摘 要：北京地铁6号线一期花园桥站暗挖段城市地铁隧道下穿既有桥梁时，在穿越前采用数值模拟计算估算桥梁基础变形，进而推算梁体次应力，判断梁体安全状态，据此调整地铁隧道施工方法以及对桥梁的加固措施。 在地铁隧道穿越桥梁过程中，通过PLC桥梁同步升降系统主动、动态调整桥梁梁体形状，使梁体基本保持原设计状态，保证了既有桥梁结构安全。
关键词：地铁隧道；主体暗挖段；下穿；桥梁；同步升降系统；动态主动保护
隧道穿越桥梁过程中，须保证桥梁各部分的形变、位移、应力变化等指标控制在允许范围内。若设计或施工处理不当，轻则可能降低桥梁使用耐久性，重则甚至影响到桥梁的正常使用或危及桥梁结构安全。 因此在桥梁的基础附近建造隧道时， 须采用有效的技术防护措施，以减小隧道施工对既有桥梁的影响。 北京地铁6号线一期花园桥站暗挖段在施工过程中， 地下隧道成功穿越花园桥，该桥沉降变形基本为零，始终处于正常使用状态，保证了既有桥梁结构的安全。
1 工程概况
1.1 地铁花园桥站工程概况
花园桥站是北京市地铁6号线一期工程的一个中间站（图1）。 车站总长233.6m，其中暗挖段长190m，标准段宽度为19.70m。 车站有效站台中心里程处覆土厚度为8.67m，底板埋深25.15m。 花园桥站主体暗挖段截面如图2所示。
1.2 花园桥结构
花园桥位于西三环与车公庄西路交汇处， 该桥至今已运营17年。 主桥为三跨预应力钢筋混凝土连续箱梁，跨径为32 m+37 m+32 m，南北引桥分别为5跨20 m后张预应力工字形梁与混凝土桥面板的组合简支梁，桥面连续。 全桥横桥向分为东西两幅桥， 桥梁全宽28.3m。 下部结构采用柔性墩设计，主桥采用盆式固定橡胶支座，其他各墩采用橡胶支座及四氟滑板支座。 墩底采用桩基础，每墩设4根，桩径1.2m，桩间距3.2m，桩长20m。主桥箱梁及引桥预制工字梁混凝土均为C45， 桥墩混凝土为C40，桩基础混凝土为C30。 花园桥主桥如图3所示。
花园桥设计荷载标准为：快车道，汽-超20、挂车-120；慢车道，均布荷载为3 kPa，汽-15验算 ；人群荷载小于3.5kPa。 1.3 花园桥与车站的位置关系
车站跨路口段暗挖主体结构临近花园桥主桥跨北侧8号墩桥桩， 其中主体结构外皮距花园桥桥桩外皮1.53 m，围护桩距离桥桩外皮0.68 m，上层小导洞距离桥桩外皮仅为0.08m；南侧主桥（7号墩）桩外皮距车站结构外皮11.4m（图4）。
2 地铁隧道下穿花园桥数值模拟计算与评估 2.1 数值模拟计算分析
新建地铁结构的施工对既有桥梁结构安全性影响采用有限差分的FLAC程序进行数
值模拟计算和分析。 2.2 计算结果分析
地表沉降随开挖的进行逐步发展， 在结构拱部跨度全部开挖完成时，产生沉降量最大，并在随后的施工过程中有小范围的波动，车站结构施工完成后，地面最大沉降量为24.0mm，发生在拱顶跨中。 车站开挖引起花园桥承台中心沉降最大值为10 mm， 倾斜值为0.45‰，相邻承台差异沉降最大值为4.5 mm。
评估结果已超出桥梁允许变形， 必须采取措施保证既有桥梁安全。
3 车站主体下穿花园桥段施工技术 3.1 取消4号导洞，围护桩加长
为减小车站施工对桥桩桩底土层的扰动， 减小桥桩桩端承载力的损失，在车站下穿桥梁段落（桥梁投影范围以及东西各10m）取消4号小导洞，该范围内围护桩加长7m， 由3号导洞内采用人工挖孔方法施作围护桩。围护桩加长一方面为车站主体结构提供竖向承载力，另一方面起到隔离桩的作用，在开挖车站时，可相对减小对于桥桩周边土体和桩端土体的扰动作用（图4）。
3.2 车站下穿花园桥段围护桩施工 3.2.1 挖孔桩孔口加强措施
3号导洞施工中，在围护桩南北两侧通长埋设4根直径为20 mm的钢筋， 加强3号洞水平方向整体刚度，减小挖围护桩过程中洞体的变形，同时限制桥桩变形（图5）。 3.2.2 人工挖孔桩施工顺序
地铁车站围护桩桩径为800 mm， 中心距1 200mm， 为减小地铁车站围护桩施工过程中对桥桩的影响，根据现场条件采用隔四挖一跳跃挖桩方法，保证围护桩施工过程中在桥桩影响范围内只有一根围护桩在施工（图6）。
人工挖孔围护桩采用钢筋混凝土护壁， 护壁厚度100~150 mm，混凝土强度等级为C20，并且在混凝土中掺加适量早强剂。 护壁钢筋主筋采用19 ? 8（Ⅰ级），箍筋采用? 10@200（Ⅰ级），主筋揻成弯钩上下钩结形成整体。 人工挖孔钢筋混凝土护壁每节长1m。 施工过程中需在上层护壁混凝土达到5MPa后方可拆模，开挖下步土体。 3.2.3 围护桩桩底注浆，增加竖向承载力
在围护桩内设置2根直径25 mm的钢管作为桩底注浆导管，导管插入桩底土中300 mm，待围护桩混凝土施工完成、混凝土强度达到5 MPa以上后，进行桩底注浆加强桩端承载力。 桩底注浆浆液配合比为1∶1水泥浆，注浆压力为2MPa。 3.3 逆作法施工车站主体二衬结构 3.3.1 站厅、站台层土方施工
为减小站厅、 站台层土层开挖时车站结构内净空的收敛，在站厅及站台层设置大刚度钢管支撑（覫609，δ=16 mm），并施加预应力 。 在站厅 、站台层土方开挖时，采用纵向分段水平分层中间拉槽方法开挖，每段长度约20m。 在竖向当土层开挖至钢支撑下0.5~1.0m时，及时架设钢围檩和钢支撑，并施加预应力，减小结构水平收敛（图7）。 3.3.2 车站主体二衬结构施工
车站主体二衬结构施工方法同一般PBA工法车站结构。
4 地面深孔精确注浆加固技术 4.1 注浆工艺设计
对桥桩周边土体注浆加固是主动保护花园桥桥桩的措施之一，其作用一方面可加固桩周围及桩底土体，减小因车站开挖引起的土体变形， 减小桩周土体负摩擦力，增大桩端承载力；另一方面可减小车站围护结构所承受的水平作用力，保证车站施工安全。
对桥桩周边土体加固注浆在地面完成， 在地面桥桩周围布置0.8m×0.8m的注浆孔，采用袖阀管（?50）注浆工艺向桥桩周围土体注入水泥浆。 加固范围如图8,9所示。
4.2 地面深孔精确注浆施工工艺
为使得注浆浆液在砂卵石土层中限制在加固范围内,采取先周边后中间、由远及近的施工顺序。 为减小钻孔对桥桩周边土体的扰动, 同时防止施工时各工序间相互干扰, 钻孔采用隔二打一的原则进行钻孔和注浆。 注浆浆液采用水泥浆，配合比为水∶P·O42.5普通硅酸盐水泥=1∶1，为进一步改善浆液的工作性能，浆液中掺加高效减水剂。注浆按“低压缓进”的原则进行，注浆终压为1～2MPa。钻孔时采用RPD-130C型工程钻机，跟管钻机钻进成孔工艺。 注浆管采用直径为50 mm的袖阀注浆管。 注浆扩散半径为0.6m。
5 花园桥梁体主动调整与控制技术
根据评估报告，花园桥梁体已存在裂缝，设计要求花园桥梁体不能再下沉。地铁车站下穿花园桥主跨，其8号墩会受到地铁施工影响。为实现主动、动态控制，保证花园桥8号墩支座处梁体不下沉，先对该处梁体进行预支顶，当发现桥梁下沉量接近或达到控制值时，及时进行梁体顶升作业，使桥梁梁体始终保持原有状态。 5.1 梁体预调整设计
花园桥主桥是连续梁桥，超静定结构，仅调整某个支点的高程就会引起全桥内力的改变。 预调整高度的确定需要大量计算， 保证全桥各个部位应力满足规范要求。 5.2 梁体顶升预调整控制值的确定
设计梁体预调整值为5mm，当桥墩下沉达到3mm即应进行调整。 考虑到临时支座以及临时桥墩的弹性变形（4 mm）和施工误差（3mm），设计千斤顶最大顶升位移为4+3+5=12（mm）。 由于千斤顶标称位移总比桥梁实际顶升位移大， 所以偏安全的按梁体位移12 mm计算梁体内力。 梁体顶升按12mm控制。 5.3 桥梁预调整步骤
施作临时桥墩→放松原支座下垫板螺栓→启动千斤顶，梁体顶升→插填钢板调整临时支座高度，卸载，梁体落到临时支座→调整永久支座高度， 恢复永久支座工作。 5.4 同步顶升系统选用
梁体同步顶升系统选用PLC控制液压同步系统，该系统主要由液压系统（泵站、千斤顶等）、监测传感器和计算机控制系统三部分组成。
6 监测技术 6.1 监测内容
通过对梁体变位、控制截面应力、裂缝及其他项目的严密监测、 实时分析并反馈监测数据， 指导顶升施工，避免了由于桥梁结构理论与实际的偏差、顶升设备的误差等原因，导致梁体产生超过控制值的应力、位移以及裂缝急剧发展、激增等现象，保证了结构的安全。 根据花园桥加固顶升施工的特点以及现场的情况， 本次施工监测的重点是在梁体顶升及复位施工过程中对主梁、墩柱进行安全监测，主要包括：（1）梁底绝对高程变化监测；（2）承台绝对高程变化监测；（3）梁体与墩顶相对位移监测；（4）桥墩压缩量监测；（5）主梁控制截面应力监测；（6）梁体裂缝监测；（7）土层深层沉降以及水平位移监测。
6.2 监测结果
（1） 桥墩沉降0.8~1.7 mm，沉降数值较小，桥梁处于安全状态。该沉降大部分发生在负2层土方开挖完成至结构施工完成阶段。 （2） 桥墩倾斜0.1‰，处于正常状态。
（3） 承台水平位移0.2 mm，处于正常状态。
（4） 在地铁车站施工期间和桥梁顶升期间， 梁体混凝土应变ε在-175~90μ之间变化，应变变化微小，处于正常状态。
（5） 土层深层沉降点中仅有地面以下9 m处的深层沉降点有明显下沉， 其余各点直至车站施工完成也没有沉降。而该深层沉降点发生沉降的阶段是3号导洞开挖阶段，其他各施工阶段该点沉降情况则非常稳定。
（6） 土层水平位移在小导洞开挖、 围护桩开挖施工、负1层结构施工各阶段倾斜基本没有变化，在负2层土方及结构施工阶段倾斜出现3mm左右的变形。
7 结语
（1） 承台水平位移仅为0.2 mm， 桥墩倾斜为0.1‰，基本可认为桥梁承台及桥墩水平方向位移没有变化，与数值分析结果相符，即桥梁承台受到的水平力较小，承台间土体阻力足以抵抗承台受到的水平力。 （2） 土层注浆加固效果对于提高桥梁基础承载力的贡献难以检测和判别，注浆措施只能用作辅助措施，不能用作主要措施。 注浆设备、注浆工艺选择要慎重，北京某地铁下穿某桥梁期间， 曾出现注浆加固期间因设备选择不当造成桥梁下沉的情况。 （3） 洞内临近桥桩的围护桩开挖对桥梁影响不大。深层沉降曲线及水平位移曲线均可说明这一点。 理论上利用普氏理论分析亦可得到相同的结果，但应注意开挖围护桩的施工顺序，应保证在桥桩影响范围内只能施工一根围护桩，尽量减小挖孔施工对桥桩的影响。 （4） 桥梁顶升系统的基础应采用独立基础， 并保证其能承担所有桥梁荷载， 以免基础不牢造成桥梁及支顶设备全系统下沉。 （5） 车站负2层土层开挖及结构施工阶段是对桥梁影响最大的阶段， 在该阶段土层产生了大部分水平位移，在负2层架设水平钢支撑是必要的。
（6） 桥墩虽产生了约1 mm的沉降，但由深层沉降点监测结果可知，桩底土层未发生沉降。 分析认为，因车站施工土层损失使得桥桩周边产生负摩擦力， 进而使得桥桩本身产生弹性压缩， 经计算桥桩压缩约1mm，该部分桥墩沉降将随土层的稳定而逐步恢复。 从本工程实例可知， 桩端承载力承担了全部桥梁荷载以及部分土层的负摩擦力， 实际地基承载力远大于地质勘察报告上载明的砂卵石土层2500kPa的承载力。 在勘查阶段，砂卵石的地基承载力应进行原位测量确定。
地铁站主体暗挖段下穿桥梁综合施工技术
