浅谈地铁深基坑施工期间高架桥预警监控

蒋雪鹏

(南京地铁建设有限责任公司，江苏 南京210096)

随着城市轨道交通的飞速发展，地铁规划线网高速建设，地铁车站或区间隧道与市政道路高架桥交叉、紧邻的案例越来越多，相互影响不可避免，如何科学有效的保护既有市政设施成为施工过程中的重中之重。本文结合实例，就南京地铁万寿村站建设期间为确保纬一路高架桥梁安全使用状态所采取的监控预警作简要介绍。南京地铁七号线万寿村站为7 号线与6 号线换乘站，位于纬一路与经五路交叉口。其中七号线车站为地下三层岛式站台车站，沿栖霞大道东西向设置，总长186.5m，开挖深度25.2m，位于纬一路高架北侧；六号线车站为地下二层岛式站台车站，沿经五路南北向设置，总长545m，开挖深度19.8m，下穿纬一路高架。纬一路高架桥建于2014 年，桥梁主桥宽25.5m，双向6 车道。地铁万寿村站影响范围共三联（第一联3×30+ 第二联3×30+ 第三联30+45+30=285m，墩号0# 台-9#墩）。桥梁上部结构采用等高度大悬臂弧形腹板预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用双柱式墩，U 形桥台。（详见图1）

图1 纬一路高架与万寿村站关系平面位置图

桥梁监控作为桥梁保护措施的重要组成部分，参建各方反复讨论、共同研究，经行业知名专家评审及桥梁管理部门批准，最终确定预警工作主要从以下几方面开展：

1 预先评估既有桥梁状态

通过对桥梁结构验算的评估分析，了解桥梁结构的现状情况，为基坑施工的正常进行提供前提；通过对基坑施工过程对高架桥影响的评估分析，得到基坑施工造成高架桥墩台沉降、墩柱倾斜、墩台纵向水平位移的理论值，结合《江苏省城市轨道交通工程监测规程》(DGJ32/J195-2015)中的相关规定，为施工监测提供理论依据；通过对桥梁极限承载能力的评估分析，得到高架桥在达到预警变形值时，桥梁仍能继续承受的剩余变形值，为施工过程判断高架桥结构安全提供技术支持。通过评估分析，可以：a.了解桥梁结构的现状情况，并评估桥梁结构仍能承受的剩余变形，方便基坑施工过程中对桥梁的结构安全作出判断。b.预测基坑施工可能对高架桥引起的变形，判断施工方案的可行性与安全性，对变形较大区域针对性的进行施工监测，并结合规范提出监测预警值。c.根据国家规范以及当地工程建设经验等提出合理、有效、可行的施工建议，并做出预警和报警，为有关各方及时做出有效反应提供时间，保证工程的安全施工以及减小对周边环境的影响。

2 模拟建模计算分析施工影响

采用plaxis-2D、ABAQUS 软件分别对基坑- 高架桥危险剖面的二维数值和基坑- 高架桥整个施工过程的三维数值进行分析，分析得出，按照设计图纸及工程筹划，基坑开挖引起的桥梁墩顶水平位移和桥墩沉降理论值均小于规范值，说明在该围护结构条件下，基坑开挖施工时桥梁结构仍能处于安全状态，满足强度要求。但是，二维平面分析与三维空间分析得到的变形值存在一定误差。原因主要有以下几个方面：a. 计算软件不同，二维建模采用的plaxis-2D，三维建模采用的ABAQUS，计算结果存在一定误差。b.岩土体本构选的不同，二维平面分析采用的硬化- 小应变本构，三维建模分析采用的剑桥本构。c.二维平面分析只能判断桥墩处于某个状态时的结构变形，无法反应不同施工阶段的结构变化情况。因此，选取三维空间建模得到的计算值作为监测控制值更为合理。

3 桥梁状态过程监控

高架桥现场监测项目主要为墩柱沉降、倾斜、连续梁水平及垂直位移以及裂缝观测，利用全站仪、水准仪等设备进行测量。为验证设计数据而设的监测点布置在设计中最不利位置和断面上，为结合施工而设的测点布置在相同工况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息、指导施工。以下就监测点的具体布置作简要介绍：

3.1 墩柱沉降监测点数量每墩台布置2 处，位于墩身两侧。桥墩监测点一般布设在墩底高出地面或水位以上lm 左右（详见图2）。墩台沉降监测点：在墩柱离地表30cm～50cm 之间，用冲击钻钻孔后埋入L 型沉降点并做好标记和保护措施。

图2 墩柱沉降监测点布置示意图

3.2 墩柱倾斜监测

每个墩柱横梁位置设置倾斜监测点，设置在横梁中间。采用倾角仪完成对墩柱倾斜的监测工作，通过读取每个监测点倾斜值，得到横向纵向差异倾斜。

3.3 墩柱顶部水平位移

墩柱顶部水平位移采用三维坐标测量的方式，在墩柱靠近基坑侧安装棱镜，每个墩柱1 个点。

3.4 连续梁水平、垂直位移

每跨梁体设置2 个监测点，布置在梁段顶面，安装棱镜，使用全站仪获得监测点三维空间坐标。

3.5 裂缝观测

采用数码裂缝计实时监测裂缝发育情况，然后将信号接入采集仪中，通过GPRS 网络传输到相应的平台上。对监测的数据进行及时的处理，编制裂缝观测成果表及变化曲线图。

4 监测预警

4.1 监测项目预警

根据地铁工程建设的安全风险特点，监测项目按“分区、分级、分阶段”的原则制定监控标准，并按照黄色、橙色、红色三级预警进行监测反馈与控制。具体划分标准见下表：

表1 三级监测安全状态判定表

4.2 巡视预警

施工过程中通过现场巡视，发现安全隐患或不安全状态而进行的预警，根据工况巡视、环境巡视、支护结构巡视和作业面状态观察描述等信息，决定是否对现场巡视提出预警。

4.3 综合预警

通过综合分析、核查各方监测、巡视信息，结合专家论证等手段，对各级风险工程的安全状态进行综合判断和预警分级，按严重程度由小到大分为三级：黄色综合预警（Ⅲ级综合预警）、橙色综合预警（Ⅱ级综合预警）和红色综合预警（Ⅰ级综合预警）。

5 应急响应措施

通过监控预警，可及时了解桥梁位移、沉降情况，为进一步降低风险，减少损失，制定了如下应急响应措施：

5.1 基坑变形值（变形速率）报警时，应立即停工，分析原因，及时处理，确保基坑安全。

5.2 基坑施工过程中加强监控量测，包括对基坑、坑外土体、地下水、建（构）筑物等的监测，通过监测结果信息化指导施工。

5.3 施工前制定施工风险预案、建立应急抢险机制及风险事故呈报制度，监测数据出现报警时及时分析原因、进行处理，确保桥梁运营安全。

5.4 桥梁变形数值报警时，车站基坑施工应立即停止，并报业主及交管部门，对桥上及桥下交通进行管制，直至风险处理完成，再恢复交通。

6 结论

地铁万寿村站施工期间高架桥的预警监控措施为施工及时提供反馈信息，真正做到了信息化施工，用监测数据指导施工，使施工过程信息化和合理化，确保桥梁的变形、位移始终处于安全可控状态，同时保证施工整体顺利完成。