北京地铁暗挖车站超近距离桥桩下穿既有桥梁施工技术

刘肖

摘要：本文从工程概况、地质条件、花园桥现况、车站结构与桥桩的位置关系、施工方案的确定及下穿花园桥采取的措施这几个方面进行介绍；通过这次花园桥的工程施工使自己学习到了很多以前不曾接触的东西，更重要的是在具体施工中，对所碰到的情况，需要我们做出紧急预案，这些都是非常重要的环节。

关键字：暗挖；桥梁；桥桩；施工技术

Abstract: this article from the engineering survey, geological conditions, garden bridge status, the station structure and bridge pier position, construction plan of determining and wear garden bridge under the measures to the several aspects of introduction; Through this garden bridge engineering construction to learn a lot of things never before contact, more important is in concrete construction of the difficulties, we need to make emergency plans, and these are very important segment.

Key words: type; Bridge; Bridge pier; Construction technology

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号

一．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。车站主体位于西三环花园桥主桥垮的下方，跨路口东西向设置。花园桥西侧为玲珑路、东侧为车公庄西路，南北向为高架的三环主路。车站周边有首都师范大学，市政管理公司潘庄管理所，北京外文出版纸张公司、北京水利水电干部管理学院、中咨大厦、市公交第四汽车保修厂等单位，还有部分住宅小区。车站地理位置详见图1-1。

车站为明暗挖结合，西端明挖三层两柱框架结构，中部及东端暗挖（PBA工法）双层单柱双联拱结构，车站西段接盾构区间，车站提供盾构始发条件，东端接矿山法区间。车站起止里程为K3+76.576～K3+309.176，总长233.6m，其中明挖段长43.6m，标准段宽度为26.35m，端头盾构井段宽度为28.1m；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，明挖段顶板覆土厚度为4.5m，底板埋深25m。

主要的施工步骤及步序有：两个施工竖井及横通道初支施工，临时竖井向西主体导洞开挖，新增竖井分别向东和向西主体导洞开挖，导洞初支完成后进行条基、边桩、冠梁、底纵梁、部分底板、钢管柱、顶纵梁、边导洞初支扣拱，大拱初支扣拱施工。在车站明挖结构东端预留出土进料口，为暗挖主体结构扣拱施工阶段提供工作面，从两端进行大土方开挖，以加快暗挖段施工进度。待车站暗挖段初支扣拱完成后，自暗挖段东端向西跳仓施工二衬结构。

为了保证暗挖段扣拱施工安全，在扣拱施工前须施工φ108mm，t=5mm的大管棚。大管棚施工作业采用导向跟管法施工。

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图 1-1花园桥站地理位置图

二．地質条件

花园桥站工程范围内地形基本平坦，自然地面标高为55.14～48.50m。根据车站勘察资料显示，场地在地貌上属冲洪积平原，地层以第四纪冲积、洪积土层为主；控制性勘探孔最大深度为45.00m。车站上部结构位于粉质粘土层和圆砾层中，中下部结构位于砂卵石层中。详见表2-1。花园桥车站地质剖面图详见图2-1。

表-1花园桥站地层统计表

图2-1花园桥站地质剖面图

根据勘察单位提供的成果资料，钻孔最大深度45m，在勘察深度范围内共发现2层地下水，第一层为潜水（二），第二层为层间潜水（三），其中潜水（二）埋深17.8～18.4m，位于结构底板以上，潜水（二）隔水底板在部分钻孔缺失，使该层水向下越流排泄，导致该层水在本场地范围内仅局部分布，且该层的水量比较小，但考虑到地下水的季节变化，仍需考虑降排水措施。层间潜水（三）目前最浅埋深28.5m（2008年12月量测），位于结构底板以下，考虑到年地下水季节变化，施工时须注意该层水的影响并采取有效的地下水控制措施。车站渗井降水已经完成，从竖井施工情况看，地下水对施工基本没有影响。

三．花园桥现况

（1）花园桥(原车公庄立交桥)位于西三环与车公庄路交汇处。该桥于1994年竣工通车，至今已运营15年。

（2）主桥为三跨预应力混凝土连续箱梁，跨径为32m+37m+32m。

（3）南北引桥分别为5跨20m后张预应力混凝土I型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颗，桩径1.2m，桩间距3.2m,桩长20m。

花园桥经过15年运营，主桥除局部表面缺陷外，总体完好，目前结构处于安全使用状态。

1.经过仔细核算，原设计符合等强设计原则，各项指标均满足规范要求。

2.除桩长增长了2m，主墩基础预留5mm沉降外，主梁各控制截面的应力及承载能力已接近规范限值，没有太多的储备。

四．车站结构与桥桩的位置关系

1.花园桥车站北侧3#导洞距花园桥主桥固定墩——8号桥墩群桩基础的基桩净距为0.08m。

2.南侧导洞距花园桥主桥固定墩——7号桥墩群桩基础的基桩净距9.42m；

3.北侧护壁桩距花园桥8号桥墩群桩基础的基桩净距为0.98m;

4.南侧护壁桩距花园桥7号桥墩群桩基础的基桩净距10.32m；

5.车站底板底在桩基础的桩尖以下2.89m处，车站北侧3#下导洞底在桩基础的桩尖以下4.24m处。其地理位置关系图如图4-1。

图4-1地理位置关系图

五．施工方案的确定

5.1桥桩托换

托换技术是为提高既有建筑物地基的承载力或纠正基础由于严重不均匀沉降所导致的建筑物倾斜、开裂而采取的地基基础处理、加固、改造、补强技术的总称。

托换技术具有成本低，安全系数高，对周边环境影响小，不影响周边车辆正常运行等优点，但是也有其缺点，主要有：对施工场地的大小要求比较高，如果施工场地的管线比较多，对于本工程来说，交通审批困难，桥桩托换工期不满足总工期的要求等。

5.2普氏理论

普氏理论是建立在两种假定基础上的，其一是假定硐室围岩为无内聚力的散体，另一是假定硐室上方围岩中能够形成稳定的普氏压力拱。正是因为这两种假定，才使得围岩压力的计算大为简化。但是，普氏理论仍然存在以下问题：

(1)普氏理论将岩体看作为散体，而绝大多数岩体的实际情况并非如此。只是某些断裂破碎带或强风化带中的岩体才免强满足这种假定条件；

(2)在普氏理论中，引进了岩体的坚固系数f的概念。由 可知，f为正应力σ的函数，而并非岩体的特性参数，此外也无法通过实验来确定f值；

(3)据普氏理论，硐室顶部中央围岩压力最大，但是许多工程的实际顶压根本不是这样的，其最大顶压常常偏离拱顶。这种现象是普氏理论难以解释的；

(4)普氏理论表明，硐室围岩压力只与其跨度有关，而与断面形式、上覆岩层厚度，以及施工的方法、程度和进度等均无关。这些均与事实不完全相符。

六．下穿花园桥采取的措施

6.1地上措施

6.1.1地面注浆加固桥桩周边土体

1.注浆设备:

钻孔采用RPD-130C型钻机（尺寸为3.5mX2.2mX5.4m），详见下图。

2.地面注浆布孔:

在地面围绕桥桩布置0.8mX0.8m的注浆孔,设计扩散半径0.6m。注浆量估算：0.6×0.6×3.14×0.2×0.7×1.05=0.16立方/米(每米水泥用量为120公斤)

0.6——扩散半径（单位m）

0.2——孔隙率

0.7——填充系数

1.05——损耗系数

3.注浆工艺

在地面围绕桥桩布置0.8mX0.8m的注浆孔，采用袖阀管（φ50）注浆工艺向桥桩周围注入水泥浆，这样可以加固桩周及桩底土体，减少因暗挖结构施工引起的土体变形，减少对桩周土体影响，增加桩端承载力。

4.浆液配比

地面注浆将也采用单液水泥浆浆液。配比为水：水泥：减水剂=1:1:0.08。

5.注浆实施情况

2011年1月20日，注浆队伍进场施工，2011年1月22日开始钻孔，2011年1月30日停工，完成注浆25孔；2011年2月6日复工，截止2011年2月24日完成注浆68孔。平均每台设备每天钻孔3孔。

6.总结

砂卵石地层中注浆量与预计注浆量基本相符，砂卵石土层可注性较好，通过注浆量分析基本形成渗透注浆；细颗粒土体以劈裂注浆为主，地面有微微隆起，估计是因为注浆体顶部浆液量较大造成的，分析与土层压力较小或土层疏松有关，后期该部位改为采用较小压力进行注浆。

6.1.2桥梁支顶加固

1.顶升设备（PLC液压同步顶升自动控制系统），设备照片如下：

操控系统 顶升系统

设备特点：

a系统配置灵活

b控制精度高

c安全功能考虑完善

d具有历史曲线记录功能

e完备的系统自诊断功能

f具有远程数据监视功能

2.顶升步骤

当8号墩基础竖向位移超过控制值超过8mm时，在固定盆式支座下垫板下加垫钢板，使梁体及支座复位。。主要分为两步实施：第一步拆解盆式支座与墩柱的联系，见下图。

第二步盆式支座与箱梁复位，见下图。

具体措施如下：

（1）在8号墩底部承台的东西侧各施做一个临时支撑，方法如下：承台顶部植筋浇筑混凝土，安装临时支撑（φ800x10mm的钢管，内部浇筑混凝土），

（2）放松固定支座下垫板的地脚螺栓，启动千斤顶，将梁体顶升5mm，（梁体未下沉高程假设为±0.00，下沉8mm为-0.008）临时支座调整到位后放松千斤顶，将梁安放在临时支撑上，此时梁体重量70%~90%上已经转移到了临时支撑上(通过监测临时支撑进行计算)。但梁底高程基本保持顶升前的数值。

（3）用钢筋焊接盆式支座上下调平钢垫板，使之成为整体。

（4）启动千斤顶，重新顶升箱梁，再用相应厚度的钢板填充盆式支座下垫板下方的间隙。

（5）下放梁体至盆式支座上，落梁，梁体复位。

（6）如调整后的梁高程相对于原高程大于2mm（高或低），应重新调整支座下的钢垫板厚度，达到梁体复位的目的。

（7）高程调整完成后，拆除临时支撑，拧紧下垫板地脚螺栓

3.施工位置及范围

花园桥顶升施工，因为工期时间较长，施工位置在花园桥下，施工期间要长期搭设施工平台，平台位置以墩柱为中心宽6m长8m，顶升施工时要占用中间左转车道。进行交通维护施工。

4.施工时交通的维护

根据施工现场和顶升设备的情况，为了使顶升更加稳定，数据更为精确，采取夜间施工，施工时间0:00——4：30施工时对花园桥桥上进行断路施工或者限速维护。对桥下空间7、8号墩柱进行交通维护。

5.应急预案：

1）下钢盆不能脱离时

顶升到一定高度，下钢盆不能与垫石脱离时，采用绳锯切割下垫石的方法使其分离，采用特制加长钻头对四角进行钻孔，用绳锯进行切割，切割时放慢切割速度保证切割平面的平整。

2）个别油缸压力过大

有可能遇漏浆、钢筋联结、异物卡住等情况，发现原因后用冲击钻、气焊等方法解除约束。

3）发生油路漏油

关闭各分泵，停止顶升，检查漏油部位，进行更换处理。

4）顶升期间，当单个墩柱的顶升力超过1100t时，顶升位移仍达不到3mm，停止顶升，查找原因。 等待专家、甲方、设计、监理做出研判以后施工。

5）發生中间环节施工时间超限

整体顶升时间留有30分钟的机动时间，另外各环节的具体安排时间也都各自留有20-30%的宽裕时间，如遇个别环节超限，可以从机动时间补充。但超过规定时间，则停止顶升，把原因分析清楚，准备充分，择日再顶。

6.2地下措施

6.2.1上导洞开挖时架设临时仰拱

临时仰拱为双拼工字钢，半径为42141mm，现场工字钢拼装完毕之后通过拧紧跨中高强螺栓对工字钢施加预加力50KN，以限制导洞边墙的侧向水平位移，具体见下图所示。

6.2.2从上导洞向下人工挖深桩（至底板下7m）

边桩施工过程中为减少对原桥桩最小影响，应根据现场条件采用隔4跳跃挖桩，本着每次原承台范围内只有一根边桩施工的原则跳桩施工，在挖孔时桩底部预埋注浆管，围护桩灌注24h后注浆补强加固桩底土体；

如发现流沙、层间滞水等现象应缩短开挖深度，将开挖深度调整为0.5米。确保施工安全。在边桩施工到原有桥桩下时（31.33桩底标高），应加强对周围土体观察，如发现变化应立即上报并停止施工。

开挖方法：

a破除导洞初衬后后先施作护肩。

b采用人工开挖，轳辘提升，支模浇筑C20砼护壁。

C每循环开挖进尺为1.0m（采用2套模板）。

6.2.3结构施工时过桥段架设临时钢支撑

为保证主体结构暗挖施工时边桩外侧土体的稳定性，保证既有桥桩与周围土体的摩擦力，在主体结构土方开挖后必须加强过桥桩部位的横向支撑力，采取在站厅层及站台层架设临时钢支撑的措施控制边桩的侧向位移，确保桥桩的受力从而保证桥体的安全。钢支撑在相应的土方开挖完成后及时架设，两端架设在边桩上。待中板（底板）达到设计强度后拆除。架设示意图及照片如下：

站厅层临时钢支撑站台层临时钢支撑

暗挖结构架设临时钢支撑示意图

架设临时钢支撑照片

七．结束语

对于此次花园桥的工程，由于各方面的原因，过程中遇到了不少困难的地方，但正是在攻克各个困难的过程中，使自己学习到了很多以前不曾接触的东西，无论是在前期的实地考察，对地质情况的研究，还是在之后施工方案的确定讨论，更重要的是在具体施工中，对所碰到的情况，需要我们做出紧急预案，这些都是非常重要的环节，值得我之后再去回顾和思考。

在整个施工过程中，我觉得地面注浆加固桥桩周边土体以及桥梁支顶加固措施最有技术含量，在这两个过程中，需要用到一些特殊的、大型的、专业性较强的机器，操作也是需要相当的专业技术，但是我们的技术人员都非常的专业，使工程顺利得完成，我觉得自己需要学习的还有很多。

最后就是贯穿整个工程的安全问题，施工场地本身就是非常危险的，对于安全，需要我们每个人都有意识，无论是进入施工场地戴安全帽还是工地用电安全等等方面，都是不可懈怠的。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。