武廣高速鐵路金沙漠隧道下穿城市立交上跨接觸網(wǎng)的設計

武廣高速鐵路金沙漠隧道下穿城市立交上跨接觸網(wǎng)的設計

1沙貝立交橋與隧道圍巖聯(lián)系與其他地下工程相比，高速鐵路隧道工程的施工復雜性、施工條件和環(huán)境不確定性最為突出，增加了施工技術的難度和風險。武廣高速鐵路金沙洲隧道全長4469m,位于廣州市區(qū)西側,開挖斷面積大于160m2。隧道在DK2194+565～DK2194+832段穿越沙貝立交樞紐高速公路群,沙貝立交樞紐高速公路群與隧道的平面位置關系示意見圖1所示。沙貝立交橋由兩座橋面寬約9.5m的既有老橋(沙貝立交橋中小里程側)和拓寬改建的一座橋面寬約5.0m的B匝道橋(沙貝立交橋大里程側建)并列形成。既有老橋在上跨西環(huán)高速公路采用兩跨連續(xù)剛構(6#墩～8#墩),其余為T梁,采用擴大基礎結構;B匝道橋為簡支T梁橋,采用樁基礎。在里程DK2194+675處,隧道與既有老橋及B匝道的斷面關系見圖2～圖5所示。該段地層上覆淤泥質土、粉質粘土,厚度7.6m～43.45m,下伏基巖以灰?guī)r為主,局部為灰?guī)r、粉砂巖、炭質灰?guī)r互層,DK2194+720～780段下伏斷層破碎帶,由于基巖面起伏較大導致隧道縱向圍巖軟硬極不均,橫斷面圍巖呈上軟下硬或全斷面位于軟弱土體中,巖溶較發(fā)育,地下水豐富,為Ⅵ級圍巖,開挖后易突泥、突水、大變形和坍塌,隧道地質縱剖面見圖6所示。因為要保證在施工過程中橋群的正常使用,所以對該段的施工安全風險分析勢在必行。2實踐中的風險事件主要表現(xiàn)為風險辨識是風險管理的首要工作,本文采用層次分析法從施工安全的角度進行研究,金沙洲隧道下穿沙貝立交樞紐段的施工,對橋的安全風險最大、后果最為嚴重,因此,主要針對隧道施工時沙貝立交橋的安全風險進行識別。金沙洲隧道開挖引起地表移動和變形的各個分量即地表下沉、水平位移、傾斜變形、曲率變形和地表水平變形以及地表可能發(fā)生不連續(xù)變形等,均有可能對沙貝立交橋產(chǎn)生不利影響,隧道施工引起的地層變位可能導致的橋梁風險事件可歸結為:(1)橋體開裂。隧道開挖引起地表沉降,從而引起橋墩和基礎下沉,整體下沉或者不均勻下沉都會使橋結構內應力發(fā)生重分布,橋面、梁體和橋墩都很有可能開裂。(2)橋面起伏過大。隧道開挖引起地表沉降槽內的橋基沉降大,槽外的橋基沉降小,橋基不均勻沉降和傾斜都會導致橋縱向起伏增大,再加上新老橋的基礎類型和上部結構的差異,最終沉降差異大,導致橋的橫向起伏也增大。(3)橋梁錯臺。隧道開挖引起的地層水平位移或者隧道縱向的不均勻沉降,可能引起相鄰的橋墩產(chǎn)生水平位移或者前后橋墩不均勻沉降,從而導致橋梁錯臺。(4)局部坍塌。隧道開挖引起橋梁擴大基礎基底兩側產(chǎn)生不均勻沉降,從而導致橋墩重心偏斜,引起附加應力重分布,使得結構內應力發(fā)生變化,橋梁局部失穩(wěn)破壞。(5)整體失穩(wěn)。隧道開挖引起的地表沉降、水平位移、地表傾斜超出控制范圍及隧道坍塌均會引起地表塌陷,導致橋梁基礎和橋墩過度傾斜和沉降而喪失穩(wěn)定性。3老橋損傷風險評估結合施工方案和風險標準,采用層次分析法和R=P×C定級法對金沙洲隧道下穿沙貝立交的老橋和B匝道橋損壞風險進行了評估,橋梁損壞的風險等級見表1。4確定沙貝立交橋安全控制標準根據(jù)風險接受準則,由表1可知:隧道開挖導致沙貝立交橋老橋和B匝道橋破損的項目風險等級均為極高風險,此類風險不可接受,必須采取風險處理措施降低風險至可接受范圍并加強監(jiān)測,在風險控制過程中,評價施工措施的效果以及監(jiān)測是否報警,都需要確定沙貝立交橋的安全控制標準,并采取相應的措施使施工效應滿足該標準。4.1結構次變形和變形隧道施工對臨近既有橋梁的影響主要是由于地面不均勻沉降引起結構次應力和附加變形,因此,采用不均勻沉降和傾斜作為沙貝立交橋的主要破壞指標。根據(jù)理論分析、類似工程經(jīng)驗和相關標規(guī),確定沙貝立交橋安全控制標準,見表2所示。4.2dk2149+665段隧道工程主要特點按照評估結果,隧道下穿沙貝立交橋為高度或極高的風險事件,屬于不期望范疇或不可接受,必須采取針對性措施將風險降低至可接受或可忽略范圍,確保沙貝立交橋能正常使用。(1)洞外地層止水與改良。在DK2194+620～720、DK2194+780～860段,在地表采用H型止水帷幕和土體加固輔助工法;在西環(huán)高速兩側路肩處斜向鉆孔注漿對路基進一步進行加固,孔位沿高速公路路基布設,間距按2.0m布置,單孔長度為17.0m,注漿擴散半徑1.5m。(2)洞內超前支護。DK2194+565～610段穿越廣佛高速,采用50mΦ108長管棚與Φ42超前小導管結合的超前支護體系;DK2194+610～832段穿越西環(huán)高速和佛環(huán)匝道橋,采用60mΦ159長管棚與Φ42超前小導管結合的超前支護體系。(3)隧道掘進工法。在隧道穿越上軟下硬地層和軟弱富水地層段,采用靈活、高效帶臨時支撐的動態(tài)分部三臺階法進行開挖。(4)選擇合適的隧道貫通點。隧道施工是從1號豎井和斜井兩個作業(yè)面向沙貝立交橋相向推進,接近貫通時,由于隧道相向施工相互影響,將可能導致較大的地表沉降與變形,因此,選擇貫通點應距離沙貝立交橋30m以上。(5)立交橋加固。考慮對既有橋進行加固,加固范圍包括基礎、墩臺、上部結構、橋面結構、鋪裝結構及防護欄等主體和附屬工程。對基礎可能的沉降,采用花管壓力注漿進行加固;對墩臺的既有病害,采取修補措施或采取包鋼加強進行處理;對上部結構可能產(chǎn)生的裂紋,采用進行貼碳纖維布或粘貼鋼板補強加固;對橋面結構、鋪裝結構及防護欄等附屬結構,采用常用的修復措施即可。(6)新建鋼便橋過渡。由于沙貝立交橋6#墩樁基礎距隧道拱頂僅0.86m,為防止橋墩下沉影響立交橋運營安全,擬在沙貝立交橋B匝道邊修建一座鋼便橋以備應急需要,以保證隧道掘進期間,交通正常。將老橋兩跨連續(xù)剛構改為連續(xù)梁和對橋梁基礎進行注漿加固,在此基礎上,對金沙洲隧道下穿沙貝立交引起橋梁損壞的殘余風險進行重新評估,風險等級已降為可接受水平。5地表沉降和內臺沉降為了確保在施工過程中圍巖穩(wěn)定和立交橋安全,對金沙洲隧道對地表沉降、拱頂下沉、周邊收斂、型鋼拱架內力、二次襯砌應力、墩臺和支柱沉降、樁基礎沉降等進行了監(jiān)控。對地表沉降的監(jiān)控結果表明,位于隧道中心線附近沉降點最大為54mm;對橋梁墩臺沉降的監(jiān)控結果表明,6#墩位于隧道中心線附近,受施工影響較大,6#墩擴大基礎6-5測點沉降最大為52mm;6#墩樁基礎6-5測點沉降最大為57mm。6隧道綜合套保技術金沙洲隧道穿越沙貝立交樞紐段地質脆弱、圍巖軟弱、地下水豐富,是本隧道施工的重難點之一,通過對施工過程實施動態(tài)風險管理,采用H型輔助工法、洞內大直徑管棚超前預加固、采用動態(tài)分部臺階法開挖、加強初期支護參數(shù)等一系列風險處理措施,順利快速完成了該