行业要闻

地铁暗挖车站过既有桥桥桩施工技术

 

摘　要　结合北京地铁十号线呼家楼车站穿越桥梁桩基的施工实例,介绍了通过洞内加固和施工监测,控制邻近桥梁桩基沉降和位移,确保桥梁和车站结构安全的施工技术。

关键词　邻近桥梁　地铁车站　暗挖施工　地层加固　沉降控制

 

　　北京地铁线网大部分在城市中心区穿过,这些地域已经建成各类高架桥、人行天桥等。地铁不可避免地要从市政桥梁的基础侧面或下方穿过,由于地铁施工引起的地层变形和位移,可能导致邻近桥梁基础发生沉降和承受附加应力。如果桥梁基础的沉降或附加应力超过了一定的限值,将可能使桥梁出现损伤,或使已经存在的损伤加剧,影响桥梁的正常使用甚至出现安全问题。因此,解决地铁工程施工过程中对于邻近桥梁的安全控制技术问题已经成为当务之急。本文根据北京地铁十号线呼家楼暗挖车站安全通过京广桥桥桩的工程实例,总结出一套过既有桥桥桩的施工技术,为以后类似的工程提供参考。

1 工程概况

      呼家楼站是北京地铁十号线的中间站,车站位于东三环北路与朝阳北路的交叉路口,呈南北走向,车站长179. 5 m。由于受京广桥的影响,车站为分离岛式站台,主体为双线双洞双层结构,出入口和风道等附属工程为单拱单跨断面结构,车站左右线结构分别位于京广桥两侧的辅路下,埋深约7~10 m,左右线两结构之间设联络通道、迂回风道。采用PBA工法(洞桩法)施工。

      呼家楼站平面布置情况见图1。

      车站范围内受影响的主要是京广桥第19号至第26号桥墩的桩基,结构距桥桩最近距离2. 16 m。京广桥跨朝阳北路的主跨(21号~24号墩)为连续梁结构, (南24号~26号,北19号~21号)为简支梁结构,桥墩为钢筋混凝土墩柱和带预应力混凝土盖梁的预制墩柱,承台5. 5 m×5. 5 m,基础均为桩基础,桩径1. 2 m, 4根为一组,支座为球型支座和盆式支座。桥桩长20~29 m,超过地铁结构底板3. 3~6. 3m,桩型按端承摩擦桩考虑。该段基础桩底高程为7. 0~10. 0 m,交叉路口桥跨最宽35 m,远期预留M6线下穿而过。

2 减少施工对邻近桥桩影响的控制技术选择

　　工程技术措施直接影响到工程造价,各种控制方法都是为了尽可能地减少或隔断施工对桥桩周围地层的扰动影响,提高地层的自承作用,从而达到减少地层变形、保护邻近桥桩的目的。当前地铁邻近桥梁施工的控制方法主要有:

      (1)注浆加固法。即在隧道周围实施注浆加固地层,增加地层的c、Φ值以减少地层的松动范围,控制地层变形。

      (2)隔断法。即从地面或地下施做隔离桩墙,将桥或建筑基础与隧道施工的主要扰动区域隔离开来,然后再通过注浆方法实施微量调整。

      (3)改进法。即通过中性点以下和桩底注浆改摩擦桩为摩擦端承桩或端承桩。

      (4)补偿注浆法。即在隧道施工影响范围与被控制的基础之间设置补偿注浆层(水平或垂直),然后通过施工过程中的监测数据,不断控制各注浆管的注浆量,实现隧道施工与基础沉降的同步控制。

      (5)托换法。即通过新的桩基将原来的基础托承到不受施工影响的新的桩基上,以避免施工的影响。

      由于车站范围内地面受交通、京广桥影响,地面不具备钻机施工条件,地面注浆实施也非常困难,在这种条件下施工选择了以洞内加固为主并加强施工过程的控制,特别注意加强监控量测,根据量测结果考虑是否进行地面注浆。

3 京广桥桥桩施工加固技术

      呼家楼车站主体结构采用洞桩法(PBA)施工,即车站主体采用两次局部顺做,整体逆做的施工顺序。首先开挖2个小导洞,然后依次施做洞内钻孔围护桩、两导洞间初支扣拱施工、中板及拱部二衬、站台层土体开挖和站台层结构二衬。车站主体结构断面见图2。

      为了减少在施工过程中对桥桩的影响,在不同施工阶段采取不同的对桥桩保护技术。

3.1 初期支护施工加固技术

      导洞穿越地层主要是粉细砂和中粗砂,结构拱部超前导管注浆加固土体,减小隧道开挖的侧向变形,靠近桥桩一侧的边墙斜向定向超前注浆,外插角45°左右,导洞外横向加固范围为2. 5 m左右,纵向加固范围为靠近桥桩前后3 m范围,但注浆导管在靠近桥桩结构时应减短,离开桥桩至少1 m,避免对桥桩周边土体造成较大扰动,避免打设锚管时对桥桩结构的意外破坏。浆液配合比、注浆扩散半径、注浆压力及注浆效果等参数,应根据施工现场情况,做单孔或群孔实验确定,以保证注浆效果,具体参数见表1。

      施工时应注意的事项:

      (1)在通过邻近桥桩地段,减小隧道结构初期支护格栅钢架的纵向间距,加设临时仰拱,及时封闭;

      (2)施工中要注意对施工工艺的控制,采取小分块、短进尺、快封闭的手段,减少对地层的扰动,尤其要处理好拱脚变形的问题;

      (3)加强初支背后的回填注浆,同时根据量测结果,必要时采取跟踪注浆措施及时补强,减小土体损失的后期变形,防止因管线漏水对地层的掏蚀、软化作用;

      (4)设置超前地质钻孔,指导下步工序循环;

      (5)工序安排上注意分段、分层、分部开挖,充分利用“时间-空间效应”;

      (6)开挖和支护工序应及时,结合设计文件对暗挖结构的施工组织、施工工序提出严格的要求。

3.2 洞内钻孔桩加固

      (1)对桥区范围的小导洞内钻孔桩由Φ800@1 200加密为Φ800@ 1 000,钢筋混凝土钻孔灌注桩兼做隔离桩。

      (2)钻孔灌注桩桩间埋设注浆管对桩间土体及桩后土体进行注浆。

      (3)在导洞内施工边桩时,加大桩体跳做的间隔,减少对土体的扰动,减小地层变形。

3.3 钢支撑加固

      在站台层土体开挖时,采用钢支撑加固两侧围护桩的稳定,避免周边土体产生变形。钢管撑采用Φ609,t=16钢管,水平间距4 000 mm。

      施工过程中要遵循先支撑后开挖的原则。支撑安装中采取有效措施,保证支撑为轴心受压,偏心距严格控制在30 mm以内。支撑安装完毕后应及时检查各节点的连接状况,经确认符合要求后方可施加预压力。预压力要分级施加,重复进行,加至预加轴力值时要再次检查各连接点的情况,必要时锁定。

4 施工对桥桩变形影响的监测及分析

      在桥墩的同一水平位置钻孔,埋设测点。测点的埋设高度要求方便观测,并对测点采取保护措施,避免在施工过程中受到破坏。沉降测点布置见图5。

      对桥桩产生影响的作业工序完成后,对桥桩的监测结果进行分析。京广桥桩沉降监测情况见表2。累计沉降数据较大的JG 11-1和JG 11-2点分析的沉降曲线见图6。

      从监测结果分析,桥桩的绝对沉降和差异沉降均在允许范围之内,并且沉降已经稳定,地铁暗挖施工没有对京广桥的结构安全造成影响。

5 结论

      在制定邻近桥梁的保护工程措施时,为了使工程措施的选择更加理性和更具有针对性,应结合具体工程,在满足影响控制标准的前提下选择加固处理措施。选择邻近桥梁加固处理措施时,应杜绝简单的局部加固,要考虑桥梁现状、加固维修历史,合理确定加固措施,保证各基础之间的沉降协调。不当的加固不但起不到加固效果,反而对桥桩不利。邻近桥梁加固应与地铁工程开挖方案作为一个整体统筹考虑。

      工程实践表明:呼家搂车站暗挖施工对邻近桥桩取得了很好的控制效果,邻近桥桩的各项变形指标都在控制范围内,保障了工程的顺利进行,也为今后类似工程的施工提供了宝贵的经验。