王 雷,鄧余海
(1、廣州地鐵設(shè)計(jì)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)
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(huì)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(duì)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(guó)內(nèi)外地鐵建設(shè)中,主要是對(duì)城市橋梁的橋墩進(jìn)行托換[6-12],但運(yùn)用于正在運(yùn)營(yíng)的換乘天橋的案例卻很少見。由于不能中斷運(yùn)營(yíng),換乘天橋?qū)蛄旱淖冃纬两狄蟾?,其托換的難度和風(fēng)險(xiǎn)極大,對(duì)設(shè)計(jì)和施工都提出很高的要求。基于以上背景,本文依托正在運(yùn)營(yíng)的北京13 號(hào)線和15 號(hào)線換乘天橋,對(duì)橋墩托換技術(shù)和注意事項(xiàng)進(jìn)行論述。
北京地鐵17 號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)線望京西站(地面2層),車站主體西北側(cè)為地鐵13 號(hào)線和15 號(hào)線望京西站換乘天橋,車站東南方向?yàn)槟彻S,車站東側(cè)為擬建公交樞紐。
17 號(hào)線望京西站為三線換乘島式車站,與既有15 號(hào)線通過公交樞紐負(fù)二層換乘廳換乘,與既有13號(hào)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(zhǎng)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(hào)線望京西站與15 號(hào)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(jiǎn)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(hào)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(zhǎng)25 m,A2樁長(zhǎng)28 m。
B 橋跨湖光中街橋,接15號(hào)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(zhǎng)25 m。
支座采用板式橡膠支座,型號(hào)GJZ150×300×42(NR);欄桿立柱采用Q235B 鋼,欄桿采用不銹鋼管。
M13-M15號(hào)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(hào)線進(jìn)站天橋通行能力,需要對(duì)M13-M15 號(hào)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
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(cè)和保護(hù)、新建橋墩支座處箱梁的加強(qiáng)、新建橋樁和承臺(tái)、橋墩的安裝,實(shí)施頂升安裝支座實(shí)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(chǎng)布置如圖4 所示。具體施工步驟見如下:進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備和實(shí)施圍擋?監(jiān)測(cè)點(diǎn)安置、頂升設(shè)備安裝(A3 橋墩處)?樁基、承臺(tái)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(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)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(tái)?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(chǎng)布置Fig.4 Site Layout of Pier Underpinning of Transfer Bridge
原A3 橋樁采用直徑1.2 m,樁長(zhǎng)28 m,持力層為〈6〉粉質(zhì)黏土,新建A3 橋樁直徑1.2 m,樁長(zhǎng)29.2 m,持力層為〈7〉卵石。增加樁長(zhǎng)有2個(gè)方面原因:①本天橋?yàn)檎谶\(yùn)營(yíng)的換乘天橋,對(duì)橋面沉降要求很高,此橋墩托換采用被動(dòng)托換,樁頂荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1 430 kN,荷載較大,增加樁長(zhǎng),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(duì)橋梁的影響,理論計(jì)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(duì)橋樁的影響。
樁基施工時(shí)橋下凈空僅5.2 m,施工空間有限,采用反循環(huán)鉆機(jī),鋼筋籠分段吊裝。
在原A3 橋樁和新建A3 橋樁處設(shè)置臨時(shí)頂升設(shè)備,以供新支座安裝以及舊支座拆除使用,同時(shí)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(shí)需對(duì)天橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行緩慢頂升,同組頂升設(shè)備應(yīng)實(shí)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(gè)千斤頂800 kN 控制,分級(jí)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(xiàng);頂升時(shí)應(yīng)對(duì)天橋進(jìn)行密切監(jiān)測(cè),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(shí),在終端計(jì)算機(jī)處對(duì)施工全過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。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
采用MIDAS 建立平面梁?jiǎn)卧P陀?jì)算托換后橋梁的橋面受力和動(dòng)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。
在實(shí)施橋墩托換前,應(yīng)對(duì)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(píng)估換乘天橋梁技術(shù)等級(jí)評(píng)定為B 級(jí),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(qiáng)監(jiān)控量測(cè),做到信息化施工。監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的范圍為在影響范圍內(nèi)人行天橋上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每個(gè)橋墩上設(shè)置2 組監(jiān)測(cè)點(diǎn)(沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)),其中新建橋墩處監(jiān)測(cè)點(diǎn)在支座安裝后布設(shè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容如表1所示。
表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目Tab.1 Monitoring Items
整個(gè)施工過程(包括車站基坑開挖)新建A3橋墩監(jiān)測(cè)指標(biāo)均滿足要求,橋墩托換設(shè)計(jì)和施工滿足工程要求。
⑴托換樁基施工應(yīng)做好防護(hù),避免對(duì)高速路基礎(chǔ)及B1橋樁產(chǎn)生擾動(dòng)。
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(jì)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(duì)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(yùn)營(yíng)后進(jìn)行。
⑸施工樁基承臺(tái)和頂升設(shè)備基礎(chǔ)時(shí)注意預(yù)埋與上部結(jié)構(gòu)連接的鋼板和錨栓。
以正在運(yùn)營(yíng)的北京地鐵13 號(hào)線和15 號(hào)線換乘天橋?yàn)槔?,闡述了橋墩托換設(shè)計(jì)和施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項(xiàng),對(duì)以后類似的工程有很大的借鑒意義。主要有以下幾點(diǎn):①橋墩托換后需對(duì)橋的安全影響進(jìn)行分析,驗(yàn)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(zhǎng)樁長(zhǎng),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(duì)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(qiáng)監(jiān)控量測(cè),做到信息化施工。