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)，據此調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。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用或危及橋梁結構安全。 因此在橋梁的基礎附近建

2、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)與車公莊西路交匯處， 該橋至今已運營17年。 主橋為三跨預應力鋼筋混凝土連

3、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。 花園橋主橋如圖3所示。 花園橋設計荷載標準為：快車道，汽-超20、掛車-120；慢車道，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

4、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值模擬計算與評估2.1 數值模擬計算分析 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，產生沉降量最大，并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。

5、 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，該范圍內圍護樁加長7m， 由3號導洞內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

6、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，根據現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100150 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（級），箍筋

7、采用? 10200（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300 mm，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11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、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凈空的收斂，在站廳及站臺層設置大剛度鋼管支撐（覫609，=16

8、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

9、注漿在地面完成， 在地面橋樁周圍布置0.8m×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,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·O42.5普通硅酸鹽水泥=11，為進一步改善漿液的工作性能，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

10、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 花園橋梁體主動調整與控制技術 根據評估報告，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 梁體預調整設計 花園橋主橋是連續(xù)梁橋，超靜定結構，僅調整某個支點的高程就會引起全橋內力的改變。 預調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 梁體頂升預調整

11、控制值的確定 設計梁體預調整值為5mm，當橋墩下沉達到3mm即應進行調整。 考慮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（mm）。 由于千斤頂標稱位移總比橋梁實際頂升位移大， 所以偏安全的按梁體位移12 mm計算梁體內力。 梁體頂升按12mm控制。5.3 橋梁預調整步驟 施作臨時橋墩放松原支座下墊板螺栓啟動千斤頂，梁體頂升插填鋼板調整臨時支座高度，卸載，梁體落到臨時支座調整永久支座高度， 恢復永久支座工作。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、千斤頂等）、監(jiān)測傳感器和計

12、算機控制系統(tǒng)三部分組成。 6 監(jiān)測技術6.1 監(jiān)測內容 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)測數據， 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，導致梁體產生超過控制值的應力、位移以及裂縫急劇發(fā)展、激增等現象，保證了結構的安全。 根據花園橋加固頂升施工的特點以及現場的情況， 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

13、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

14、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， 在該階段土層產生了大部分水平位移，在負2層架設水