随着城市轨道交通建设的快速发展，城市地铁盾构隧道将不可避免地穿越城市既有公路高架桥梁。当隧道下穿高架桥时，将改变原土体应力场，造成开挖面周围土体扰动，导致周围土体发生变形，进而引起地表变形，包括地表沉降与隆起，进而影响机场高速公路桥梁桥墩、桩基的变形，对既有公路桥梁的运营安全直接造成影响 ^[1,2,3]。因此，有必要对盾构穿越既有高速路桥施工带来的影响进行分析，提出针对性施工控制措施，以保障既有公路桥梁的安全运营。

　　 本文结合南京地铁5号线吉印大道站—九龙湖站区间盾构穿越南京机场高速公路桥梁施工，通过数值模拟和现场施工数据分析，总结地铁盾构施工对高速路桥的影响及施工控制技术，为类似工程施工提供借鉴参考。

　　 南京机场高速公路是一条南京市区通往禄口机场的重要交通线路，于1997年6月建成通车，有“省门第一路”之称。2014年6月，南京机场高速公路改扩建完工，由双向4车道扩建为双向8车道。南京机场高速公路桥为吉印大道分离式立体交叉主线上跨拼宽桥，分为老桥和拓宽2部分。老桥部分上部结构以折代曲，采用预应力混凝土空心板，下部采用柱式墩台、钻孔桩基础;拓宽部分上部结构采用装配式先张法预应力混凝土简支空心板，下部基础与老桥一样采用柱式墩台、钻孔桩基础。

　　 南京地铁5号线吉印大道站—九龙湖站区间盾构隧道施工下穿机场高速公路，侧穿高速公路桥桩基础工况如图1所示，南京地铁5号线吉印大道站—九龙湖站区间地处岗地和岗间坳沟地貌单元，地形较平坦，区间盾构施工选用2台6 440土压平衡盾构机，盾构切削外径6 480mm，管片外径6 200mm。盾构区间与桥桩平面最小距离为2.713m，区间隧道通过高速公路桥处隧道最小埋深4.377m。既有机场高速公路桥墩、桥台桩基均位于中风化安山岩中，部分位于破碎状中风化岩中。隧道穿越土层左线为(4)_1b1粉质黏土(硬塑)、J3L₂强风化安山岩、J3L_3P破碎状中风化安山岩(右线为(2)_1b2-3粉质黏土(软～可塑)、(4)_1b1粉质黏土(硬塑)、J3L₂强风化安山岩、J3L_3P破碎状中风化安山岩)。受机场高速公路桥影响，盾构区间纵向局部起伏较大，穿越过程对机场高速公路桥桩沉降需重点分析 ^[4,5]。

　　 盾构穿越施工前采用大型有限元数值模拟分析软件MIDAS GTS-NX分析地铁盾构掘进施工对机场高速公路桥结构变形的影响。以两线相交区域中心位置为原点，建立包括既有机场高速公路桥梁、地铁5号线盾构段及下穿节点结构有限元网格，如图2所示。根据工程经验，所取土体范围为165m×125m×31m(长×宽×高)，通过激活和钝化开挖区的土体单元、结构单元模拟盾构掘进施工过程。

　　 5号线吉九盾构区间穿越机场高速公路桥掘进过程对桥梁桩基水平位移和竖向沉降的影响分别如图3所示，对桥梁锥坡变形影响如图4所示。穿越过程中桩基变形逐渐增大，变形最大值及结合相关国家规范与当地工程经验给出的施工控制值如表1所示。可看出，根据计算得出的各沉降均在规范控制范围内。

　　 为了有效控制盾构穿越前后高速公路的沉降和位移，实际施工中选择合适的盾构推进施工参数和同步压浆量，并且通过实践不断对其进行优化，以确保将盾构穿越对机场高速公路桥的影响降至最低 ^[6]。

　　 盾构掘进穿越机场高速公路桥施工分穿越前、穿越中、穿越后3个阶段。盾构始发后至盾构切口所能影响的最初高速公路桥断面前(约140m)作为盾构穿越试推进阶段，把盾构切口进入所能影响的最初高速公路桥断面处至盾尾离开所能影响的最终高速公路桥断面范围定为穿越阶段，把盾尾脱出所能影响的最终高速公路桥断面处后50m定为穿越后阶段。同时，考虑到本次穿越实际工况左线穿越位于机场高速公路桥锥坡下，为降低盾构穿越对锥坡的稳定隐患，现场盾构先由右线施工，通过穿越前阶段的施工参数优化及第1次穿越的宝贵经验，再左线穿越，把穿越风险降到最低。

　　 在盾构穿越过程中必须严格控制切口平衡土压力，正面土压力的计算公式为P=K₀λh，其中λ为土体的加权平均重度，取18.5kN/m³,h为隧道中心埋深，取4.377～5.541m,K₀为土的侧向静止平衡压力系数，取0.7，则有:

　　 施工过程中在此基础上紧密结合地面及结构监测数据，及时对土压力设定值进行调整优化，每次调整的幅度为0.005MPa，确保地面环境及高速公路桥安全与稳定。

　　 已有研究表明，盾构推进速度对盾构周围土体的变形及应力变化有一定影响。根据数值模拟和试推进阶段试验结果选定穿越机场高速公路桥期间盾构推荐速度控制在20mm/min，且尽量保持推进速度稳定，减小土压力的波动幅度，减少盾构对土体的挠动，严格控制地面变形，防止发生桩基位移、变形、不均匀沉降等不利现象。

　　 千斤顶推动盾构机前行时，在盾尾衬砌管片外围形成建筑空隙，是引起地层损失的主要原因。

　　 建筑空隙的计算公式为:1.2×(6.482-6.22)/4=3.35 m³。

　　 根据施工经验和现状工况条件，为减少施工过程中的土体变形，同步注浆量控制在每环约3.5m³浆液。同时，注浆压力作为盾构隧道掘进过程中另一个相当重要的施工参数，其值过大或过小均会产生不利影响，因此推进过程严格控制盾尾注浆压力、同步注浆方量及质量。

　　 为减小盾构掘进过后土体的后期沉降量，对盾构同步注浆系统进行改制，采用压注大密度单液浆的同步注浆系统。浆液配合比为:砂∶粉煤灰∶膨润土∶石灰∶外掺剂∶水=(900～1 100)∶(300～400)∶50∶80∶3∶360。此浆液能在压注初期便具有较高的屈服值，同时压缩性和泌水性小，可有效控制地面沉降和隧道上浮 ^[7,8]。

　　 通过增加隧道管片注浆孔，在盾构机穿越过程中以及盾构穿越高速公路桥以后阶段，隧道施工方可根据实时监测数据及时、均匀、有针对性地加固隧道外部土体，稳定机场高速公路桥结构。如图5所示，分别在A1,A2,A3,B1,B2上各增设2个注浆孔，使得穿越段管片周圈注浆孔增至16个。图5中黑色的为原有注浆孔，灰色为新增设的注浆孔。

　　 南京地铁5号线盾构掘进右线于2018年8月28日推进138环，开始下穿机场高速公路桥;2018年9月2日推进170环，完成下穿机场高速公路桥。左线2018年10月28日推进139环，开始下穿机场高速公路桥;2018年11月13日推进178环，完成下穿机场高速公路桥。

　　 穿越过程中盾构机推力和土压力分别如图6所示。从总体上看，盾构右线穿越机场高速公路桥桩过程中，施工参数变化较平稳;进而左线穿越过程中，土压力和盾构机推力均相应增大，这也说明盾构左、右线相继下穿机场高速公路桥相互间具有明显的叠加效应。在进行左线掘进时，特别是推进至机场高速公路桥锥坡位置时，盾构机推力和土压力均出现明显增大。这是由于为保证盾构切口上方土体能有微量隆起，抵消一部分土体的后期沉降量，采取欠挖的施工控制措施。

　　 由盾构施工参数可看出，通过及时调整土仓压力和推进速度等施工参数，整个穿越施工过程中，高速公路营运正常，未出现异常现象，盾构按期顺利下穿高速公路。

　　 盾构双线下穿机场高速公路期间，通过对高速公路桥水平位移和沉降分别进行监测，实时掌握盾构施工对高速公路的影响。机场高速公路桥受盾构穿越施工影响较大的桩基水平位移分析曲线如图7所示，其中“-”表示向西偏移，“+”表示向东偏移，从图中可看出受双线盾构叠加效应影响，左线穿越期间机场高速公路桥桩基水平位移较右线穿越期间明显增大，且不同位置处桩基位移变化不一。受盾构穿越施工影响较大的桥梁桩基沉降和左侧锥坡位置的竖向变形如图8所示，“-”为下沉，“+”为隆起，从图中可看出，盾构双线穿越期间桥梁桩基的竖向沉降较小，而桥梁锥坡位置变形较大。这是由于机场高速公路桥桩基基本都是桥台桩基均位于中风化安山岩中，根据施工图设计说明并结合地质情况分析拓宽桥桥墩及桥台桩基均为端承桩，穿越过程中对桩基影响较小。

　　 从监测数据可看出，南京地铁5号线盾构穿越机场高速公路桥盾构施工，在穿越过程中各项变形及内力均在控制范围内，且桥桩变形较数值计算结果更小，穿越后阶段持续观测机场高速公路桥未出现较大变形。

　　 南京地铁5号线盾构穿越机场高速公路桥盾构施工，通过施工前数值模拟计算和施工过程中适应性的参数控制，保证了机场高速公路桥运营安全。本文结合5号线盾构穿越机场高速公路桥实际施工控制措施和施工监测数据分析得出以下施工经验。

　　 1)盾构穿越前针对现场条件和地质情况进行数值分析，对盾构机、盾构管片、注浆系统等进行适应性优化改制，通过穿越试推进段模拟设定合适的推进参数。

　　 2)施工参数的确定是土压平衡盾构机向前掘进的重要步骤，保持和及时调节压力值是施工中的关键，其中推力、掘进速度和挖土量三者之间的关系主导盾构掘进轴线和地表沉降。

　　 3)盾构隧道掘进过程中应据不同地质条件、覆土厚度、高架桥情况且同时结合监测结果及时调整施工参数，保证既有机场高速公路运营安全。