报警,都需要确定沙贝立交桥的安全控制标准,并采取相应的措施使施工效应满足该标准。4.1结构次变形和变形隧道施工对临近既有桥梁的影响主要是由于地面不均匀沉降引起结构次应力和附加变形,因此,采用不均匀沉降和倾斜作为沙贝立交桥的主要破坏指标。根据理论分析、类似工程经验和相关标规,确定沙贝立交桥安全控制标准,见表2所示。4.2dk2149+665段隧道工程主要特点按照评估结果,隧道下穿沙贝立交桥为高度或极高的风险事件,属于不期望范畴或不可接受,必须采取针对性措施将风险降低至可接受或可忽略范围,确保沙贝立交桥能正常使用。(1)洞外地层止水与改良。在DK2194+620～720、DK2194+780～860段,在地表采用H型止水帷幕和土体加固辅助工法;在西环高速两侧路肩处斜向钻孔注浆对路基进一步进行加固,孔位沿高速公路路基布设,间距按2.0m布置,单孔长度为17.0m,注浆扩散半径1.5m。(2)洞内超前支护。DK2194+565～610段穿越广佛高速,采用50mΦ108长管棚与Φ42超前小导管结合的超前支护体系;DK2194+610～832段穿越西环高速和佛环匝道桥,采用60mΦ159长管棚与Φ42超前小导管结合的超前支护体系。(3)隧道掘进工法。在隧道穿越上软下硬地层和软弱富水地层段,采用灵活、高效带临时支撑的动态分部三台阶法进行开挖。(4)选择合适的隧道贯通点。隧道施工是从1号竖井和斜井两个作业面向沙贝立交桥相向推进,接近贯通时,由于隧道相向施工相互影响,将可能导致较大的地表沉降与变形,因此,选择贯通点应距离沙贝立交桥30m以上。(5)立交桥加固。考虑对既有桥进行加固,加固范围包括基础、墩台、上部结构、桥面结构、铺装结构及防护栏等主体和附属工程。对基础可能的沉降,采用花管压力注浆进行加固;对墩台的既有病害,采取修补措施或采取包钢加强进行处理;对上部结构可能产生的裂纹,采用进行贴碳纤维布或粘贴钢板补强加固;对桥面结构、铺装结构及防护栏等附属结构,采用常用的修复措施即可。(6)新建钢便桥过渡。由于沙贝立交桥6#墩桩基础距隧道拱顶仅0.86m,为防止桥墩下沉影响立交桥运营安全,拟在沙贝立交桥B匝道边修建一座钢便桥以备应急需要,以保证隧道掘进期间,交通正常。将老桥两跨连续刚构改为连续梁和对桥梁基础进行注浆加固,在此基础上,对金沙洲隧道下穿沙贝立交引起桥梁损坏的残余风险进行重新评估,风险等级已降为可接受水平。5地表沉降和内台沉降为了确保在施工过程中围岩稳定和立交桥安全,对金沙洲隧道对地表沉降、拱顶下沉、周边收敛、型钢拱架内力、二次衬砌应力、墩台和支柱沉降、桩基础沉降等进行了监控。对地表沉降的监控结果表明,位于隧道中心线附近沉降点最大为54mm;对桥梁墩台沉降的监控结果表明,6#墩位于隧道中心线附近,受施工影响较大,6#墩扩大基础6-5测点沉降最大为52mm;6#墩桩基础6-5测点沉降最大为57mm。6隧道综合套保技术金沙洲隧道穿越沙贝立交枢纽段地质脆弱、围岩软弱、地下水丰富,是本隧道施工的重难点之一,通过对施工过程实施动态风险管理,采用H型辅助工法、洞内大直径管棚超前预加固、采用动态分部台阶法开挖、加强初期支护参数等一系列风险处理措施,顺利快速完成了该