馬承禹

（北京市建設(shè)工程質(zhì)量第三檢測所有限責(zé)任公司，北京 100000）

0 引言

地鐵車站施工方法主要包括明挖法、蓋挖法、暗挖法。當(dāng)車站通過繁忙交通地段或鄰近既有橋梁設(shè)施時(shí)，多采用暗挖法。考慮到工期、造價(jià)等因素，近年來，“PBA”工法作為淺埋暗挖法的一種，廣泛應(yīng)用于地鐵車站施工中。

雖然車站中樁、梁、拱、柱在前期形成了主要受力的框架體系，后面的大體積土方開挖都是在體系的保護(hù)下進(jìn)行，大大減小了對地面沉降的影響，但在未形成框架體系前，也就是導(dǎo)洞開挖、初支扣拱、二襯扣拱過程中，對地面沉降影響較大，同樣對于埋深較淺的擴(kuò)大基礎(chǔ)橋梁也有較大的影響。

而施作隔離樁作為對既有橋梁保護(hù)的措施，在車站施工前期未形成框架體系時(shí)大大減少車站施工對橋梁的影響。后續(xù)站廳層、站臺(tái)層大面積土方開挖時(shí)，在隔離樁與整個(gè)框架體系共同保護(hù)下，對既有橋梁沉降影響較小。

1 “PBA”工法概要

“PBA”工法的核心在于設(shè)法形成由側(cè)壁支撐結(jié)構(gòu)和拱部初期支護(hù)組成的整體支護(hù)體系，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的預(yù)支護(hù)和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，以保證在進(jìn)行洞室主體部分開挖時(shí)具有足夠的安全度，并有效地控制地層沉降。

“PBA”工法施工車站的結(jié)構(gòu)為直墻多層多跨拱形結(jié)構(gòu)，采用復(fù)合襯砌支護(hù)型式。拱部初期支護(hù)為格柵+噴射混凝土結(jié)構(gòu)，利用大管棚、超前小導(dǎo)管及注漿等輔助措施對前方土體進(jìn)行預(yù)加固、支護(hù)[1]，側(cè)墻初期支護(hù)為灌注樁，中柱多采用鋼管柱型式。某工程“PBA”工法示意圖見圖1。

圖1 某工程“PBA”工法示意圖（單位：高程為m，其余為cm）

2 隔離樁應(yīng)用案例分析

2.1 地鐵車站概況

車站為雙層三跨島式車站，主體結(jié)構(gòu)寬21.3m，高16.06m，覆土約8.1m，采用暗挖“PBA”工法施工，總長212.3m，車站有效站臺(tái)中心處軌面高程25.08m，有效站臺(tái)寬12m。

車站設(shè)2 個(gè)風(fēng)道、4 個(gè)出入口、2 個(gè)無障礙電梯、1個(gè)設(shè)備通道、1 個(gè)外掛廳和1 個(gè)安全出口。1 號(hào)風(fēng)道位于東南綠地內(nèi)，為雙層三跨結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工；2號(hào)風(fēng)道位于西北綠地內(nèi)，為雙層單跨拱頂直墻結(jié)構(gòu)，采用“PBA”工法施工；4 個(gè)出入口分別位于車站的西北、東北、東南、西南，出入口跨路部分采用暗挖施工，場地條件允許時(shí)采用明挖施工；外掛廳位于西北綠地內(nèi)，采用明挖法施工；無障礙電梯井采用明挖法；安全出口通道采用暗挖法施工。

2.2 既有橋梁概況

2.2.1 上部結(jié)構(gòu)

橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁，中央隔離帶處設(shè)2cm 結(jié)構(gòu)縫，將主梁橫向分為東、西半幅。全橋共24跨，由18跨26.87m預(yù)應(yīng)力簡支T梁+2聯(lián)[跨徑組成為（27m+35m+27m）×2]預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁組成，橋梁全寬36m。T 梁梁高為1.5m，每跨有4 片邊梁，16 片中梁，全橋共360 片T 型主梁采用C50 混凝土。地鐵車站施工穿越橋梁位置為27m+35m+27m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高1.5m。橋梁平面圖見圖2。

圖2 橋梁平面圖（單位：cm）

2.2.2 下部結(jié)構(gòu)

蓋梁：中墩蓋梁采用整體現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土蓋梁。

墩柱：墩柱為混凝土預(yù)制，上接蓋梁，下接承臺(tái)，截面為矩形0.7m×1.6m，部分墩柱柱頂外包鋼板。

承臺(tái)：鋼筋混凝土承臺(tái)，上接墩柱，中墩承臺(tái)厚度均為2.0m，采用矩形承臺(tái)：平面尺寸有3.3m×4.2m及4.9m×5.8m。

橋臺(tái)：現(xiàn)澆重力式橋臺(tái)。

支座：全橋采用板式橡膠支座。

2.3 地鐵車站與既有橋梁位置關(guān)系

地鐵車站在里程右K19+463.200—K19+498.500范圍（35.3m）內(nèi)正交下穿既有橋梁預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土三跨連續(xù)箱梁21#～22#軸的35m 橋跨。

車站主體結(jié)構(gòu)施工采用洞樁法，在暗挖車站與橋梁基礎(chǔ)之間打設(shè)隔離樁。隔離樁距離橋梁20#軸基礎(chǔ)水平凈距為27.948～32.678m，結(jié)構(gòu)埋深36.11m；隔離樁距離橋梁21#軸基礎(chǔ)水平凈距為0.948～2.4741m，結(jié)構(gòu)埋深26.11m；隔離樁距離橋梁22#軸基礎(chǔ)水平凈距為0.924～1.452m，結(jié)構(gòu)埋深26.11m；隔離樁距離橋梁23#軸基礎(chǔ)水平凈距為27.123～31.728m，結(jié)構(gòu)埋深36.11m。

2.4 隔離樁施工方法

根據(jù)車站主體結(jié)構(gòu)與橋梁基礎(chǔ)的位置關(guān)系，在車站與橋梁基礎(chǔ)之間打設(shè)隔離樁，隔離樁直徑1200mm，樁間距1.8～2.7m，其中A 型樁樁長25.31m；B 型試驗(yàn)樁（2 根）樁長35.51m，上部23.51m 配筋同A 型樁，下部12m 采用C25 素混凝土樁。隔離樁布置在車站主體兩側(cè)與橋梁基礎(chǔ)之間，每側(cè)18 根，共計(jì)36 根。樁體采用C25 混凝土，隔離樁上端設(shè)置冠梁，將樁連接為整體以提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。隔離樁布置平面圖見圖3。

圖3 隔離樁布置平面圖（單位：mm）

由于橋下凈空只有4.5m，采用改進(jìn)后的反循環(huán)鉆機(jī)成孔，其外形尺寸為5750mm（長）×2250（寬）×4100mm（機(jī)架高），外形尺寸滿足橋下凈空尺寸要求。輪式鉆機(jī)，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，機(jī)頭位置設(shè)置機(jī)架，設(shè)置上下行程滿足換鉆桿需求，機(jī)身為壓縮機(jī)，靠吸力將泥渣抽出。鉆桿直徑300mm，單節(jié)長度1m，絲扣連接。鉆頭設(shè)置兩種，一種用于鉆進(jìn)，配置合金鋼鉆頭和沖擊鉆頭，在鉆進(jìn)過程中遇較大卵石可沖擊破碎；另一種用于撈碴，在鉆進(jìn)過程中遇較大顆徑卵石無法進(jìn)尺時(shí)，提出鉆桿，更換中空帶有鋼絲鉆頭，進(jìn)行撈碴。泥漿池設(shè)置在豎井內(nèi)，泥渣通過高強(qiáng)度聚硫密封管（其強(qiáng)度是普通鋼管的6 倍）抽出至豎井內(nèi)。

2.5 監(jiān)測思路

第一，匯集所監(jiān)測橋梁相關(guān)設(shè)計(jì)資料、工前監(jiān)測報(bào)告并進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，從外觀等方面了解橋梁現(xiàn)狀，分析施工對橋梁影響程度。

第二，制訂監(jiān)測項(xiàng)目計(jì)劃和方案，根據(jù)監(jiān)測方案及時(shí)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)要做到可以相互校核，保證準(zhǔn)確性，并在橋梁現(xiàn)場條件允許的情況下，增設(shè)實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備。

第三，根據(jù)要求布置好測點(diǎn)，并時(shí)刻關(guān)注施工現(xiàn)場，提出對現(xiàn)場測點(diǎn)保護(hù)意見。

第四，監(jiān)測工作應(yīng)在工程施工之前向設(shè)計(jì)單位獲取各施工階段相關(guān)監(jiān)測控制數(shù)據(jù)，作為監(jiān)測數(shù)據(jù)的理論指導(dǎo)。在監(jiān)測中，監(jiān)測頻率根據(jù)項(xiàng)目要求和施工情況來確定。

第五，所有現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)，要通過自動(dòng)或人工的形式，及時(shí)安全地傳送到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，以便按時(shí)提供可靠的結(jié)果。

第六，將現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)的分析結(jié)果和預(yù)測，定期以簡報(bào)形式匯報(bào)有關(guān)單位。

2.6 測點(diǎn)布置

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)地情況，在19～24#軸，每個(gè)墩柱各布置1 個(gè)沉降測點(diǎn)，其中20～23#軸為三跨連續(xù)梁，在連續(xù)梁兩側(cè)各選取一跨簡支梁進(jìn)行沉降監(jiān)測。沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)用于計(jì)算橋墩豎向位移、相鄰墩基礎(chǔ)豎向不均勻沉降、蓋梁橫橋向不均勻沉降位移等。沉降測點(diǎn)布置圖見圖4。

圖4 沉降測點(diǎn)布置平面圖

另外，對于距離車站結(jié)構(gòu)最近的21#、22#軸，采用靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集，在每個(gè)墩柱對應(yīng)的梁底各布置1 個(gè)測點(diǎn)。并且靜力水準(zhǔn)儀具備實(shí)時(shí)采集、傳輸?shù)墓δ堋?/p>

工前監(jiān)測報(bào)告顯示，橋梁目前存在多條裂縫，因此選取其中2～4 條具有代表性的裂縫，現(xiàn)場做標(biāo)記，定期監(jiān)測裂縫的長度、寬度的變化。

監(jiān)測各項(xiàng)目的布點(diǎn)應(yīng)便于量測，盡量減少對其他工序的干擾。

2.7 監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋

監(jiān)測數(shù)據(jù)信息反饋是監(jiān)測的重要步序，要求合理、準(zhǔn)確、快速、連續(xù)。通過數(shù)據(jù)的分析、反饋形成能夠指導(dǎo)施工的有效工程信息。此次橋梁監(jiān)測，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇量程和靈敏度滿足要求的自動(dòng)化設(shè)備，利用常規(guī)沉降監(jiān)測與自動(dòng)化采集的相互校核，保證數(shù)據(jù)反饋的準(zhǔn)確、快速；并且防止了橋墩監(jiān)測點(diǎn)因意外情況掉落而導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的中斷，保證施工全過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

2.8 監(jiān)測情況

2.8.1 施工全過程沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)總結(jié)

墩柱沉降監(jiān)測過程中上升變化最大測點(diǎn)為Q20-2，變化量為1.19mm；下降變化最大測點(diǎn)Q22-1，變化量為-3.03mm；最終累計(jì)變化最大測點(diǎn)Q22-1，累計(jì)變化量為-2.42mm。

墩柱橫向差異沉降監(jiān)測過程中變化最大測點(diǎn)為Q22-1～Q22-2，變化量為-1.40mm；最終累計(jì)變化最大測點(diǎn)Q22-1～Q22-2，累計(jì)變化量為-0.70mm。

墩柱縱向差異沉降監(jiān)測過程中變化最大測點(diǎn)為Q22-1～Q23-1，變化量為-2.56mm；最終累計(jì)變化最大測點(diǎn)Q22-1～Q23-1，累計(jì)變化量為-1.28mm[2]。

2.8.2 監(jiān)測控制值

使用Midas 軟件，采用梁單元，對橋梁建立模型，計(jì)算在各種不均勻沉降工況下的內(nèi)力，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算，得出橋梁控制技術(shù)指標(biāo)。其中21#軸（22#軸）墩頂最不利負(fù)彎矩引起沉降的計(jì)算結(jié)果見圖5。

圖5 21#軸（22#軸）沉降計(jì)算結(jié)果

（1）主橋三跨預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁，相鄰墩基礎(chǔ)豎向（縱向）不均勻沉降控制值為5mm；

（2）中墩和邊墩蓋梁橫橋向2 個(gè)墩柱不均勻沉降位移控制值為3mm；

（3）簡支T 梁橋跨，相鄰墩基礎(chǔ)豎向(縱向)不均勻沉降控制值為10mm；

（4）橋區(qū)附近道路主路路面沉降控制值為10mm、輔路路面沉降控制值為15mm。

根據(jù)橋梁特點(diǎn)以及規(guī)范要求，該項(xiàng)目預(yù)警采用三個(gè)級(jí)別，且以變形累計(jì)量作為控制指標(biāo)，即累計(jì)值大于等于控制值的60%且小于80%時(shí)，為黃色預(yù)警；累計(jì)值大于等于控制值的80% 且小于100%，為橙色預(yù)警；累計(jì)值大于等于控制值，為紅色預(yù)警[3]。

2.8.3 監(jiān)測結(jié)論

監(jiān)測結(jié)果表明：墩柱橫向、縱向差異沉降測點(diǎn)累計(jì)變化值均未達(dá)到預(yù)警；墩柱沉降變化速率及累計(jì)變化值均較小。經(jīng)現(xiàn)場巡視：箱梁原有裂縫無明顯變化，監(jiān)測過程中未見新開展的結(jié)構(gòu)性裂縫。

2.8.4 施工后檢測結(jié)果

根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 99—2017），檢測范圍內(nèi)富豐橋綜合狀態(tài)指數(shù)BCI=80.8 分，綜合狀態(tài)評(píng)定為B 級(jí)，較工前檢測評(píng)分BCI=81.3 稍低[數(shù)據(jù)來源：地鐵車站下穿橋梁工后現(xiàn)狀檢測報(bào)告（京建質(zhì)檢J3-G-2020-0022）]。

其中：

箱梁、T 梁跨中未見明顯下?lián)献冃巍?/p>

內(nèi)環(huán)橋：第22 跨原有裂縫12 處未見明顯變化，裂縫長0.35～1.5m，寬0.07～0.79mm；原有混凝土缺損、剝離4 處已修復(fù)，原有銹脹開裂5 處未見明顯變化，原有水跡2 處未見明顯變化[4]。

外環(huán)橋：第22 跨原有裂縫7 處未見明顯變化，裂縫長0.25～0.85m，寬0.07～5.2mm；新增位于翼緣斜向裂縫1 處，新增裂縫長1.5m，寬0.15mm；原有銹脹露筋3 處，已修補(bǔ)2 處，1 處未見明顯變化；新增銹脹露筋3 處分別位于翼緣、箱梁底面、箱梁腹板；原有水跡1 處未見明顯變化，新增翼緣水跡1 處。

21#、22#軸橋墩未見明顯病害。

2.9 效果分析

施工各階段與橋墩沉降關(guān)系見圖6，橋區(qū)車站施工各主要施工步序見表1。

表1 橋區(qū)車站施工各主要施工步序

圖6 施工各階段與橋墩沉降關(guān)系圖

2.9.1 從圖6 及表1 數(shù)據(jù)可以看出：1 階段墩柱沉降較為明顯，21#、22#軸橋墩最大累計(jì)沉降量約為-2mm，此階段對應(yīng)施工步序?yàn)楦綦x樁施工；而在2、3、4 以及其他施工階段，墩柱沉降均較小[5]。

2.9.2 通過監(jiān)測結(jié)果及橋梁工前工后監(jiān)測的對比，橋梁未見新開展的結(jié)構(gòu)性病害，施工對橋梁結(jié)構(gòu)的影響較小。

3 結(jié)論

第一，前期隔離樁施工階段對橋梁沉降影響較為明顯，但變化速率和累計(jì)值均在控制范圍之內(nèi)；

第二，采用“PBA”法進(jìn)行車站主體施工時(shí)，在框架體系形成前隔離樁對既有橋梁沉降保護(hù)效果較為明顯，沉降數(shù)據(jù)無明顯變化；

第三，框架體系形成后，車站站廳層、站臺(tái)層大體積土方開挖時(shí)，由隔離樁與框架體系共同保護(hù)下，橋梁沉降數(shù)據(jù)無明顯變化。

第四，總結(jié)地鐵穿越經(jīng)驗(yàn)，今后遇到相似穿越項(xiàng)目施工時(shí)，嚴(yán)格把控隔離樁施作過程及成樁質(zhì)量，降低地鐵車站施工對擴(kuò)大基礎(chǔ)橋梁沉降影響。