赵立锋，邓剑峰，安 乐

(1.苏州轨道交通有限公司建设分公司，江苏苏州 215000;2.常州轨道交通有限公司，江苏苏州 215000;3.中铁三局华东公司，江苏常州 213000)

0 引言

随着城市地铁的快速发展，地铁盾构施工不可避免地要下穿一些市政建(构)筑物，特别是桥梁，这对地铁盾构施工提出了很高的要求。目前，国内外对地铁盾构下穿桥梁已有一定的研究。彭坤等［1］依托某地铁盾构隧道下穿既有桥梁桩基工程，对盾构隧道顺桥向穿越桥梁桩基的全过程进行了模拟，分析了2种不同的桩基加固方案条件下地表沉降和桩身变形规律。苏东等［2］依托北京轨道交通机场线盾构法穿越三元桥工程，对穿越前盾构的准备、关键施工参数控制、土体改良、同步注浆、补充注浆、施工监测和信息化管理进行了总结。许世伟等［3］依托沈阳地铁2号线盾构下穿既有的黄河大街桥工程，采用FLAC 3D对盾构隧道临近桥梁地段的施工过程进行数值模拟，定量预测施工对既有桥梁的影响程度。郑世兴［4］以上海轨道交通10号线某区间隧道穿越四平路上的沙泾港桥桩基为背景，详细介绍了盾构工程穿越大流量通行桥梁基础异形托换的施工工艺。上述研究主要是针对盾构下穿钢筋混凝土桥，而对盾构下穿市政石拱桥的研究相对较少。本文依托南京地铁3号线浮桥站－大行宫站区间工程，对盾构下穿太平北路桥(石拱桥)过程中的施工工艺进行分析研究，采取对桥梁进行内拱面加固和改良盾构掘进参数确保盾构顺利通过石拱桥。

1 工程概况

1.1 桥梁概况

太平北路桥(石拱桥)，沿太平北路南北向布置，主桥在太平北路主干道下。太平北路主干道为20 m宽，双向6车道，辅桥在人行及非机动车道下，行人及非机动车道宽4 m。石拱桥为3孔桥，该桥建于20世纪50年代，90年代曾进行修缮。拱桥在修建时的桥梁基础为条形基础，并对基底进行了注浆加固，加固深度为1.4 m和1.8 m。南岸条形基础下设置了1.5 m长木桩，盾构穿越石拱桥处地层为粉砂层、粉质黏土与粉砂互层。太平北路石拱桥现状图见图1。

图1 太平北路石拱桥现状图片Fig.1 Photo of Taiping North Road Stone Arch Bridge

1.2 地铁区间线路与桥梁关系

南京地铁3号线浮桥站－大行宫站区间设计起点站为浮桥站，出浮桥站后沿太平北路南下，依次下穿珠江路交叉口、内秦淮河、太平北路桥、长江路交叉口，在南京图书馆西侧进入终点站大行宫站。区间隧道为圆形，采用外径6.2 m，内径 5.5 m，厚度0.35 m的C50混凝土管片衬砌，左、右线隧道线间距为13.1～16.2 m，最小曲线半径为1 000 m，最大坡度为8.3‰。区间埋深 9.94 ～16.24 m，在里程 K21+990～K22+008下穿太平北路石拱桥，在石拱桥处最大埋深为5 m。太平北路石拱桥与隧道剖面位置关系图见图2。

2 石拱桥稳定性分析及加固方案

2.1 石拱桥稳定性分析

由于盾构沿着太平北路桥(石拱桥)下部通过，该桥建于20世纪50年代，时代久远，材料存在一定的老化和腐蚀，这使得石拱桥对差异沉降十分敏感。石拱桥基础底与隧道顶部垂直距离不到5.0 m，盾构过程中造成的地层扰动很容易使桥梁开裂甚至垮塌。同时，盾构隧道上方是粉砂地层，均属透水性强地层，在盾构掘进过程中容易出现螺旋喷涌［5］、盾尾漏水等状况，从而造成开挖面失稳和地面下沉。为模拟盾构施工过程对既有石拱桥的影响，依据现场实际条件，从最不利角度考虑建立区间隧道下穿石拱桥时桥梁结构、墩台基础及管片采用实体单元模拟［6］，选用各向同性弹性本构模型［7］，根据现场掌握资料和拟采取的方案，主要考虑以下工况。

既有石拱桥在盾构隧道下穿时保持现有运营状态。

图2 太平北路石拱桥与隧道剖面位置关系图(垂直穿越)Fig.2 Relationship between stone arch bridge and tunnel

通过数值分析计算，可得到基础不均匀下沉值，以及相邻基础沉降差值(见表1)。由表1可知，拱桥桥台不均匀沉降最大值为8.9 mm，发生在南侧桥台位置，其值超过5 mm，相邻基础沉降差最大值为7.1 mm，最大地表径向位移为17 mm。鉴于石拱桥抗压不抗拉，故盾构穿越该石拱桥存在较大的风险，需对石拱桥采取一定的加固措施［8］。

表1 分析模拟拱桥基础沉降计算表Table 1 Settlement of foundation of stone arch bridge obtained by simulation analysis mm

2.2 石拱桥加固方案

桥梁建造年代相对较长，上部桥身为砌体结构，针对本工程的现实状况和施工难度，采用增加钢筋混凝土内拱圆箱形式托换处理［9］。在不破坏原有拱圈的基础上，以钢筋混凝土内拱来承担原石拱桥拱圈(圈筋采用HRB335、D=12钢筋，分布筋采用φ10@150，拉钩筋为φ18@500)受力的方式，对内拱进行加强。内拱壁厚250 mm，同时每隔3 m，在内拱内加一道内拱暗梁(主筋上下各4根HRB335、D=20钢筋，箍筋采用φ18@150)，内衬拱施工前，要在原石拱面上刷界面剂，以利于紧密结合达到共同受力目的。增加混凝土内拱圆箱型绑扎钢筋照片见图3。

图3 增加混凝土内拱圆箱型绑扎钢筋照片Fig.3 Steel bars of inner concrete arch

2.3 加固后过水断面影响情况

2.3.1 加固前、后过水断面比较

见表2。

表2 加固前后过水断面统计图Table 2 Cross-section of water before and after bridge reinforcement

2.3.2 标高7.0 m洪峰时过水断面比较

见表3。

表3 标高7.0 m洪峰时加固前后过水断面统计图Table 3 Cross-section of water before and after bridge reinforcement at elevation 7.0 m flood peak

加固前拱顶标高9.2 m，加固后拱顶标高8.95 m，加固后洪峰水位标高7.25 m＜拱顶标高8.95 m。

经调查，临近河道的规划流量为23.6 m3/s，原有过水断面为 33.86 m2，加固后有所降低(27.19 m2)。为补偿减少的过水断面面积，混凝土拱圈内侧涂刷一层防水涂料(GS型)，并保证表面光滑，以减少流水阻力，提高流速。增加混凝土内拱圆箱型处理后石拱桥照片见图4。

图4 增加混凝土内拱圆箱型处理后石拱桥照片Fig.4 Photo of stone arch bridge with added inner concrete arch

3 盾构掘进参数的优化

区间线路在通过桥段平面曲线为直线段，竖曲线为7.124‰上坡，通过石拱桥段地层为粉质黏土与粉砂互层、粉细砂层，盾构在距太平北路石拱桥南岸坡顶下15 m即里程K22+029.16(对应环号480)，对盾构的性能进行全面检修，配置充足的盾构易损部件，特别是对盾构的密封性能进行检查，确保盾构以良好的状态完成过河及过桥段的掘进施工。盾构通过太平北路石拱桥对应里程示意见图5。

图5 盾构通过太平北路石拱桥对应里程示意图Fig.5 Kilometerage of shield-bored tunnel running underneath stone arch bridge

盾构通过太平北路石拱桥段盾构掘进参数控制:过桥段主要优化盾构掘进总推力、土舱压力，同步注浆量、刀盘扭矩等参数，总推力比平常掘进大300～500 kN，土舱压力比正常掘进段高 0.02 ～0.03 MPa，总推力控制在17 000～20 000 kN;上部土压控制在0.19～0.21 MPa;同步注浆压力控制在 0.25 ～ 0.35 MPa;同步注浆量控制在 5.5～6 m3;刀盘转数控制在1.3 r/min;盾构掘进速度控制在 30～50 mm/min;刀盘扭矩控制在1 800～2 300 kN·m;理论掘进一环出土量38.7 m3，实际出土35 m3。盾构穿过桥梁过程中要严格控制出土量，盾构掘进过程中确保盾尾间隙均匀，盾构姿态良好，施工中严格控制盾构纠偏量，在确保地面及河底沉降控制良好的情况下，使盾构均衡快速通过，盾构姿态变化不可过大、过频。

4 实施效果分析

太平北路石拱桥采用合理、经济的方案进行加固后，桥梁孔洞过水断面满足汛期最高水量的要求，桥梁加固在工期、质量、安全各方面保证了盾构顺利通过。盾构通过石拱桥处严格按照实施方案，盾构掘进过程中严格按照制定的穿越石拱桥段盾构掘进参数，穿越过程中平均每天10环管片(12 m)，共计2 d顺利通过石拱桥处，盾构通过石拱桥过程中地面沉降最大3 mm，过石拱桥段管片拼装质量良好，没有渗漏水现象，管片错台环向5 mm，纵向7 mm，均满足成型隧道规范及设计要求。盾构过石拱桥处管片拼装质量及成型隧道质量见图6。

5 结论与建议

1)对桥梁进行增加内拱圆箱加固，在城市繁华路段不受地面交通及场地限制，可以节约施工成本。

2)盾构穿越桥梁过程中对盾构掘进参数进行优化、改良，确保盾构掘进施工质量和管片施工质量，对后续盾构在类似工程环境中施工具有一定的借鉴意义。

图6 盾构过石拱桥处管片拼装质量及成型隧道质量Fig.6 Photo of completed tunnel

3)在对桥梁进行内拱圆箱加固过程中，浇筑拱圈顶部的混凝土不能达到密实(拱圈部位是微膨胀混凝土)，需要提前预埋注浆管后续注浆处理。

建议对以后类似工程概况的桥梁加固采用可预制拼装的二次衬砌内拱圆箱，这样可以有效避免拱顶浇筑不密实的问题，同时可以节约加固工期。

［1］ 彭坤，陶连金，高玉春，等.盾构隧道下穿桥梁引起桩基变位的数值分析［J］.地下空间与工程学报，2012，8(3):485 －489.(PENGKun，TAOLianjin，GAOYuchun，et al.Numerical analysis of the change of pile foundation caused by shield tunnel under［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2012，8(3):485 － 489.(in Chinese))

［2］ 苏东，王德胜，幸智军，等.机场线盾构隧道下穿桥梁接近施工沉降控制［J］.施工技术，2008，37(9):67 －68，78.(SU Dong，WANG Desheng，XING Zhijun，et al.Settlement control of tunnel construction down-traversing adjacent bridge［J］.Construction Technology，2008，37(9):67 － 68，78.(in Chinese))

［3］ 许世伟，杨慧林.盾构隧道施工对临近市政桥梁影响的数值分析［J］.铁道标准设计，2009(10):54－56.(XU Shiwei，YANG Huilin.Numerical analysis of the influence of shield tunnel construction on adjacent municipal bridge［J］.Railway Standard Design，2009(10):54 －56.(in Chinese))

［4］ 郑世兴.盾构法隧道穿越在用桥梁桩基础施工技术［J］.地下空间与工程学报，2009，5(增刊2):1619－1623.(ZHENG Shixing.Construction technique of shield tunnel beneath the bridge pile foundation［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2009，5(S2):1619－1623.(in Chinese))

［5］ 赵立锋.土压平衡盾构到达钢套筒辅助施工接收技术［J］.铁道标准设计，2013(8):89 －93.(ZHAO Lifeng.Auxiliary construction technology with steel sleeve used for the arrival of soil pressure balance shield［J］.Railway Standard Design，2013(8):89－93.(in Chinese))

［6］ 李幸发.广州地铁广佛线盾构隧道穿越桥梁桩基施工技术［J］.隧道建设，2013，33(9):791－800.(LI Xingfa.A case study on how to deal with existing bridge piles in shield tunneling［J］.Tunnel Construction，2013，33(9):791 －800.(in Chinese))

［7］ 李春林.盾构穿越浅埋石拱桥施工技术［J］.四川建材，2013，39(5):199 － 201.(LI Chunlin.The construction technology of shield tunneling machine passing through shallow stone arch bridge［J］.Sichuan Building Materials，2013，39(5):199 －201.(in Chinese))

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［9］ 徐前卫，朱合华，马险峰，等.地铁盾构隧道穿越桥梁下方群桩基础的托换与除桩技术研究［J］.岩土工程学报，2012，34(7):1217 －1226.(XU Qianwei，ZHU Hehua，MA Xianfeng，et al.Pile underpining and removing technology of shield tunnels crossing through group pile foundations of road bridges［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2012，34(7):1217 －1226.(in Chinese))