淺談地鐵深基坑施工期間高架橋預(yù)警監(jiān)控

蔣雪鵬

(南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京210096)

隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，地鐵規(guī)劃線網(wǎng)高速建設(shè)，地鐵車站或區(qū)間隧道與市政道路高架橋交叉、緊鄰的案例越來越多，相互影響不可避免，如何科學(xué)有效的保護既有市政設(shè)施成為施工過程中的重中之重。本文結(jié)合實例，就南京地鐵萬壽村站建設(shè)期間為確保緯一路高架橋梁安全使用狀態(tài)所采取的監(jiān)控預(yù)警作簡要介紹。南京地鐵七號線萬壽村站為7 號線與6 號線換乘站，位于緯一路與經(jīng)五路交叉口。其中七號線車站為地下三層島式站臺車站，沿棲霞大道東西向設(shè)置，總長186.5m，開挖深度25.2m，位于緯一路高架北側(cè)；六號線車站為地下二層島式站臺車站，沿經(jīng)五路南北向設(shè)置，總長545m，開挖深度19.8m，下穿緯一路高架。緯一路高架橋建于2014 年，橋梁主橋?qū)?5.5m，雙向6 車道。地鐵萬壽村站影響范圍共三聯(lián)（第一聯(lián)3×30+ 第二聯(lián)3×30+ 第三聯(lián)30+45+30=285m，墩號0# 臺-9#墩）。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用等高度大懸臂弧形腹板預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩，U 形橋臺。（詳見圖1）

圖1 緯一路高架與萬壽村站關(guān)系平面位置圖

橋梁監(jiān)控作為橋梁保護措施的重要組成部分，參建各方反復(fù)討論、共同研究，經(jīng)行業(yè)知名專家評審及橋梁管理部門批準，最終確定預(yù)警工作主要從以下幾方面開展：

1 預(yù)先評估既有橋梁狀態(tài)

通過對橋梁結(jié)構(gòu)驗算的評估分析，了解橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀情況，為基坑施工的正常進行提供前提；通過對基坑施工過程對高架橋影響的評估分析，得到基坑施工造成高架橋墩臺沉降、墩柱傾斜、墩臺縱向水平位移的理論值，結(jié)合《江蘇省城市軌道交通工程監(jiān)測規(guī)程》(DGJ32/J195-2015)中的相關(guān)規(guī)定，為施工監(jiān)測提供理論依據(jù)；通過對橋梁極限承載能力的評估分析，得到高架橋在達到預(yù)警變形值時，橋梁仍能繼續(xù)承受的剩余變形值，為施工過程判斷高架橋結(jié)構(gòu)安全提供技術(shù)支持。通過評估分析，可以：a.了解橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀情況，并評估橋梁結(jié)構(gòu)仍能承受的剩余變形，方便基坑施工過程中對橋梁的結(jié)構(gòu)安全作出判斷。b.預(yù)測基坑施工可能對高架橋引起的變形，判斷施工方案的可行性與安全性，對變形較大區(qū)域針對性的進行施工監(jiān)測，并結(jié)合規(guī)范提出監(jiān)測預(yù)警值。c.根據(jù)國家規(guī)范以及當?shù)毓こ探ㄔO(shè)經(jīng)驗等提出合理、有效、可行的施工建議，并做出預(yù)警和報警，為有關(guān)各方及時做出有效反應(yīng)提供時間，保證工程的安全施工以及減小對周邊環(huán)境的影響。

2 模擬建模計算分析施工影響

采用plaxis-2D、ABAQUS 軟件分別對基坑- 高架橋危險剖面的二維數(shù)值和基坑- 高架橋整個施工過程的三維數(shù)值進行分析，分析得出，按照設(shè)計圖紙及工程籌劃，基坑開挖引起的橋梁墩頂水平位移和橋墩沉降理論值均小于規(guī)范值，說明在該圍護結(jié)構(gòu)條件下，基坑開挖施工時橋梁結(jié)構(gòu)仍能處于安全狀態(tài)，滿足強度要求。但是，二維平面分析與三維空間分析得到的變形值存在一定誤差。原因主要有以下幾個方面：a. 計算軟件不同，二維建模采用的plaxis-2D，三維建模采用的ABAQUS，計算結(jié)果存在一定誤差。b.巖土體本構(gòu)選的不同，二維平面分析采用的硬化- 小應(yīng)變本構(gòu)，三維建模分析采用的劍橋本構(gòu)。c.二維平面分析只能判斷橋墩處于某個狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)變形，無法反應(yīng)不同施工階段的結(jié)構(gòu)變化情況。因此，選取三維空間建模得到的計算值作為監(jiān)測控制值更為合理。

3 橋梁狀態(tài)過程監(jiān)控

高架橋現(xiàn)場監(jiān)測項目主要為墩柱沉降、傾斜、連續(xù)梁水平及垂直位移以及裂縫觀測，利用全站儀、水準儀等設(shè)備進行測量。為驗證設(shè)計數(shù)據(jù)而設(shè)的監(jiān)測點布置在設(shè)計中最不利位置和斷面上，為結(jié)合施工而設(shè)的測點布置在相同工況下的最先施工部位，其目的是及時反饋信息、指導(dǎo)施工。以下就監(jiān)測點的具體布置作簡要介紹：

3.1 墩柱沉降監(jiān)測點數(shù)量每墩臺布置2 處，位于墩身兩側(cè)。橋墩監(jiān)測點一般布設(shè)在墩底高出地面或水位以上lm 左右（詳見圖2）。墩臺沉降監(jiān)測點：在墩柱離地表30cm～50cm 之間，用沖擊鉆鉆孔后埋入L 型沉降點并做好標記和保護措施。

圖2 墩柱沉降監(jiān)測點布置示意圖

3.2 墩柱傾斜監(jiān)測

每個墩柱橫梁位置設(shè)置傾斜監(jiān)測點，設(shè)置在橫梁中間。采用傾角儀完成對墩柱傾斜的監(jiān)測工作，通過讀取每個監(jiān)測點傾斜值，得到橫向縱向差異傾斜。

3.3 墩柱頂部水平位移

墩柱頂部水平位移采用三維坐標測量的方式，在墩柱靠近基坑側(cè)安裝棱鏡，每個墩柱1 個點。

3.4 連續(xù)梁水平、垂直位移

每跨梁體設(shè)置2 個監(jiān)測點，布置在梁段頂面，安裝棱鏡，使用全站儀獲得監(jiān)測點三維空間坐標。

3.5 裂縫觀測

采用數(shù)碼裂縫計實時監(jiān)測裂縫發(fā)育情況，然后將信號接入采集儀中，通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较鄳?yīng)的平臺上。對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行及時的處理，編制裂縫觀測成果表及變化曲線圖。

4 監(jiān)測預(yù)警

4.1 監(jiān)測項目預(yù)警

根據(jù)地鐵工程建設(shè)的安全風(fēng)險特點，監(jiān)測項目按“分區(qū)、分級、分階段”的原則制定監(jiān)控標準，并按照黃色、橙色、紅色三級預(yù)警進行監(jiān)測反饋與控制。具體劃分標準見下表：

表1 三級監(jiān)測安全狀態(tài)判定表

4.2 巡視預(yù)警

施工過程中通過現(xiàn)場巡視，發(fā)現(xiàn)安全隱患或不安全狀態(tài)而進行的預(yù)警，根據(jù)工況巡視、環(huán)境巡視、支護結(jié)構(gòu)巡視和作業(yè)面狀態(tài)觀察描述等信息，決定是否對現(xiàn)場巡視提出預(yù)警。

4.3 綜合預(yù)警

通過綜合分析、核查各方監(jiān)測、巡視信息，結(jié)合專家論證等手段，對各級風(fēng)險工程的安全狀態(tài)進行綜合判斷和預(yù)警分級，按嚴重程度由小到大分為三級：黃色綜合預(yù)警（Ⅲ級綜合預(yù)警）、橙色綜合預(yù)警（Ⅱ級綜合預(yù)警）和紅色綜合預(yù)警（Ⅰ級綜合預(yù)警）。

5 應(yīng)急響應(yīng)措施

通過監(jiān)控預(yù)警，可及時了解橋梁位移、沉降情況，為進一步降低風(fēng)險，減少損失，制定了如下應(yīng)急響應(yīng)措施：

5.1 基坑變形值（變形速率）報警時，應(yīng)立即停工，分析原因，及時處理，確?；影踩?/p>

5.2 基坑施工過程中加強監(jiān)控量測，包括對基坑、坑外土體、地下水、建（構(gòu)）筑物等的監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果信息化指導(dǎo)施工。

5.3 施工前制定施工風(fēng)險預(yù)案、建立應(yīng)急搶險機制及風(fēng)險事故呈報制度，監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)報警時及時分析原因、進行處理，確保橋梁運營安全。

5.4 橋梁變形數(shù)值報警時，車站基坑施工應(yīng)立即停止，并報業(yè)主及交管部門，對橋上及橋下交通進行管制，直至風(fēng)險處理完成，再恢復(fù)交通。

6 結(jié)論

地鐵萬壽村站施工期間高架橋的預(yù)警監(jiān)控措施為施工及時提供反饋信息，真正做到了信息化施工，用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，使施工過程信息化和合理化，確保橋梁的變形、位移始終處于安全可控狀態(tài)，同時保證施工整體順利完成。