地鐵站主體暗挖段下穿橋梁綜合施工技術

1、摘 要：北京地鐵 6 號線一期花園橋站暗挖段城市地鐵隧道下穿既有橋梁時， 在穿越前采用 數(shù)值模擬計算估算橋梁基礎變形， 進而推算梁體次應力， 判斷梁體安全狀態(tài)， 據(jù)此調(diào)整地鐵 隧道施工方法以及對橋梁的加固措施。 在地鐵隧道穿越橋梁過程中， 通過 PLC 橋梁同步升 降系統(tǒng)主動、 動態(tài)調(diào)整橋梁梁體形狀， 使梁體基本保持原設計狀態(tài)， 保證了既有橋梁結構安 全。關鍵詞：地鐵隧道；主體暗挖段；下穿；橋梁；同步升降系統(tǒng)；動態(tài)主動保護隧道穿越橋梁過程中， 須保證橋梁各部分的形變、 位移、 應力變化等指標控制在允許 范圍內(nèi)。 若設計或施工處理不當， 輕則可能降低橋梁使用耐久性， 重則甚至影響到橋梁的正 常使

2、用或危及橋梁結構安全。 因此在橋梁的基礎附近建造隧道時， 須采用有效的技術防護 措施，以減小隧道施工對既有橋梁的影響。 北京地鐵 6號線一期花園橋站暗挖段在施工過程 中， 地下隧道成功穿越花園橋，該橋沉降變形基本為零，始終處于正常使用狀態(tài)，保證了 既有橋梁結構的安全。1 工程概況1.1 地鐵花園橋站工程概況花園橋站是北京市地鐵 6號線一期工程的一個中間站 （圖1）。車站總長233.6m，其中 暗挖段長190m,標準段寬度為19.70m。車站有效站臺中心里程處覆土厚度為 8.67m，底板 埋深 25.15m。 花園橋站主體暗挖段截面如圖 2所示。1.2 花園橋結構花園橋位于西三環(huán)與車公莊西路交匯

3、處, 該橋至今已運營 17年。 主橋為三跨預應力 鋼筋混凝土連續(xù)箱梁, 跨徑為 32 m+37 m+32 m ,南北引橋分別為 5跨 20 m 后張預應力工字形 梁與混凝土橋面板的組合簡支梁, 橋面連續(xù)。 全橋橫橋向分為東西兩幅橋, 橋梁全寬 28.3m。 下部結構采用柔性墩設計, 主橋采用盆式固定橡膠支座, 其他各墩采用橡膠支座及四氟滑板 支座。 墩底采用樁基礎，每墩設 4根，樁徑1.2m，樁間距3.2m，樁長20m。主橋箱梁及引橋 預制工字梁混凝土均為C45，橋墩混凝土為C40，樁基礎混凝土為 C30?；▓@橋主橋如圖3所示?；▓@橋設計荷載標準為：快車道,汽-超20、掛車 -120；慢車道,

4、均布荷載為 3 kPa,汽-15驗算 ；人群荷載小于 3.5kPa。1.3 花園橋與車站的位置關系 車站跨路口段暗挖主體結構臨近花園橋主橋跨北側8號墩橋樁, 其中主體結構外皮距花園橋橋樁外皮1.53 m，圍護樁距離橋樁外皮 0.68 m，上層小導洞距離橋樁外皮僅為0.08m ；南側主橋（7號墩）樁外皮距車站結構外皮11.4m （圖4）。2 地鐵隧道下穿花園橋數(shù)值模擬計算與評估2.1 數(shù)值模擬計算分析新建地鐵結構的施工對既有橋梁結構安全性影響采用有限差分的FLAC 程序進行數(shù) 值模擬計算和分析。2.2 計算結果分析地表沉降隨開挖的進行逐步發(fā)展， 在結構拱部跨度全部開挖完成時，產(chǎn)生沉降量最 大，并

5、在隨后的施工過程中有小范圍的波動，車站結構施工完成后，地面最大沉降量為24.0mm，發(fā)生在拱頂跨中。車站開挖引起花園橋承臺中心沉降最大值為10 mm,傾斜值為0.45 %。，相鄰承臺差異沉降最大值為4.5 mm。評估結果已超出橋梁允許變形， 必須采取措施保證既有橋梁安全。3 車站主體下穿花園橋段施工技術3.1 取消 4號導洞，圍護樁加長為減小車站施工對橋樁樁底土層的擾動， 減小橋樁樁端承載力的損失，在車站下穿 橋梁段落（橋梁投影范圍以及東西各10m）取消4號小導洞，該范圍內(nèi)圍護樁加長7m,由3號導洞內(nèi)采用人工挖孔方法施作圍護樁。圍護樁加長一方面為車站主體結構提供豎向承載 力，另一方面起到隔離樁

6、的作用， 在開挖車站時， 可相對減小對于橋樁周邊土體和樁端土體 的擾動作用（圖 4）。3.2 車站下穿花園橋段圍護樁施工3.2.1 挖孔樁孔口加強措施3號導洞施工中，在圍護樁南北兩側通長埋設4根直徑為20 mm的鋼筋，加強3號洞水平方向整體剛度，減小挖圍護樁過程中洞體的變形，同時限制橋樁變形（圖5）。3.2.2 人工挖孔樁施工順序地鐵車站圍護樁樁徑為 800 mm， 中心距 1 200mm， 為減小地鐵車站圍護樁施工過 程中對橋樁的影響， 根據(jù)現(xiàn)場條件采用隔四挖一跳躍挖樁方法， 保證圍護樁施工過程中在橋 樁影響范圍內(nèi)只有一根圍護樁在施工（圖 6）。人工挖孔圍護樁采用鋼筋混凝土護壁，護壁厚度10

7、0150 mm，混凝土強度等級為C20,并且在混凝土中摻加適量早強劑。護壁鋼筋主筋采用19 ? 8（ I級）,箍筋采用？ 10200（I級），主筋揻成彎鉤上下鉤結形成整體。人工挖孔鋼筋混凝土護壁每節(jié)長1m。施工過程中需在上層護壁混凝土達到 5MPa 后方可拆模，開挖下步土體。3.2.3 圍護樁樁底注漿，增加豎向承載力在圍護樁內(nèi)設置2根直徑25 mm的鋼管作為樁底注漿導管，導管插入樁底土中300mm，待圍護樁混凝土施工完成、混凝土強度達到 5 MPa以上后，進行樁底注漿加強樁端承 載力。樁底注漿漿液配合比為1 ： 1水泥漿，注漿壓力為2MPa。3.3 逆作法施工車站主體二襯結構3.3.1 站廳、

8、站臺層土方施工為減小站廳、 站臺層土層開挖時車站結構內(nèi)凈空的收斂，在站廳及站臺層設置大剛 度鋼管支撐（覫609,3 =16 mm ）,并施加預應力 。在站廳、站臺層土方開挖時，采用縱 向分段水平分層中間拉槽方法開挖，每段長度約20m。 在豎向當土層開挖至鋼支撐下0.51.0m 時,及時架設鋼圍檁和鋼支撐,并施加預應力,減小結構水平收斂（圖7）。3.3.2 車站主體二襯結構施工車站主體二襯結構施工方法同一般 PBA 工法車站結構。4 地面深孔精確注漿加固技術4.1 注漿工藝設計對橋樁周邊土體注漿加固是主動保護花園橋橋樁的措施之一， 其作用一方面可加固樁 周圍及樁底土體，減小因車站開挖引起的土體變

9、形， 減小樁周土體負摩擦力，增大樁端承 載力；另一方面可減小車站圍護結構所承受的水平作用力，保證車站施工安全。對橋樁周邊土體加固注漿在地面完成，在地面橋樁周圍布置0.8m x 0.8m的注漿孔,采用袖閥管（ ?50）注漿工藝向橋樁周圍土體注入水泥漿。加固范圍如圖 8,9所示。4.2 地面深孔精確注漿施工工藝 為使得注漿漿液在砂卵石土層中限制在加固范圍內(nèi),采取先周邊后中間、由遠及近的施工順序。 為減小鉆孔對橋樁周邊土體的擾動 , 同時防止施工時各工序間相互干擾 , 鉆孔采 用隔二打一的原則進行鉆孔和注漿。注漿漿液采用水泥漿，配合比為水：P- 042.5普通硅酸鹽水泥=1 : 1，為進一步改善漿液

10、的工作性能，漿液中摻加高效減水劑。注漿按“低壓緩 進”的原則進行，注漿終壓為 12MPa。鉆孔時采用 RPD-130C型工程鉆機，跟管鉆機鉆進 成孔工藝。 注漿管采用直徑為 50 mm 的袖閥注漿管。 注漿擴散半徑為 0.6m。5 花園橋梁體主動調(diào)整與控制技術根據(jù)評估報告， 花園橋梁體已存在裂縫， 設計要求花園橋梁體不能再下沉。 地鐵車站 下穿花園橋主跨，其 8號墩會受到地鐵施工影響。為實現(xiàn)主動、 動態(tài)控制，保證花園橋 8號墩 支座處梁體不下沉， 先對該處梁體進行預支頂， 當發(fā)現(xiàn)橋梁下沉量接近或達到控制值時， 及 時進行梁體頂升作業(yè)，使橋梁梁體始終保持原有狀態(tài)。5.1 梁體預調(diào)整設計花園橋主橋

11、是連續(xù)梁橋， 超靜定結構， 僅調(diào)整某個支點的高程就會引起全橋內(nèi)力的改 變。 預調(diào)整高度的確定需要大量計算， 保證全橋各個部位應力滿足規(guī)范要求。5.2 梁體頂升預調(diào)整控制值的確定設計梁體預調(diào)整值為5mm，當橋墩下沉達到3mm即應進行調(diào)整?？紤]到臨時支座以 及臨時橋墩的彈性變形 （4 mm）和施工誤差（3mm）,設計千斤頂最大頂升位移為 4+3+5=12所以偏安全的按梁體位移 12 mm梁體頂升T插填鋼板調(diào)整臨時 恢復永久支座工作。（mm）。 由于千斤頂標稱位移總比橋梁實際頂升位移大， 計算梁體內(nèi)力。梁體頂升按12mm控制。5.3 橋梁預調(diào)整步驟施作臨時橋墩t放松原支座下墊板螺栓t啟動千斤頂, 支

12、座咼度，卸載，梁體落到臨時支座t調(diào)整永久支座咼度，5.4 同步頂升系統(tǒng)選用梁體同步頂升系統(tǒng)選用 PLC 控制液壓同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)（泵站、千 斤頂?shù)龋?、監(jiān)測傳感器和計算機控制系統(tǒng)三部分組成。6 監(jiān)測技術6.1 監(jiān)測內(nèi)容通過對梁體變位、控制截面應力、裂縫及其他項目的嚴密監(jiān)測、實時分析并反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)， 指導頂升施工， 避免了由于橋梁結構理論與實際的偏差、 頂升設備的誤差等原因， 導致梁體產(chǎn)生超過控制值的應力、 位移以及裂縫急劇發(fā)展、 激增等現(xiàn)象， 保證了結構的安全。根據(jù)花園橋加固頂升施工的特點以及現(xiàn)場的情況，本次施工監(jiān)測的重點是在梁體頂升及復位施工過程中對主梁、墩柱進行安全監(jiān)測，主要包

13、括：（1）梁底絕對高程變化監(jiān)測；（ 2）承臺絕對高程變化監(jiān)測； （ 3）梁體與墩頂相對位移監(jiān)測； （ 4）橋墩壓縮量監(jiān)測； （ 5） 主梁控制截面應力監(jiān)測； （ 6）梁體裂縫監(jiān)測； （ 7）土層深層沉降以及水平位移監(jiān)測。6.2 監(jiān)測結果(1) 橋墩沉降0.81.7 mm，沉降數(shù)值較小，橋梁處于安全狀態(tài)。該沉降大部分發(fā)生 在負 2層土方開挖完成至結構施工完成階段。(2) 橋墩傾斜0.1 %。，處于正常狀態(tài)。(3) 承臺水平位移0.2 mm,處于正常狀態(tài)。(4) 在地鐵車站施工期間和橋梁頂升期間，梁體混凝土應變&在-17590 之間變 化,應變變化微小,處于正常狀態(tài)。( 5) 土層深層沉降點中僅有

14、地面以下 9 m 處的深層沉降點有明顯下沉, 其余各點 直至車站施工完成也沒有沉降。而該深層沉降點發(fā)生沉降的階段是3號導洞開挖階段,其他各施工階段該點沉降情況則非常穩(wěn)定。( 6) 土層水平位移在小導洞開挖、 圍護樁開挖施工、 負 1層結構施工各階段傾斜基 本沒有變化,在負 2層土方及結構施工階段傾斜出現(xiàn)3mm 左右的變形。7 結語(1) 承臺水平位移僅為 0.2 mm, 橋墩傾斜為 0.1%,基本可認為橋梁承臺及橋墩水 平方向位移沒有變化, 與數(shù)值分析結果相符, 即橋梁承臺受到的水平力較小,承臺間土體阻力足以抵抗承臺受到的水平力。( 2) 土層注漿加固效果對于提高橋梁基礎承載力的貢獻難以檢測和

15、判別,注漿措施只能用作輔助措施,不能用作主要措施。注漿設備、注漿工藝選擇要慎重,北京某地鐵下穿某橋梁期間, 曾出現(xiàn)注漿加固期間因設備選擇不當造成橋梁下沉的情況。( 3) 洞內(nèi)臨近橋樁的圍護樁開挖對橋梁影響不大。 深層沉降曲線及水平位移曲線均 可說明這一點。 理論上利用普氏理論分析亦可得到相同的結果,但應注意開挖圍護樁的施 工順序,應保證在橋樁影響范圍內(nèi)只能施工一根圍護樁,盡量減小挖孔施工對橋樁的影響。( 4) 橋梁頂升系統(tǒng)的基礎應采用獨立基礎, 并保證其能承擔所有橋梁荷載, 以免 基礎不牢造成橋梁及支頂設備全系統(tǒng)下沉。( 5) 車站負 2層土層開挖及結構施工階段是對橋梁影響最大的階段,在該階段土層產(chǎn)生了大部分水平位移,在負 2層架