地鐵穿越現狀橋梁施工中,如隧道施工范圍進入到橋梁基礎土體影響范圍,會對既有橋梁基礎產生擾動,從而引起基礎變位,而過大的基礎變位又會對橋梁受力或變形產生影響,甚至危及橋梁的安全。因此,需要對橋梁進行前評估,依據評估結果采取相應保護措施。
本文以北京地鐵7#線穿越廣安門東橋工程為例,對地鐵穿越橋梁進行前評估分析與研究。前評估的主要內容有:對廣安門東橋現狀進行檢測評估;評價地鐵對現狀橋梁的影響;提出橋梁允許變形值;確定監測原則和技術標準;結論及安全防護建議。
1 工程概況
北京地鐵7#線是北京市軌道交通線網中一條連接西北、東南方向的軌道交通骨架線。在官營-廣安門區間穿越現狀廣安門東橋,橋長145.04m,橋面全寬28m,橋梁總面積4 061.12m2,橋梁建成于1993年。設計荷載為汽-超20,掛120,地震烈度按8度設防。
上部結構主梁采用預制預應力簡支梁結構,橋梁跨徑為5×27m,各跨跨中設置中橫梁,兩端支承處設有端橫梁,兩片主梁之間有0.5m寬的現澆段,主梁外懸臂處設0.55 m現澆段。橋墩蓋 梁 跨徑為15m,各蓋梁下設兩根鋼筋混凝土柱;柱下為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎的承臺,樁徑0.90m,樁間凈距2.70m。橋臺蓋梁采用C35鋼筋混凝土結構,每側橋臺蓋梁在橋梁中心處斷開,每側蓋梁下接3根鉆孔灌注樁,樁徑0.90m,樁基持力層為卵石。臺前及兩側設鋼筋混凝土擋板墻,臺后與道路擋土墻連接。
橋梁檢測結果表明,該橋上部結構狀況良好,下部結構整體狀況良好,橋臺蓋梁存在1處鋼筋銹脹,支座及抗震擋塊均完好。橋梁技術狀況等級評定為A級,處于完好狀態。
2 影響評價
地鐵7#線為地下工程,其達官營站-廣安門內站區間穿越廣安門東橋。區間左、右線分別在1~6#軸兩側樁基外側通過,其中在2#、3#軸之間開挖聯絡通道。聯 絡 通 道 距2#軸 最 近 樁 基 水 平 凈 距 為9.97m,垂直凈距3.246m;距3#軸最近樁基水平凈距為6.98m,垂直凈距2.746m。
隧道結構邊緣距樁基水平距離從1~6#軸逐漸縮小,在1#軸處距離樁基最遠,在6#軸處距離樁基最近。隧道左線結構距離6#樁基最小水平距離為1.396m;隧道右線結構距6#軸樁基最小水平距離為6.387m;地鐵7#線隧道與廣安門東橋相對位置平面、立面關系分別如圖1所示\\(圖中單位均為米\\)?！緢D1】
因地鐵7#線達官營站-廣安門內站區間隧道左、右線位于廣安門東橋1~6#軸最外側樁基兩側沿東西走向,從1~6#逐漸靠近樁基,在2~3#之間開挖南北向穿越聯絡通道,根據土層破壞棱體,工程施工影響范圍為廣安門東橋1~6#軸之間的橋梁,即廣安門東橋全橋范圍。地鐵7#線區間隧道穿越廣安門東橋,屬一級環境風險工程,隧道施工造成的基礎沉降影響范圍為廣安門東橋整個范圍,對橋梁結構可能造成的損傷有以下方面:
①1~6#軸之間的上部結構預應力混凝土簡支T梁?；A縱向不均勻沉降對簡支梁內力不會造成影響,但基礎沉降過大會破壞橋面連續及橋梁伸縮裝置,影響橋梁的使用功能。同時還會改變橋面縱坡,對 行 車 舒 適 度 及 橋 面 排 水 造 成 不 利 影 響。
②2~5#軸下部結構為預應力混凝土蓋梁及墩柱,蓋梁和墩柱組成框架超靜定結構?；A橫向的不均勻沉降,會影響蓋梁與墩柱剛性連接效果,造成蓋梁的內力重分布,截面應力增加,混凝土開裂。同時基礎橫向不均勻沉降還會破壞橋梁橫向聯系,影響主梁間的共同受力。
③橋梁下部結構為墩柱、蓋梁、樁基礎,橋梁樁基礎設計為摩擦樁,其承載能力由樁側摩阻和樁尖承載力提供,設計時未考慮地下穿越工程的影響。橋梁樁基礎在隧道施工引起的土層破壞棱體范圍之內,隧道開挖擾動土層會對樁側摩阻力和側向土壓力產生嚴重影響,致使橋梁樁基豎直承載能力、水平抗力降低,不能滿足橋梁正常運行要求。
尤其是6#軸橋臺北側樁基,僅左線隧道結構位于該樁下方,隧道結構距樁底垂直距離3.668m,水平距離1.398m,應引起注意。
④橋下道路。路面沉降過大將影響橋下行車的舒適性及路面排水效果。
3 橋梁控制指標
廣安門東橋經檢測總體評定為A級橋梁,屬完好狀態。結合穿越工程施工對橋梁結構可能產生的危害,參閱原橋梁設計、竣工資料及計算書,采用mi-das Civil-2006程序,應用空間桿系單元,將蓋梁分42個節點、39個單元,計算蓋梁沉降工況的內力,進行承載能力極限狀及正常使用極限狀態的驗算,得出地鐵7#線下穿廣安門東橋應滿足的橋梁控制技術指標如下:相鄰墩基礎縱向不均勻沉降控制值為10mm;橫橋向相鄰中墩墩柱基礎不均勻沉降控制值為3mm;邊蓋梁橫向相鄰墩柱基礎不均勻沉降控制值為1mm;墩柱傾斜度控制值為1/1 000;道路擋墻傾斜度不大于1/1 500;橋梁豎向均勻沉降15mm,并與橋區道路沉降監測值對比,結果不應出現異常;相鄰T梁差異變形控制值為0.5mm。
4 監測原則與技術標準
\\(1\\)監測原則。按照《地下工程穿越交通設施安全監管暫行辦法》要求,本工程應進行第三方監測。根據本工程特點,確定監測原則如下:監測項目應根據本報告提出的影響橋梁正常使用的因素確定;監測儀器精度應滿足控制值測量指標及相關規范要求;監測工作需及時反映施工的具體狀況,建立預警機制,防止突發事件發生。
\\(2\\)監控要點。本穿越工程的第三方監測應重點對廣安門東橋以下部位進行檢測:1~6#軸墩柱、橋臺豎向沉降;1~6#軸墩柱、橋臺傾斜值;縱橋向相鄰墩臺差異沉降;橫橋向相鄰墩柱差異沉降;上下部結構外觀監測,如混凝土裂縫、支座、伸縮縫、抗震設施的變形和工作性能狀態觀測;道路擋墻傾斜值;橋區地面沉降值監測。此外還應該在結構相鄰段及周邊設立監測比較測點,排除其他因素影響。
\\(3\\)施工預警。監測預警值按嚴重程度由小到大分為三級:黃色監測預警,監測指標變化量超過監控量測控制值的70%時;橙色監測預警,監測指標變化量超過監控量測控制值的85%時;紅色監測預警,監測指標變化量超過監控量測控制值,或變化速率出現急劇增長時。當達到黃色預警時,應查找原因,加強監測和巡視;當達到橙色預警時,應停工檢查,進行風險處理;當達到紅色預警時,應啟動應急預案。
5 結論及建議
\\(1\\)廣安門東橋經現場檢測,橋梁技術狀況總體評定為A級橋梁,處于完好狀態。\\(2\\)廣安門東橋樁基礎位于地鐵7#線結構上方,橋區還會有各種管線,如橋區管線等構筑物發生破壞,會對橋梁安全構成威脅,故建議有關單位施工前應調查清楚附近管線\\(尤其是燃氣、污水、雨水\\)分布情況,了解其材質、接頭、工作性能,并委托有資質的單位對其進行安全性評估。7#線地鐵設計、施工時,除應滿足本報告提出的廣安門東橋的各項控制指標外,也要滿足橋區各種管線的控制指標,設計、施工時以各控制指標的最小值為準。
\\(3\\)7#線設計單位應根據前評估報告提出的橋梁沉降控制指標對地鐵7#線穿越廣安門橋進行專項設計,如不能滿足沉降控制指標,需在施工前應對橋梁樁基礎采取有效隔離及加固或預頂升等有效措施,確保橋梁結構安全。尤其是6#軸橋臺北側樁基,左線隧道結構位于該樁下方,隧道結構距樁底垂直距離3.668m,水平距離僅1.398m,應引起注意。
\\(4\\)應加強施工組織、現場管理和第三方監測,制定應急預案,必要時可采取限行措施。因橋梁在運行過程中,橋墩已存在某些沉降的可能性,施工過程中應加強現場巡視,隨時關注橋梁的結構變形情況。
\\(5\\)施工完成且沉降穩定后,應根據監測結果及橋梁狀況對本橋進行后評估,確定地下工程穿越后的對橋梁影響程度,并提出處理意見。
〔參考文獻〕
[1] 陳川寧,張凱.地鐵隧道穿越橋梁的前評估初探[J].市政技術,2012,30\\(4\\):104-108.
[2]CJJ 99-2003,城市橋梁養護技術規范[S].
[3]JTG/T H21-2011,公路橋梁技術狀況評定標準[S].
[4] 何海建,項彥勇,劉維寧.地鐵施工引起臨近橋梁樁基差異沉降的概率分析[J].巖土力學與工程學報,2007,26\\(S1\\):3257-3266.
[5] 潘可明.北京地鐵10號線工程穿越橋梁咨詢研究[J].城市道橋與防洪,2008\\(11\\):101-104.
[6] 劉能文,王琛妹.地鐵隧道穿越橋梁的綜合技術[J].市政技術,2013,31\\(3\\):76-81.
[7]CJJ 99-2003,城市橋梁養護技術規范[S].
[8]JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎設計規范[S].
[9]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].
[10]JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].
[11]溫青,王修勇,楊琪,等.橋梁結構狀態預警系統研究[J].城市道橋與防洪,2011\\(6\\):226-229
