地鐵車站換乘天橋橋墩托換關(guān)鍵技術(shù)研究

王 雷，鄧余海

（1、廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司 廣州 510010；2、中冶南方都市環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司 武漢 430205）

0 引言

隨著城市地鐵建設(shè)的飛快發(fā)展，地鐵修建過程中遇到的施工環(huán)境越來越復(fù)雜，經(jīng)常會遇到地鐵車站或區(qū)間與既有橋梁橋墩（橋樁）沖突的地方，橋墩托換技術(shù)是一種相對安全、經(jīng)濟(jì)且可靠的選擇［1-5］。目前橋墩托換技術(shù)被廣泛用于國內(nèi)外地鐵建設(shè)中，主要是對城市橋梁的橋墩進(jìn)行托換［6-12］，但運用于正在運營的換乘天橋的案例卻很少見。由于不能中斷運營，換乘天橋?qū)蛄旱淖冃纬两狄蟾撸渫袚Q的難度和風(fēng)險極大，對設(shè)計和施工都提出很高的要求?；谝陨媳尘?，本文依托正在運營的北京13 號線和15 號線換乘天橋，對橋墩托換技術(shù)和注意事項進(jìn)行論述。

1 工程概況

北京地鐵17 號線望京西站位于京承高速與湖光橋交口處東南象限、京承高速的東側(cè)地塊內(nèi)，南北向布置。車站北側(cè)為既有15 號線望京西站（地下2 層）及關(guān)～望盾構(gòu)區(qū)間，車站西側(cè)（由近至遠(yuǎn)）為既有13 號線望京西站東進(jìn)站天橋、京承高速輔道、京承高速、既有13 號線望京西站（地面2層），車站主體西北側(cè)為地鐵13 號線和15 號線望京西站換乘天橋，車站東南方向為某工廠，車站東側(cè)為擬建公交樞紐。

17 號線望京西站為三線換乘島式車站，與既有15 號線通過公交樞紐負(fù)二層換乘廳換乘，與既有13號線通過地下通道換乘，車站主體北段與公交樞紐一體化建設(shè)。車站為4 層雙柱三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，車站總長228 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬27.7 m。車站主體基坑深29 m，采用地下連續(xù)墻隔水施工，坑內(nèi)疏干。車站總平面如圖1所示。

圖1 車站總平面Fig.1 General Plan of the Station

北京地鐵13 號線望京西站與15 號線望京西站通過M13-M15 換乘天橋進(jìn)行換乘，換乘天橋分為A 橋和B 橋，上部結(jié)構(gòu)均為兩跨雙箱簡支鋼箱梁、下部結(jié)構(gòu)采用鋼制橋墩，橋墩基礎(chǔ)均采用單樁基礎(chǔ)。換乘天橋與車站平面關(guān)系如圖2?所示。

A 橋跨京承主路、輔路橋，接13 號線望京西站，橋?qū)?.6 m，跨度3.0 m+27.0 m，27.5 m+2.0 m，主梁高0.9 m。

橋樁：A1、A3樁長25 m，A2樁長28 m。

B 橋跨湖光中街橋，接15號線望京西站，橋?qū)?.6 m，跨度1.5 m+32 m+1.5 m，主梁高1.1 m。

橋樁：B1、B2樁長25 m。

支座采用板式橡膠支座，型號GJZ150×300×42（NR）；欄桿立柱采用Q235B 鋼，欄桿采用不銹鋼管。

M13-M15號線換乘天橋A3橋樁由于與車站主體沖突，考慮車站地連墻施工影響和13號線進(jìn)站天橋通行能力，需要對M13-M15 號線換乘天橋A3 橋樁在其西側(cè)7.5 m 處進(jìn)行托換處理，并考慮原雨棚立柱位置需切除A 橋4 m 鋼箱梁橋面。M13-15 換乘天橋B1、B2 和托換后A3 橋樁，與新建車站主體結(jié)構(gòu)水平凈間距為6.85 m。換乘天橋與車站剖面關(guān)系和換乘天橋?qū)嵕胺謩e如圖2?、圖3所示。

圖2 換乘天橋與車站平面及剖面關(guān)系Fig.2 Planar and Section Relationship between the Transfer Bridge and the Station

圖3 換乘天橋?qū)嵕癋ig.3 Real View of Interchange Overpass

2 橋墩托換施工方案

橋墩托換施工的主要施工工序有既有橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測和保護(hù)、新建橋墩支座處箱梁的加強、新建橋樁和承臺、橋墩的安裝，實施頂升安裝支座實現(xiàn)受力體系轉(zhuǎn)換、橋面切除和拔樁，換乘天橋橋墩托換現(xiàn)場布置如圖4 所示。具體施工步驟見如下：進(jìn)場準(zhǔn)備和實施圍擋?監(jiān)測點安置、頂升設(shè)備安裝（A3 橋墩處）?樁基、承臺施工?鋼制橋墩安裝就位?拆除端封板，焊接支座加勁肋（新建A3 橋墩處）?監(jiān)測點安置、頂升設(shè)備安裝（A3 橋墩處）?頂升設(shè)備安裝（新建A3橋墩處）、支座安裝、監(jiān)測點安置（新建A3 橋墩處）?拆除雨棚、欄桿及橋面附屬?搭滿堂防護(hù)架、安裝組合鋼架支撐、搭水平操作平臺?拆除原支座和原橋墩，切割、吊卸橋面?焊接端封板?拔出原A3橋樁。

圖4 換乘天橋橋墩托換現(xiàn)場布置Fig.4 Site Layout of Pier Underpinning of Transfer Bridge

3 橋墩托換設(shè)計

3.1 托換橋樁的設(shè)計

原A3 橋樁采用直徑1.2 m，樁長28 m，持力層為〈6〉粉質(zhì)黏土，新建A3 橋樁直徑1.2 m，樁長29.2 m，持力層為〈7〉卵石。增加樁長有2個方面原因：①本天橋為正在運營的換乘天橋，對橋面沉降要求很高，此橋墩托換采用被動托換，樁頂荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1 430 kN，荷載較大，增加樁長，持力層變?yōu)槌休d力較高變形模量小的卵石層，一方面增加了樁基的承載力，樁基承載力特征值為3 624 kN，另一方面減小工后沉降對橋梁的影響，理論計算沉降3.6 mm；②使樁端進(jìn)入車站基坑以下2 m，減小后期車站主體基坑開挖對橋樁的影響。

樁基施工時橋下凈空僅5.2 m，施工空間有限，采用反循環(huán)鉆機，鋼筋籠分段吊裝。

3.2 頂升設(shè)計

在原A3 橋樁和新建A3 橋樁處設(shè)置臨時頂升設(shè)備，以供新支座安裝以及舊支座拆除使用，同時兼有保護(hù)鋼箱梁的作用。

根據(jù)A2 橋墩處支座反力選用100 t 千斤頂，頂升設(shè)備下立柱考慮受壓穩(wěn)定采用直徑φ609、壁厚16 mm鋼管。立柱下基礎(chǔ)采用4 600 mm×1 200 mm×750 mm。

支座安裝時需對天橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行緩慢頂升，同組頂升設(shè)備應(yīng)實施同步頂升，位移差不應(yīng)超過1 mm，以保證橋面橫向不傾斜；頂升力按每個千斤頂800 kN 控制，分級加載，頂升位移按5 mm 控制，頂升過程中按力與位移雙控，以位移為主控項；頂升時應(yīng)對天橋進(jìn)行密切監(jiān)測，嚴(yán)格控制頂升力和梁體的頂升高度，避免造成橋梁及附屬設(shè)施的損壞。支座安裝后，周邊焊限位板（t=4 mm）。新建A3 橋墩處支座安裝完成后，同步千斤頂進(jìn)行鎖定，與其共同作用，保證其施工正常進(jìn)行的同時，在終端計算機處對施工全過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測。頂升設(shè)備平剖面布置如分別如圖5所示。

圖5 頂升設(shè)備平面及剖面布置Fig.5 Plan and Section Layout of Jacking Equipment

3.3 托換后橋梁的安全影響分析

采用MIDAS 建立平面梁單元模型計算托換后橋梁的橋面受力和動力特性，結(jié)果顯示托換后橋面箱梁結(jié)構(gòu)頂板和底板的縱向最大正應(yīng)力55.5 MPa（壓）和92.5 MPa（拉），滿足受力要求；一階自振頻率為3.18 Hz＞3 Hz，滿足《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范：CJJ 69—95》要求。

3.4 施工監(jiān)測

在實施橋墩托換前，應(yīng)對換乘天橋初始狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)查，主要包括以下內(nèi)容：支座的位置偏差和局部脫空、結(jié)構(gòu)裂紋分布、梁底和墩頂?shù)脑几叱?、墩身垂直度和傾斜等。經(jīng)調(diào)查評估換乘天橋梁技術(shù)等級評定為B 級，處于良好狀態(tài)。為確保施工期間車站影響范圍內(nèi)的M15-M13 換乘天橋的安全及正常使用，施工期間必須加強監(jiān)控量測，做到信息化施工。監(jiān)測布點的范圍為在影響范圍內(nèi)人行天橋上布置監(jiān)測點。每個橋墩上設(shè)置2 組監(jiān)測點（沉降監(jiān)測點、傾斜監(jiān)測點），其中新建橋墩處監(jiān)測點在支座安裝后布設(shè)。監(jiān)測內(nèi)容如表1所示。

表1 監(jiān)測項目Tab.1 Monitoring Items

整個施工過程（包括車站基坑開挖）新建A3橋墩監(jiān)測指標(biāo)均滿足要求，橋墩托換設(shè)計和施工滿足工程要求。

3.5 其他注意事項

⑴托換樁基施工應(yīng)做好防護(hù)，避免對高速路基礎(chǔ)及B1橋樁產(chǎn)生擾動。

⑵施工頂升前注意拆除A3 橋墩處的抗震錨栓，取消與B 橋欄桿、鋼化夾膠玻璃之間的聯(lián)系以及A 橋和B橋之間的伸縮縫，施工后按原設(shè)計恢復(fù)。

⑶由于托換后支座位置發(fā)生變化，需要在托換后支座位置對應(yīng)的鋼箱梁內(nèi)部增加支座加勁肋。

⑷樁基的施工、橋梁支座安裝和拆除、橋面切除需在天橋停止運營后進(jìn)行。

⑸施工樁基承臺和頂升設(shè)備基礎(chǔ)時注意預(yù)埋與上部結(jié)構(gòu)連接的鋼板和錨栓。

4 結(jié)語

以正在運營的北京地鐵13 號線和15 號線換乘天橋為例，闡述了橋墩托換設(shè)計和施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項，對以后類似的工程有很大的借鑒意義。主要有以下幾點：①橋墩托換后需對橋的安全影響進(jìn)行分析，驗證結(jié)構(gòu)受力和自振頻率是否滿足要求；②需要考慮工后沉降加長樁長，最好樁端能進(jìn)入承載力高、壓縮變形小的土層；③托換后支座位置發(fā)生變化，需要在托換后支座位置對應(yīng)的鋼箱梁內(nèi)部增加支座加勁肋；④頂升設(shè)備采用自鎖千斤頂，千斤頂能夠同步進(jìn)行頂升，達(dá)到頂升控制指標(biāo)后頂升鎖定；⑤施工期間必須加強監(jiān)控量測，做到信息化施工。