桥梁顶升技术在地铁近距离下穿桥梁中的应用
闫保华”，曹炜”，卢士军，王克家'，杨辉”，刘海军'，申强²
（1.北京公联治达公路养护工租有限公司，北京101300；2.北京市市政二建设工程有票责任公司，北京100037）
[摘要】道过实际工程介组桥梁顶升技术在地铁下穿桥梁中的应用，采用主动防御控制桥梁沉降的思路，按照沉降变形的现状，动态调整千斤顶布置和顶力分布.网时，采取在地面对既有桥桩周边土体进行深孔注紧加固、梁底粘贴钢板等措连增强桥梁自身抵抗变形的能力，结合监控量测，对桥梁进行分缓防护，并配以相应的梁底裂继开裂整 治方法，确保既有桥梁安全运营.
[关键词】桥梁工程；地铁工程：顶升；沉降：变形控制
[中圈分类号]TU753；U445.7
[文献标识码]A[文章编号】1002-8498（2012）23-0042-05
Application of Bridge Lifting Technology when Subway Undercrossing Bridge withaShort Distance
Yan Baohua' Cao Wei Lu Shijun' Wang Kejia' Yang Hui' Liu Haijun' Shen Qiang²2. Beijing No. 2 Manicipal Contrastion Enginsering Co. Ld. Bejing 100037 Chino) (1. Bejng Gonglian Jied Road Maintensnee Co. Iad. Bejng 101300 Chins;
Abstract ; Combined with actual engineering the authors introduce application of bridge lifting technologyto control the bridge setlement. The jack arrangement and the jack force distribution are dynamically when subway needs to eross under a bridge with a short distance. The idea of active defense was adoptedadjusted aceording to the current situation of settlement deformation. At the same time extra measuressuch as deep hole grouting reinforement attaching steel plate to the bottom of the beam ete to enhancethe ability of the bridge to resist deformation. Combined with monitoring measurement the bridge isclassified into several grades and provided with the corresponding crack treatment method for beam bottom to ensure its safety during normal operation.
Key words:bridges; subways; lifing; settlement; deformation control
挑战.
随着我国地铁大规模建设，必然会遇到地铁近降的问题，通过实践探索出一套桥梁同步顶升技距离下穿既有城市主干道立交桥的实际问题，这些术.顶升控制的核心是“因势利导”，按照桥梁沉降 穿越问题直接关系到交通主动脉的通畅，在建工程变形的现状，动态调整千斤顶布置和顶力分布，主的施工安全、工期等，对地铁建设和发展提出新的动防御控制桥梁沉降的发展；同时，采取在地面对既有桥桩周边土体进行深孔注浆加固，梁底粘贴钢板等措施，增强桥梁自身抵抗变形的能力，结合监裂缝开裂整治方法，确保既有桥梁安全运营. 控量测，对桥梁进行分级防护，并配以相应的梁底
地铁下穿桥梁常采用桥桩托换的加固处理方桩后将既有承台扩大，然后对既有承台和新承台之 法，即在既有承台两侧施作深于地铁结构底板的新间进行植筋处理，组合成一个扩大了的新承台，提高了基础的整体承载力.由于需要疏导交通，且桥桩托换施工工期较长，对于工期要求紧的工程此种 方法不太适用.
1桥梁顶升技术的工作原理及PLC液压控制系统
1.1桥梁顶升技术的工作原理
桥梁结构具有体积大、自重大且分布不均、有整体、均匀顶升的关键.顶升时接触点会产生变 效面积大等特点，顶升点是否布置合理是结构能否形，多点决定一个变形的平面，顶升面会有多个稳定位置.当某个或某几个顶升点受外界扰动时，顶升面会由当前的稳定位置转移到另一个在误差容
针对工期要求紧，且既有桥梁已经发生一定沉
1.2PLC液压控制系统
2.1工程概况
万方数据
许范围内的稳定位置.顶升点越多，顶升面刚度越好.同时多点顶升时，刚性面会无法避免地出现 大，变形会越小，能稳定的位置就越多，稳定性越“虚腿”，即某个或某儿个顶升位置的千斤顶不能完全吃力，而顶升位置的干斤顶承受比预期大的力，在施工时需要采取措施消除“虚腿”现象.因此，顶 升个数的选取既需保证顶升面达到足够的刚度，又需使各个顶升位置的千斤顶所承受的力在允许的范围内.
为了使桥梁顶升过程安全顺利，稳妥的做法一般为预顶升、称重、顶升、持荷和负载5个步骤.
PLC液压控制系统是通过计算机软件控制液压泵站和液压元件，输人指令控制液压千斤顶，按照结构的实荷重，通过力的平衡自动调整各台千斤顶的顶升力，在施工过程中保持各顶升力的平衡，保 证各顶升点所需的顶力值与实际提供值能够相符，使顶升过程中结构受到的附加内力最小.同时干斤顶根据分布位置进行分组，与结构各控制点的位移传感器组成位置闭环路，保证顶升过程各千斤顶 的同步精度达到±2mm.计算机屏幕上能实时监测到传感器的千斤顶压力变化和顶升距离，便于技术人员及时调整控制结构的鉴态和位移，是一种力和位移双闭环综合控制的顶升方法.
2PLC液压顶升技术在地铁近距离下穿桥梁工程 应用实例
某南北向城市立交主桥为3跨预应力混凝土连续箱梁桥，跨径为（323732）m.全桥横桥向分 为东、西两幅桥，全桥宽28.30m.上部采用单箱双室结构，纵向设有黏结预应力束；下部结构采用柔性墩设计，盆式固定支座，桩基础，每增设4根，桩径1.2m，桩长20m.该桥已运营17年，且位于城市主干道.
现需修建东西向布置的地铁车站正交下穿该桥，采用暗挖“PBA”法施工必须近距离下穿，其中主体结构外皮距离既有花园桥桥桩外皮1.53m，围护桩距离桥桩外皮0.68m，上层小导洞距离桥桩外皮仅为0.08m.桥梁断面以及与车站的位置关系如 图1~3所示.
地铁站工程范围内地形基本平坦，主体结构主要位于卵石层，局部位于粉质土层和粉细砂层.地表以下赋存2层地下水，即层潜水和层间潜水.由于交通疏解等原因，原计划车站主体结构施工前 采用的桥桩托换的桥梁保护措施工期较长，无法保证车站主体结构在预定期内完成施工，面且在远离
图1桥梁与车站隧道结构 横断面关系（单位：cm）Fig.1 Cross-seetion relationshipbetween bridge and station tunnel (unit; cm)
图27.8号轴桥断面（单位：cm）Fig. 2Bridge deck of axis 7or 8(unit: cm)
图3桥桩与车站隧道结构横 新面局部示宣（单位：m）Fig. 3 Local cross seetion ofpier and the station tunnel ( unit : m)
桥桩的1，2，5.6号导洞先后穿桥后，发现梁体出现较多底板横向弯曲裂缝、腹板斜向剪切裂缝以及局 部网裂，近车站一侧8号歌出现一定的沉降，与远离车站的7号墩产生一定的差异沉降，为此，紧急采用了PLC液压顶升技术，同时采取梁底粘贴钢板等加固措施，结合监控量测对桥梁进行分级防护.
2.2地下施工前对桥梁保护措施
2.2.1土体深孔注浆加固
在导润施工前，为提高基础承载力，在地面对既有桥桩周边土体进行深孔注浆加固.注浆范围28mx7m，注浆孔间距0.8mx0.8m.为保证注浆
效果，注浆顺序为先外后内，外侧形成止浆墙后方可进行内侧注浆.注浆液采用单液水泥浆，注浆压 力控制在1~2MPa.
2.2.2加强围护桩
加强围护桩配筋，兼起隔离桩的作用.过桥桩段前后5m范围内取消下导洞施作，围护桩直接嵌 人卵石层，嵌固深度7.2m，且围护桩施工隔4挖1，围护桩浇筑完成后方可进行第2根桩的开挖.
2.2.3近桥侧增设临时仰拱
近桥侧3号导润为防止在导洞断面开挖过程中时仰拱采用2120a，弯成圆弧形，半径为42m，通过设 引起侧向土体松动，在导洞中部增设临时仰拱.临在工字钢中间的高强螺栓（10.9S）拧紧对临时仰拱施加预加力.
2.3桥梁顶升设计和施工
2.3.1顶升的作用
由于既有桥桩距未施工的3，4号导洞过近，且桩底位于待建车站基底以上，3，4号导洞穿越及车站主体施工时桥桩必然还会产生沉降.为保证该桥7，8号墩处梁体安全，在桥墩基础已发生沉降的 条件下，将7.8号墩处梁体先预支顶，使梁体的受力状态得到一定程度的恢复，为后续施工提供沉降储备，当后续施工中桥墩又发生沉降时，沉降多少顶起多少，尽量减少上部结构梁体受桥墩变位影响.
2.3.2顶升设计
1）顶升设计思路
总的设计思路是：施工临时支撑一顶升梁体→梁体落至临时支撑一待沉降稳定后再进行支座复位施工.先对7，8号墩原桩承台进行植筋，扩大组 合成一个新承台，在新承台上各浇筑2根哑铃形钢管混凝土柱，预先在临时墩上放置好支座垫石；利用同步顶升系统将7，8号墩东、西两幅梁体同时顶升，使梁体原支座上、下盆脱离，顶升位置如图1所座，并垫钢板，然后卸载千斤顶、使梁体由临时支座 示；当达到预计顶升量时，在临时墩垫石上放置支支撑.临时支撑设计如图4所示.
2）顶升设计
7.8号墩梁底进行顶升，分3次顶升梁体至8mm（3. 第1次顶升：此次顶升桥梁上部需中断交通，对3.2mm）.调平钢板调整到位后放松千斤顶，将梁安放在支撑立柱上，此时梁体提升大约5mm.第1次顶升完毕后，应对桥梁加固，主要是梁体粘钢加固及裂缝封闭.
沉降超限后再顶升：若施工过程中承台沉降>3mm，需再次顶升，但循环次数应≤3次，承台的总沉降应≤10mm.
万方数据
图4临时支撑设计（单位：cm）Fig. 4 Design of temporary support (unit; cm)
待沉降稳定后再进行支座复位施工：①原支座下填充钢板：启动千斤顶，重新顶升箱梁，再用相应厚度的钢板填充原盆式支座下垫板下方的间. ②下放梁体至盆式支座上，落梁，梁体复位.③梁体复位后的要求：调整后的梁标高为3~5mm（地铁施工前的初始标高为±0.000）.④支座复位完成后，应对钢板与墩顶之间的缝隙注入粘钢胶.5峻工收尾：标高调整完成后，拆除临时支撑，拧紧下垫 板地脚螺栓.
3)顶升前的工作
桥梁现况调查：①支座现况调查经过支座调查和现场实际测量，支座上部钢塞塞人盆内约 30mm，上、下垫板厚30mm，调查结果为盆式支座钢塞与盆体为脱离设计，在预顶升阶段进一步验证盆式支座钢塞与盆体是否脱离：②清理边跨端部连续梁两端为挂梁，检查牛腿与盖梁间的间隙，防止有杂物堵塞，若存在应进行清理.
梁体放置临时支撑上的相关计算：①横梁计算梁体放置于临时支撑上时，预应力端横梁下缘为压应力，上缘产生拉应力，最大值为1.7MPa，但上缘设有双排28钢筋40根，故故置临时支撑上后，7，8 号墩处的端横梁满足规范要求.②墩柱计算墩柱由压弯构件变成纯弯构件，墩底抗弯承载力降低，经过计算水平制动力产生的弯矩小于墩柱底的抗弯承载力，满足规范要求.
2.3.3顶升施工方案（见图5）
支座在顶升中应注意的问题如下：
1）第1次顶升前，要用Q235钢筋或钢条将支座四角上、下垫板焊接，使盆式支座上、下部分连成整体，同时将下垫板上的地脚螺栓放松.
下垫板是否已经脱离墩柱顶部的混凝土，若未脱 2）顶升第1级完成后，千斤顶停止工作，观察离，要用绳锯切割下垫板底部的混凝土，使下垫板与墩顶脱离，同时应保证地脚螺栓不受损伤.
3）顶升至最后一级完成后，千斤顶停止顶升，
2.3.4顶升施工过程
2.3.5顶升施工监测
Fig.5 Scheme of lifting construction 图5顶升施工方案
临时支座上调平钢板调整到位后放松千斤顶，将梁体落至临时支撑之上，同时在墩顶与盆式支座下垫板之间填塞钢板.
的连接钢材. 4）待支座复位完成后解开连接上、下垫板支座
考虑到安全储备及千斤顶的对称布置，每个墩柱两边对称布置12台200：千斤顶.半幅整座桥共布置24台千斤顶，支顶位置如图1所示.
为了稳妥起见，必须测试顶升施工的效果，首先进行了一次试验顶升，于凌晨开始分3级顶升，分别为3，3，2mm，一个墩柱的顶力控制值为11000kN.8-1号墩最大顶升量5.10mm，但卸载后 由于支座压缩、钢板间空隙压缩等原因，绝对顶升量接近0.本次试验顶升没有实现预定目标.
吸取第1次支顶的教训，对顶升位移进行了调整，分4级加载，7，8号墩同时顶升，8号墩顶梁体（东、西幅平均）.卸载后梁体置于临时墩后回落至 绝对标高变化量在第4级加载后升至10.94mm5.18mm（回落接近一半）.
通过对结构位移、应力、裂缝等项目严密监测，实时分析指导施工，避免由于结构理论与实际的偏 差、顶升设备的失误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.
监测内容包括：①梁底绝对标高变化量监测；②增底绝对标高变化量监测：③梁底与墩顶相对位移监测：④桥墩弹性伸缩量测量：梁体主控截面 应力监测：墩柱应力监测；梁体结构裂缝监测.
监测结果：①8号墩顶梁体绝对标高变化量在第4级加载后升至10.94mm（东、西幅平均），卸载后梁体置于临时墩后回落至5.18mm（回落接近一
半）：②墩底绝对标高基本无变化：③卸载后8号墩顶梁底与墩顶相对位移为5mm左右，表明梁体已经 顶升到位，说明此次顶升到达预期目标：桥缴弹性伸缩量最大0.8mm，小于设计控制值1mm；5梁体主控截面应力变化微小，这是由于主跨两端顶升较小：6墩柱应力变化微小，<10个微应变（约合 同步，结构受力较小，也表明桥粱结构受顶升影响0.3MPa）；②梁体结构原裂缝开合变化较小，裂缝巡视未发现明显发展. 2.4支顶后梁体粘贴钢板加固 2.4.1加固思路 1）对已有裂缝注胶封闭. 2）粘贴钢板增加桥梁极限承载力. 3）为消除钢板的初始变形，在铜板带端部设置了铺固设施，用紧固器对粘贴的钢板带施加一定的 预拉力后，再固定在铺固设施上，最后拆除紧固器. 4）为提高抗剪能力，在中跨L/4，3L/4区城两侧板斜裂缝部位粘贴L形钢板. 5）为防止桥下行车刮踏粘贴的钢板，在外侧梁底设置防撞角钢. 2.4.2加固施工措施 植人锚栓钻孔时可能碰到钢筋和预应力钢纹线波纹管，损坏钢籍或波纹管.为了避开这些位置，由于探测相当固难，采用地质雷达扫描和钢筋扫描仪结合的办法，对已经现场放线的锚栓位置附 近区域进行钢筋探测，现场标注锚栓周边钢筋纵横分布网格.根据现场标注的钢筋网格，将错栓位置作适当调整，是免钻孔时损坏钢筋和波纹管.钢筋和波纹管探测如图6所示. 图6铜悠和波纹管探测示意Fig.6 Detection of steel aad corrugated pipe 2.5顶升施工后桥梁分级预警防护 顶升施工后对桥梁进行分级预警防护，当沉降过大时再次实施顶升. 1）监测控制指标①承台竖向不均匀沉降控制值<5mm：②纵桥向和横桥向基础平移及倾斜指标为55169x≤4mm. 2）预警防护①超过控制值的70%时，黄色监 测预警：②超过控制值的85%时，橙色监测预警：③超过控制值的100%时，红色监测预警. 2.6顶升施工效果 日期/（月-日) a 桥增沉降 图7桥墩沉降与梁底标高变化曲线Fig. 7 Curve of bridge pier setlement and girderbottom elevation change 桥梁顶升完成后，8个月内进行了3号导洞近距离下穿桥桩、地下土方开挖、主体结构施工等. 桥墩沉降监测数据变化平稳，最大沉降2.08mm，1个月内的沉降速率均<0.04mm/d，已基本稳定，如图7a所示；梁底标高数据变化平稳，8-1号墩顶支顶 （上接第33页） 络、泵站电子控制单元、传感器控制单元. 7顶推工序要点 7.1顶推 至R=90000m的顶推标高线上；由配在顶升系统 启动顶推设备，竖向支撑油缸将梁拱同步顶升上的压力传感器检测到的压力值转换成支反力值，然后以该值的换算值为顶推油缸设定压力，顶推油缸在要求的压力下提供顶推力，并且控制桥墩上两侧顶推油缸同步顶推，整个顶推过程的监控应以应 力和应变控制为主、标高控制为辅的原则进行. 7.2前导梁过墩 导梁前编为阶梯状结构，利用辅助千斤顶抬起导梁前端上墩，导梁与辅助千斤顶在顶推装置及临时滑道上前进. 7.3尾部离墩 未安装后导梁时，以“V”形墩顶梁为临时导梁，其离墩时会出现尾编下挠，根据分析，尾部最大下挠19.5cm.因此，顶推过程中在尾部将离墩时，前 3结语 参考文献： 7.4拆除导梁 8结语 参考文献： 完成时标高5.640m（地铁施工前标高为±0.000），监测标高为5.400~7.150m，8-2号墩顶支顶完成时 标高4.70m，监测标高4.590~6.160m，如图7b所示；事先保留的8条封闭裂缝未进行涂剧，监测表明裂缝未重新开裂.待地下结构施工完毕，沉降稳定后，再将梁体落回已垫高的原盆式支座内. 顶升技术是一种主动防御变形控制措施，按照桥梁的变形现状，动态调整千斤顶顶力，达到了控制沉降发展的效果.然而地铁紧贴桥桩下穿是一个特例，因破坏了桩侧摩阻力和桩底承载力造成墩 台下沉面导致梁体开裂，虽然采用紧急顶升和梁体与基础加固等应急之策，但造成的损伤和日后沉降具有不确定性.因此，在地铁下穿施工前应超前规划，尽量减小对既有建筑的影响. [1]杨广武.地下工程穿越既有地铁线路变形控制标准和技术研[2]周正字，苏洁，浅埋暗挖法穿越既有桥梁的施工风险控制 究[D].北京：北京交通大学，2010.[J].北京交通大学学报，2012（3）：12-18.[3]黄跃平，周明华，资明，等、预应力连续箱梁弯桥整体同步顶 升纠扭与加固[J]施工技术 2008 37（4）：27-28 30.[4]李杰，陈淮，未建强，牡丹桥引桥文座更换方案硕究[].施[5]赵洪香，南大桥主引桥顶升工程监测与分析[D].资南：山 工技术 2009 38(S2) ：252-256.[6]林歌雄，要海波，桥梁顶升技术的探讨[J].广东建材.2008 东大学，2012(10) :65-68. 方顶推墩利用竖向千斤顶将主梁顶起20cm，使尾部脱离顶推装置，待尾部离墩后再落回主梁，继续顶推施工. 前导梁分4节，顶推到位时，受空间限制，需逐节拆除逐段顶推到位.后导梁分4节，顶推到位后再分段拆除. 到成功应用，安全平稳地完成了顶推工作，积累了 步履式多点连续顶推方案在杭州九堡大桥得丰富的经验，开辟了新的技术领域. [2]悦庆兴，王最区，起重输送机械图册：超重机械[M]，北京：机 [1]徐票，机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1991.[3]魏明钟，钢结构设计新规范应用讲评[M].北京：中国建筑工 械工业出版社 1992.业出版社，1991.[4]余敏年，起重运输机电气传动[M].成都：西南交通大学出版 社，1989.[5]马水辉，工程机械液压系统设计计算[M].北京：机械工业出 版社 1985.[6]雷天觉，液压工程手册[M].北京：机械工业出版社，1990.
