淺談地鐵深基坑施工期間高架橋預警監控

蔣雪鵬

(南京地鐵建設有限責任公司，江蘇 南京210096)

隨著城市軌道交通的飛速發展，地鐵規劃線網高速建設，地鐵車站或區間隧道與市政道路高架橋交叉、緊鄰的案例越來越多，相互影響不可避免，如何科學有效的保護既有市政設施成為施工過程中的重中之重。本文結合實例，就南京地鐵萬壽村站建設期間為確保緯一路高架橋梁安全使用狀態所采取的監控預警作簡要介紹。南京地鐵七號線萬壽村站為7 號線與6 號線換乘站，位于緯一路與經五路交叉口。其中七號線車站為地下三層島式站臺車站，沿棲霞大道東西向設置，總長186.5m，開挖深度25.2m，位于緯一路高架北側；六號線車站為地下二層島式站臺車站，沿經五路南北向設置，總長545m，開挖深度19.8m，下穿緯一路高架。緯一路高架橋建于2014 年，橋梁主橋寬25.5m，雙向6 車道。地鐵萬壽村站影響范圍共三聯（第一聯3×30+ 第二聯3×30+ 第三聯30+45+30=285m，墩號0# 臺-9#墩）。橋梁上部結構采用等高度大懸臂弧形腹板預應力混凝土連續箱梁，下部結構采用雙柱式墩，U 形橋臺。（詳見圖1）

圖1 緯一路高架與萬壽村站關系平面位置圖

橋梁監控作為橋梁保護措施的重要組成部分，參建各方反復討論、共同研究，經行業知名專家評審及橋梁管理部門批準，最終確定預警工作主要從以下幾方面開展：

1 預先評估既有橋梁狀態

通過對橋梁結構驗算的評估分析，了解橋梁結構的現狀情況，為基坑施工的正常進行提供前提；通過對基坑施工過程對高架橋影響的評估分析，得到基坑施工造成高架橋墩臺沉降、墩柱傾斜、墩臺縱向水平位移的理論值，結合《江蘇省城市軌道交通工程監測規程》(DGJ32/J195-2015)中的相關規定，為施工監測提供理論依據；通過對橋梁極限承載能力的評估分析，得到高架橋在達到預警變形值時，橋梁仍能繼續承受的剩余變形值，為施工過程判斷高架橋結構安全提供技術支持。通過評估分析，可以：a.了解橋梁結構的現狀情況，并評估橋梁結構仍能承受的剩余變形，方便基坑施工過程中對橋梁的結構安全作出判斷。b.預測基坑施工可能對高架橋引起的變形，判斷施工方案的可行性與安全性，對變形較大區域針對性的進行施工監測，并結合規范提出監測預警值。c.根據國家規范以及當地工程建設經驗等提出合理、有效、可行的施工建議，并做出預警和報警，為有關各方及時做出有效反應提供時間，保證工程的安全施工以及減小對周邊環境的影響。

2 模擬建模計算分析施工影響

采用plaxis-2D、ABAQUS 軟件分別對基坑- 高架橋危險剖面的二維數值和基坑- 高架橋整個施工過程的三維數值進行分析，分析得出，按照設計圖紙及工程籌劃，基坑開挖引起的橋梁墩頂水平位移和橋墩沉降理論值均小于規范值，說明在該圍護結構條件下，基坑開挖施工時橋梁結構仍能處于安全狀態，滿足強度要求。但是，二維平面分析與三維空間分析得到的變形值存在一定誤差。原因主要有以下幾個方面：a. 計算軟件不同，二維建模采用的plaxis-2D，三維建模采用的ABAQUS，計算結果存在一定誤差。b.巖土體本構選的不同，二維平面分析采用的硬化- 小應變本構，三維建模分析采用的劍橋本構。c.二維平面分析只能判斷橋墩處于某個狀態時的結構變形，無法反應不同施工階段的結構變化情況。因此，選取三維空間建模得到的計算值作為監測控制值更為合理。

3 橋梁狀態過程監控

高架橋現場監測項目主要為墩柱沉降、傾斜、連續梁水平及垂直位移以及裂縫觀測，利用全站儀、水準儀等設備進行測量。為驗證設計數據而設的監測點布置在設計中最不利位置和斷面上，為結合施工而設的測點布置在相同工況下的最先施工部位，其目的是及時反饋信息、指導施工。以下就監測點的具體布置作簡要介紹：

3.1 墩柱沉降監測點數量每墩臺布置2 處，位于墩身兩側。橋墩監測點一般布設在墩底高出地面或水位以上lm 左右（詳見圖2）。墩臺沉降監測點：在墩柱離地表30cm～50cm 之間，用沖擊鉆鉆孔后埋入L 型沉降點并做好標記和保護措施。

圖2 墩柱沉降監測點布置示意圖

3.2 墩柱傾斜監測

每個墩柱橫梁位置設置傾斜監測點，設置在橫梁中間。采用傾角儀完成對墩柱傾斜的監測工作，通過讀取每個監測點傾斜值，得到橫向縱向差異傾斜。

3.3 墩柱頂部水平位移

墩柱頂部水平位移采用三維坐標測量的方式，在墩柱靠近基坑側安裝棱鏡，每個墩柱1 個點。

3.4 連續梁水平、垂直位移

每跨梁體設置2 個監測點，布置在梁段頂面，安裝棱鏡，使用全站儀獲得監測點三維空間坐標。

3.5 裂縫觀測

采用數碼裂縫計實時監測裂縫發育情況，然后將信號接入采集儀中，通過GPRS 網絡傳輸到相應的平臺上。對監測的數據進行及時的處理，編制裂縫觀測成果表及變化曲線圖。

4 監測預警

4.1 監測項目預警

根據地鐵工程建設的安全風險特點，監測項目按“分區、分級、分階段”的原則制定監控標準，并按照黃色、橙色、紅色三級預警進行監測反饋與控制。具體劃分標準見下表：

表1 三級監測安全狀態判定表

4.2 巡視預警

施工過程中通過現場巡視，發現安全隱患或不安全狀態而進行的預警，根據工況巡視、環境巡視、支護結構巡視和作業面狀態觀察描述等信息，決定是否對現場巡視提出預警。

4.3 綜合預警

通過綜合分析、核查各方監測、巡視信息，結合專家論證等手段，對各級風險工程的安全狀態進行綜合判斷和預警分級，按嚴重程度由小到大分為三級：黃色綜合預警（Ⅲ級綜合預警）、橙色綜合預警（Ⅱ級綜合預警）和紅色綜合預警（Ⅰ級綜合預警）。

5 應急響應措施

通過監控預警，可及時了解橋梁位移、沉降情況，為進一步降低風險，減少損失，制定了如下應急響應措施：

5.1 基坑變形值（變形速率）報警時，應立即停工，分析原因，及時處理，確?；影踩?。

5.2 基坑施工過程中加強監控量測，包括對基坑、坑外土體、地下水、建（構）筑物等的監測，通過監測結果信息化指導施工。

5.3 施工前制定施工風險預案、建立應急搶險機制及風險事故呈報制度，監測數據出現報警時及時分析原因、進行處理，確保橋梁運營安全。

5.4 橋梁變形數值報警時，車站基坑施工應立即停止，并報業主及交管部門，對橋上及橋下交通進行管制，直至風險處理完成，再恢復交通。

6 結論

地鐵萬壽村站施工期間高架橋的預警監控措施為施工及時提供反饋信息，真正做到了信息化施工，用監測數據指導施工，使施工過程信息化和合理化，確保橋梁的變形、位移始終處于安全可控狀態，同時保證施工整體順利完成。