直立墻橋臺在近距離PBA工法地鐵車站上方的不利分析

盧開艷、馬忠、馬承禹、李金鹿

（1.北京路橋瑞通科技發(fā)展有限公司，北京 101300；2.北京市清河管理處，北京 100192）

0 引言

根據(jù)國家規(guī)定，城市建設(shè)地鐵需達到一定人口數(shù)量，經(jīng)濟發(fā)展達到相應(yīng)水平，隨之地面交通基礎(chǔ)設(shè)施也發(fā)展到對應(yīng)規(guī)模。城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)避免不了跨越河道，跨河橋作為城市道路交通的關(guān)鍵組成部分，無特殊原因，不能中斷交通。地鐵施工穿越橋梁時，勢必對橋下基礎(chǔ)和周圍土體產(chǎn)生擾動，受不同工法所致，影響程度差異較為明顯，為保障交通基礎(chǔ)設(shè)施安全和道路運行暢通，施工過程中需對直立墻橋臺進行沉降監(jiān)測。

1 PBA 工法主要技術(shù)

直墻多層多跨拱形結(jié)構(gòu)是PBA 工法施工車站的主要結(jié)構(gòu)型式。以“格柵+噴射混凝土”結(jié)構(gòu)為初期支護形式，后期采用大管棚和超前小導(dǎo)管注漿等措施對土體進行預(yù)加固和支護。PBA 工法主要依靠先期形成樁、梁、拱、柱四個主體，組成受力的空間框架體系。施工開挖都是在框架體系保護下進行，支護形式轉(zhuǎn)換簡單，而且穩(wěn)固安全，有效減小對地面沉降的影響。小導(dǎo)洞間距合理，施工可同步進行，互不干擾。導(dǎo)洞內(nèi)的柱、縱梁也可同時作業(yè)。值得注意的是，該項作業(yè)需要在兩側(cè)施作灌梁，形成穩(wěn)固的框架體系。在扣拱后內(nèi)部施工空間開闊，可采用機械開挖，作業(yè)效率大大提高。對施工中出現(xiàn)的地下水，直墻式結(jié)構(gòu)內(nèi)有效凈空大，處理起來也極其方便。

2 地鐵車站PBA 工法近距離下穿橋梁工程實例

2.1 工程概況

跨河橋建于20 世紀80年代。上部結(jié)構(gòu)為單跨簡支T 梁，橫向4 片；下部結(jié)構(gòu)為板式橡膠支座，直立墻橋臺、擴大基礎(chǔ)；橋面為水泥混凝土鋪裝。設(shè)計荷載：汽-20、掛-100 級，人群3kPa，橋梁結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)圖

某地鐵站主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。其中西端25m 范圍結(jié)合1 號風(fēng)亭頂處為地下三層三跨框架結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工；其余結(jié)構(gòu)為地下兩層兩/三跨連拱直墻結(jié)構(gòu)，采用暗挖法施工。附屬結(jié)構(gòu)均采用明挖法與暗挖法相結(jié)合施工。車站東、西兩端區(qū)間均采用盾構(gòu)法施工。明挖法圍護結(jié)構(gòu)采用“鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐”支護形式，主體結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)全包防水層。

對該橋產(chǎn)生影響的車站結(jié)構(gòu)為地下兩層兩/三跨連拱直墻結(jié)構(gòu)，采用暗挖法施工。

地鐵車站主體結(jié)構(gòu)東端下穿跨河橋，結(jié)構(gòu)采用雙層暗挖方案施工，結(jié)構(gòu)頂距河底垂直凈距5.357m，距橋臺擴大基礎(chǔ)底4.477m，位置關(guān)系詳見圖2。

圖2 地鐵車站與跨河橋位置關(guān)系圖

2.2 沉降測點布置

根據(jù)直立墻橋臺特點，結(jié)合實地情況，現(xiàn)場共布置8 個沉降測點。分別為橋臺四個角各布置1 個沉降測點，位于臺身分縫處，每橋臺布置1 組差異沉降測點，詳見圖3。

圖3 跨河橋沉降測點布置平面圖

2.3 穿越施工前橋梁檢測結(jié)論

地鐵穿越施工前，橋梁第三方監(jiān)測單位對橋梁進行系統(tǒng)檢測。當時評定橋梁技術(shù)狀況等級為B 級，處于良好狀態(tài)。主要病害有上部結(jié)構(gòu)T 梁破損、局部滲水泛堿，T 梁未見結(jié)構(gòu)受力裂縫。下部結(jié)構(gòu)未見明顯病害。水泥混凝土橋面鋪裝存在縱橫交錯裂縫，部分裂縫對應(yīng)梁間鉸縫；護欄存在輕微變形，局部立柱缺失；伸縮縫砂石阻塞，保護帶局部存在碎邊。

因此，地鐵穿越施工前橋梁整體技術(shù)狀況良好，無影響結(jié)構(gòu)承載能力病害。

2.4 地鐵施工過程中產(chǎn)生病害

地鐵穿越施工過程中，橋梁出現(xiàn)過12 次預(yù)警，其中僅小導(dǎo)洞開挖期間，就預(yù)警7 次，組織過4 次專家評審會，分別建議洞內(nèi)深孔注漿、路面注漿、河底注漿，路面和橋面鋪墊鋼板，然而病害并沒有得到有效控制。

施工過程中再次對橋梁進行檢測，評定結(jié)論為D級，處于不合格狀態(tài)。主要病害有橋臺前墻水平開裂，開裂寬度和深度均較大；受不均勻沉降影響，橋臺前墻中部豎向沉降縫分開，呈上寬下窄，最大寬度64mm，對應(yīng)橋面出現(xiàn)縱向裂縫；以上病害影響橋梁行車安全。河道擋墻及河床均存在不同程度開裂，并有進一步發(fā)展趨勢。

2.5 橋臺前墻病害特征描述

監(jiān)測巡查人員發(fā)現(xiàn)西側(cè)橋臺前墻和擋塊嚴重開裂。病害特征如下。一是西側(cè)橋臺前墻水平開裂伴有斜向裂縫，長10.8m，寬2.10～8.10mm，裂縫最大深度19.5cm。二是西側(cè)橋臺擋塊混凝土開裂剝落S=1.4m×0.5m，詳見圖4。

圖4 西橋臺病害位置圖

3 技術(shù)分析

3.1 沉降技術(shù)分析

施工期間橋臺明顯沉降的時間，對應(yīng)主要施工工序，詳見表1。

表1 穿越設(shè)施監(jiān)測分析

2016.2～2018.8 時間段施工進度與沉降變化關(guān)系詳見圖5。

圖5 2016.2～2018.8 時間段施工進度與沉降變化關(guān)系圖

3.2 沉降變化分析

對施工過程中沉降數(shù)據(jù)進行分析，跨河橋橋臺沉降變化及變化速率最大值統(tǒng)計見表2。

表2 跨河橋累計變化及速率最大值統(tǒng)計表

4 結(jié)論

其一，PBA 工法施工對土體擾動較大，易導(dǎo)致地面構(gòu)造物產(chǎn)生較大沉降變形，對擴大基礎(chǔ)橋臺結(jié)構(gòu)影響比較明顯。

其二，較淺覆土車站受PBA 工法施工影響，導(dǎo)致直立墻橋臺地基和基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，臺身中部出現(xiàn)不均勻沉降的受力裂縫。經(jīng)研究分析，主要由于直立墻橋臺中上區(qū)域配筋薄弱，受施工擾動和注漿壓力影響，易產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致混凝土開裂。

其三，總結(jié)地鐵穿越經(jīng)驗，再遇類似穿越工程，建議施工前對橋梁進行薄弱區(qū)域加固；洞內(nèi)開挖前深孔注漿，待強度提升后方可施工；另外穿越施工期間，橋臺臺背路面及橋面加鋪鋼板，減少橋面行車干擾。