地铁穿越现状桥梁施工中,如隧道施工范围进入到桥梁基础土体影响范围,会对既有桥梁基础产生扰动,从而引起基础变位,而过大的基础变位又会对桥梁受力或变形产生影响,甚至危及桥梁的安全。因此,需要对桥梁进行前评估,依据评估结果采取相应保护措施。
本文以北京地铁7#线穿越广安门东桥工程为例,对地铁穿越桥梁进行前评估分析与研究。前评估的主要内容有:对广安门东桥现状进行检测评估;评价地铁对现状桥梁的影响;提出桥梁允许变形值;确定监测原则和技术标准;结论及安全防护建议。
1 工程概况
北京地铁7#线是北京市轨道交通线网中一条连接西北、东南方向的轨道交通骨架线。在官营-广安门区间穿越现状广安门东桥,桥长145.04m,桥面全宽28m,桥梁总面积4 061.12m2,桥梁建成于1993年。设计荷载为汽-超20,挂120,地震烈度按8度设防。
上部结构主梁采用预制预应力简支梁结构,桥梁跨径为5×27m,各跨跨中设置中横梁,两端支承处设有端横梁,两片主梁之间有0.5m宽的现浇段,主梁外悬臂处设0.55 m现浇段。桥墩盖 梁 跨径为15m,各盖梁下设两根钢筋混凝土柱;柱下为钢筋混凝土钻孔灌注桩基础的承台,桩径0.90m,桩间净距2.70m。桥台盖梁采用C35钢筋混凝土结构,每侧桥台盖梁在桥梁中心处断开,每侧盖梁下接3根钻孔灌注桩,桩径0.90m,桩基持力层为卵石。台前及两侧设钢筋混凝土挡板墙,台后与道路挡土墙连接。
桥梁检测结果表明,该桥上部结构状况良好,下部结构整体状况良好,桥台盖梁存在1处钢筋锈胀,支座及抗震挡块均完好。桥梁技术状况等级评定为A级,处于完好状态。
2 影响评价
地铁7#线为地下工程,其达官营站-广安门内站区间穿越广安门东桥。区间左、右线分别在1~6#轴两侧桩基外侧通过,其中在2#、3#轴之间开挖联络通道。联 络 通 道 距2#轴 最 近 桩 基 水 平 净 距 为9.97m,垂直净距3.246m;距3#轴最近桩基水平净距为6.98m,垂直净距2.746m。
隧道结构边缘距桩基水平距离从1~6#轴逐渐缩小,在1#轴处距离桩基最远,在6#轴处距离桩基最近。隧道左线结构距离6#桩基最小水平距离为1.396m;隧道右线结构距6#轴桩基最小水平距离为6.387m;地铁7#线隧道与广安门东桥相对位置平面、立面关系分别如图1所示(图中单位均为米)。【图1】
因地铁7#线达官营站-广安门内站区间隧道左、右线位于广安门东桥1~6#轴最外侧桩基两侧沿东西走向,从1~6#逐渐靠近桩基,在2~3#之间开挖南北向穿越联络通道,根据土层破坏棱体,工程施工影响范围为广安门东桥1~6#轴之间的桥梁,即广安门东桥全桥范围。地铁7#线区间隧道穿越广安门东桥,属一级环境风险工程,隧道施工造成的基础沉降影响范围为广安门东桥整个范围,对桥梁结构可能造成的损伤有以下方面:
①1~6#轴之间的上部结构预应力混凝土简支T梁。基础纵向不均匀沉降对简支梁内力不会造成影响,但基础沉降过大会破坏桥面连续及桥梁伸缩装置,影响桥梁的使用功能。同时还会改变桥面纵坡,对 行 车 舒 适 度 及 桥 面 排 水 造 成 不 利 影 响。
②2~5#轴下部结构为预应力混凝土盖梁及墩柱,盖梁和墩柱组成框架超静定结构。基础横向的不均匀沉降,会影响盖梁与墩柱刚性连接效果,造成盖梁的内力重分布,截面应力增加,混凝土开裂。同时基础横向不均匀沉降还会破坏桥梁横向联系,影响主梁间的共同受力。
③桥梁下部结构为墩柱、盖梁、桩基础,桥梁桩基础设计为摩擦桩,其承载能力由桩侧摩阻和桩尖承载力提供,设计时未考虑地下穿越工程的影响。桥梁桩基础在隧道施工引起的土层破坏棱体范围之内,隧道开挖扰动土层会对桩侧摩阻力和侧向土压力产生严重影响,致使桥梁桩基竖直承载能力、水平抗力降低,不能满足桥梁正常运行要求。
尤其是6#轴桥台北侧桩基,仅左线隧道结构位于该桩下方,隧道结构距桩底垂直距离3.668m,水平距离1.398m,应引起注意。
④桥下道路。路面沉降过大将影响桥下行车的舒适性及路面排水效果。
3 桥梁控制指标
广安门东桥经检测总体评定为A级桥梁,属完好状态。结合穿越工程施工对桥梁结构可能产生的危害,参阅原桥梁设计、竣工资料及计算书,采用mi-das Civil-2006程序,应用空间杆系单元,将盖梁分42个节点、39个单元,计算盖梁沉降工况的内力,进行承载能力极限状及正常使用极限状态的验算,得出地铁7#线下穿广安门东桥应满足的桥梁控制技术指标如下:相邻墩基础纵向不均匀沉降控制值为10mm;横桥向相邻中墩墩柱基础不均匀沉降控制值为3mm;边盖梁横向相邻墩柱基础不均匀沉降控制值为1mm;墩柱倾斜度控制值为1/1 000;道路挡墙倾斜度不大于1/1 500;桥梁竖向均匀沉降15mm,并与桥区道路沉降监测值对比,结果不应出现异常;相邻T梁差异变形控制值为0.5mm。
4 监测原则与技术标准
(1)监测原则。按照《地下工程穿越交通设施安全监管暂行办法》要求,本工程应进行第三方监测。根据本工程特点,确定监测原则如下:监测项目应根据本报告提出的影响桥梁正常使用的因素确定;监测仪器精度应满足控制值测量指标及相关规范要求;监测工作需及时反映施工的具体状况,建立预警机制,防止突发事件发生。
(2)监控要点。本穿越工程的第三方监测应重点对广安门东桥以下部位进行检测:1~6#轴墩柱、桥台竖向沉降;1~6#轴墩柱、桥台倾斜值;纵桥向相邻墩台差异沉降;横桥向相邻墩柱差异沉降;上下部结构外观监测,如混凝土裂缝、支座、伸缩缝、抗震设施的变形和工作性能状态观测;道路挡墙倾斜值;桥区地面沉降值监测。此外还应该在结构相邻段及周边设立监测比较测点,排除其他因素影响。
(3)施工预警。监测预警值按严重程度由小到大分为三级:黄色监测预警,监测指标变化量超过监控量测控制值的70%时;橙色监测预警,监测指标变化量超过监控量测控制值的85%时;红色监测预警,监测指标变化量超过监控量测控制值,或变化速率出现急剧增长时。当达到黄色预警时,应查找原因,加强监测和巡视;当达到橙色预警时,应停工检查,进行风险处理;当达到红色预警时,应启动应急预案。
5 结论及建议
(1)广安门东桥经现场检测,桥梁技术状况总体评定为A级桥梁,处于完好状态。(2)广安门东桥桩基础位于地铁7#线结构上方,桥区还会有各种管线,如桥区管线等构筑物发生破坏,会对桥梁安全构成威胁,故建议有关单位施工前应调查清楚附近管线(尤其是燃气、污水、雨水)分布情况,了解其材质、接头、工作性能,并委托有资质的单位对其进行安全性评估。7#线地铁设计、施工时,除应满足本报告提出的广安门东桥的各项控制指标外,也要满足桥区各种管线的控制指标,设计、施工时以各控制指标的最小值为准。
(3)7#线设计单位应根据前评估报告提出的桥梁沉降控制指标对地铁7#线穿越广安门桥进行专项设计,如不能满足沉降控制指标,需在施工前应对桥梁桩基础采取有效隔离及加固或预顶升等有效措施,确保桥梁结构安全。尤其是6#轴桥台北侧桩基,左线隧道结构位于该桩下方,隧道结构距桩底垂直距离3.668m,水平距离仅1.398m,应引起注意。
(4)应加强施工组织、现场管理和第三方监测,制定应急预案,必要时可采取限行措施。因桥梁在运行过程中,桥墩已存在某些沉降的可能性,施工过程中应加强现场巡视,随时关注桥梁的结构变形情况。
(5)施工完成且沉降稳定后,应根据监测结果及桥梁状况对本桥进行后评估,确定地下工程穿越后的对桥梁影响程度,并提出处理意见。
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