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(hù)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(shí)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(jiǎn)要介紹。南京地鐵七號(hào)線萬壽村站為7 號(hào)線與6 號(hào)線換乘站，位于緯一路與經(jīng)五路交叉口。其中七號(hào)線車站為地下三層島式站臺(tái)車站，沿棲霞大道東西向設(shè)置，總長(zhǎng)186.5m，開挖深度25.2m，位于緯一路高架北側(cè)；六號(hào)線車站為地下二層島式站臺(tái)車站，沿經(jīng)五路南北向設(shè)置，總長(zhǎng)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(hào)0# 臺(tái)-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(tái)。（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(hù)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(píng)審及橋梁管理部門批準(zhǔn)，最終確定預(yù)警工作主要從以下幾方面開展：

1 預(yù)先評(píng)估既有橋梁狀態(tài)

通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的評(píng)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(jìn)行提供前提；通過對(duì)基坑施工過程對(duì)高架橋影響的評(píng)估分析，得到基坑施工造成高架橋墩臺(tái)沉降、墩柱傾斜、墩臺(tái)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(cè)規(guī)程》(DGJ32/J195-2015)中的相關(guān)規(guī)定，為施工監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)；通過對(duì)橋梁極限承載能力的評(píng)估分析，得到高架橋在達(dá)到預(yù)警變形值時(shí)，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(píng)估分析，可以：a.了解橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀情況，并評(píng)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(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全作出判斷。b.預(yù)測(cè)基坑施工可能對(duì)高架橋引起的變形，判斷施工方案的可行性與安全性，對(duì)變形較大區(qū)域針對(duì)性的進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，并結(jié)合規(guī)范提出監(jiān)測(cè)預(yù)警值。c.根據(jù)國家規(guī)范以及當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)經(jīng)驗(yàn)等提出合理、有效、可行的施工建議，并做出預(yù)警和報(bào)警，為有關(guān)各方及時(shí)做出有效反應(yīng)提供時(shí)間，保證工程的安全施工以及減小對(duì)周邊環(huán)境的影響。

2 模擬建模計(jì)算分析施工影響

采用plaxis-2D、ABAQUS 軟件分別對(duì)基坑- 高架橋危險(xiǎn)剖面的二維數(shù)值和基坑- 高架橋整個(gè)施工過程的三維數(shù)值進(jìn)行分析，分析得出，按照設(shè)計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)條件下，基坑開挖施工時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)仍能處于安全狀態(tài)，滿足強(qiáng)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(gè)方面：a. 計(jì)算軟件不同，二維建模采用的plaxis-2D，三維建模采用的ABAQUS，計(jì)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(gè)狀態(tài)時(shí)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(jì)算值作為監(jiān)測(cè)控制值更為合理。

3 橋梁狀態(tài)過程監(jiān)控

高架橋現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(cè)，利用全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。為驗(yàn)證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)而設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在設(shè)計(jì)中最不利位置和斷面上，為結(jié)合施工而設(shè)的測(cè)點(diǎn)布置在相同工況下的最先施工部位，其目的是及時(shí)反饋信息、指導(dǎo)施工。以下就監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體布置作簡(jiǎn)要介紹：

3.1 墩柱沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量每墩臺(tái)布置2 處，位于墩身兩側(cè)。橋墩監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(tái)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)：在墩柱離地表30cm～50cm 之間，用沖擊鉆鉆孔后埋入L 型沉降點(diǎn)并做好標(biāo)記和保護(hù)措施。

圖2 墩柱沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.2 墩柱傾斜監(jiān)測(cè)

每個(gè)墩柱橫梁位置設(shè)置傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)置在橫梁中間。采用傾角儀完成對(duì)墩柱傾斜的監(jiān)測(cè)工作，通過讀取每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(biāo)測(cè)量的方式，在墩柱靠近基坑側(cè)安裝棱鏡，每個(gè)墩柱1 個(gè)點(diǎn)。

3.4 連續(xù)梁水平、垂直位移

每跨梁體設(shè)置2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，布置在梁段頂面，安裝棱鏡，使用全站儀獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維空間坐標(biāo)。

3.5 裂縫觀測(cè)

采用數(shù)碼裂縫計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裂縫發(fā)育情況，然后將信號(hào)接入采集儀中，通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较鄳?yīng)的平臺(tái)上。對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理，編制裂縫觀測(cè)成果表及變化曲線圖。

4 監(jiān)測(cè)預(yù)警

4.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目預(yù)警

根據(jù)地鐵工程建設(shè)的安全風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目按“分區(qū)、分級(jí)、分階段”的原則制定監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，并按照黃色、橙色、紅色三級(jí)預(yù)警進(jìn)行監(jiān)測(cè)反饋與控制。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見下表：

表1 三級(jí)監(jiān)測(cè)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(chǎng)巡視，發(fā)現(xiàn)安全隱患或不安全狀態(tài)而進(jìn)行的預(yù)警，根據(jù)工況巡視、環(huán)境巡視、支護(hù)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)、巡視信息，結(jié)合專家論證等手段，對(duì)各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程的安全狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷和預(yù)警分級(jí)，按嚴(yán)重程度由小到大分為三級(jí)：黃色綜合預(yù)警（Ⅲ級(jí)綜合預(yù)警）、橙色綜合預(yù)警（Ⅱ級(jí)綜合預(yù)警）和紅色綜合預(yù)警（Ⅰ級(jí)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(shí)了解橋梁位移、沉降情況，為進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)，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(bào)警時(shí)，應(yīng)立即停工，分析原因，及時(shí)處理，確保基坑安全。

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

5.3 施工前制定施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案、建立應(yīng)急搶險(xiǎn)機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)事故呈報(bào)制度，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)及時(shí)分析原因、進(jìn)行處理，確保橋梁運(yùn)營安全。

5.4 橋梁變形數(shù)值報(bào)警時(shí)，車站基坑施工應(yīng)立即停止，并報(bào)業(yè)主及交管部門，對(duì)橋上及橋下交通進(jìn)行管制，直至風(fēng)險(xiǎn)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(shí)提供反饋信息，真正做到了信息化施工，用監(jiān)測(cè)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(shí)保證施工整體順利完成。