维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌ６卷第２期 ２００２年６月 ＶＯ１．１６ ＮＯ．２ Ｊｕｎｅ ２００２ 既有高架桥的检测评估方法及桩基托换的施工监测 ／、／Ｖ黄力平 ｆ （深圳市地铁有限公司，深圳５１８０４９） 摘 要 Ｓ 关键词 ｏ 介绍了深圳地铁一期工程老街站至大剧院区间隧道的东段穿切广深铁路三线高架桥时，对既有铁路桥 既有线；铁路桥；检测评估；施工监测 的检测评估方法及桩基托换工程的施工监测设计。 中图法分类号：ＴＵ４７６．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—３１５２（２００２）０２—００６８ ０５ 土 ｇ亡 （１）隧道施工前沿区间线路在地面对隧道拱顶 土体进行旋喷加固，洞室内上线采用小导管注浆、大 管棚超前支护、小断面快速封闭衬砌等措施，下线隧 道内石方开挖采取控制爆破技术，并辅以其它防坍、 防止地面下沉的技术措施，以减少对地面道路、建筑 物、地下管线的影响； （２）铁路桥桩基抗托换前需先进行地面旋喷加 固，对受影响的桩基进行托换后，再进行暗挖施工。 １工程概况 基 础 深圳地铁一期工程老街站至大剧院站区间隧道 ａ 的东段总长２５８．３ｍ，由于受沿线既有建（构）筑物 的，采用了国内外地铁工程尚无先例的单洞双 层直墙拱形断面（隧道宽６．２ｍ，高１２～１４ｍ，拱顶 埋深ｌ２～１６ｍ）、左右线上下重叠的结构形式，采用 上洞先行、下洞跟进的暗挖正台阶工法施工。 广深铁路桥桩基托换采用主动托换法，即将托 换梁设于铁路桥承台下，托换时在托换粱和新桩之 间设置加载千斤顶，利用千斤顶加载使上部结构有 该段区间隧道在里程ＳＫ２＋０３５～＋０５５处穿 切广深铁路三线高架桥２２号桥墩第一线四桩承台 下的１根桩及２１号桥墩第二、三线四桩承台下各４ 根桩和牵引电杆桩１根（既有桩均为ＰＨＣ摩擦管 桩，桩底高于隧道底面）。其中２１号桥墩一边为跨 度长１０．６５ｍ的四跨连续梁的边跨，另一边为简支 梁；２２号桥墩两边均为简支梁。区间隧道施工前需 微量顶升位移，同时使新桩的大部分沉降位移通过 顶升时的预压完成，从而通过主动加载将作用在原 结构桩上的荷载经托换梁移 新桩，且原桩顶升值 和新桩沉降也得到有效控制。桩基托换的主要施工 步骤如下：土层加固一架设钢支架、满堂红支撑一托 换粱施工一桩顶与托换粱逐步预加千斤顶力一锁定 要对广深铁路高架桥受影响的桩基进行托换。 本段区间隧道地质条件较为复杂，地层的竖向 分布呈现上软下硬的特点：上部为人工填±层、海冲 积饱水砂层、残积层，以下为花岗岩，在里程ＳＫ２＋ ０５０附近发育有一高角度正断层。隧道洞身周边大 千斤顶一、在新桩与托换粱间做好支垫一逐步切断 旧桩一初步完成力的转换和桩的沉降变形一在变形 取得稳定后，隧道开挖、衬砌结构一对托换结构变形 进行一隧道施工完成，托换梁与新桩形成整体 结构，完成桩基托换工程。 对既有线铁路桥桩基托换及在其下进行暗挖隧 道施工，必须在施工前对广深铁路高架桥既有状态 部分为Ｉ～Ⅱ类软弱、破碎围岩，施工难度及风险较 大，施工进度受到。地下水埋深１．７～４．２ｍ， 为孔隙潜水及基岩裂隙水，主要补给来源为大气降 水及布吉河，补给快而且水量丰富。 综合考虑本段区间隧道的地质条件、环境条件、 施工工法等因系，隧道施工采取以下综合措施： 进行检测评估，并建立实时监控系统，对施工过程进 行严密的全程监控量测，实施信息化施工，以及时反 馈信息，调整变形，指导设计、施工。 收稿日期：２００１—０７—０４ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 黄力平：既有高架桥的检测评估方法及桩基托换的施工监测 ６９ 振频率及振动幅值。通过这些参数的验测，依据规 ２ 广深铁路桥既有状态检测方案设计 ２．１检测评估的主要参数 检测参数主要是选择一些能反映桥梁的基本状 况，又对桩基托换及隧道施工较为敏感的参数，主要 包括：１）桥梁线形：梁体标高、墩顶标高和墩身垂直 度；２）桥梁外观：梁体和墩身裂缝调查，支座状态调 查；３）桥梁自振特性：梁体横向和竖向自振频率；４） 范对桥梁的现有技术状况作出综合评定。 ２．２检测评估的主要方法 ２．２．１线形测量 线形测量的内容包括：梁体的标高、墩顶标高、 墩顶垂直度。具体做法为在铁路桥梁体１／４、１／２和 ３／４跨度处的底面设置永久测量标记，选取３：（）（】～ ６：Ｏ０之间桥上无列车通过的时间测试梁底标高、墩 顶标高及墩身垂直度。线形测量测点布置如附图１ 所示。 桥梁的振动Ⅱ向应：客车和货车动荷载作用下梁体跨 中的横向及竖向强振频率及振动幅值，墩顶横向强 静力式水准仪 １８＃ 图１线型测量标记点、墩桩沉降观测点 ２．２．２桥梁检查 ２．２．３桥梁自振特性 桥梁检查主要是针对桥梁的缺陷及损伤进行全 面细致和深入的现场调查，掌握桥梁各个构件的技 术状况。主要包括墩身和梁体的裂缝调查、支座状 态调查和桥上设备调查，并作详细记录。 （１）裂缝调查 桥梁自振特性是判断桥梁整体技术状况的重要 参数。桥梁自振特性的测试采用敲击法，在结构上 施加激振力，采用单点输入、多点输出的方法进行模 态识别，分别桥梁梁体及桥墩的竖向、横向自振频率 及阻尼系数。其原理、方法和测点的布置如图２所 示。 裂缝调查的对象包括梁体和墩台，从１７＃墩至 ２４＃墩共七跨。其步骤是：１）在每条裂缝的起点和 终止作出标记；２）进行裂缝编号；３）量出裂缝在结构 上的位置、走向、长度、分布情况及特征，并用坐标纸 ２．２．４桥梁强振测试 测试客、货车作用下梁体及墩台的振动响应，主 要包括梁体跨中竖向、横向强振频率及振动辐值，墩 绘制裂缝展示图，记录及温度；４）同时用刻度放大镜 量出裂缝起点、中点和终点的宽度；５）选取受力裂缝 和较大裂缝用超声法测量裂缝的深度。 （２）支座调查 支座调查主要是实测支座的位置。检查支座的 顶横向强振频率及振动辐值，测试对象为２０号、２１ 号桥墩及其梁跨，测试２４小时过往列车下的振动响 应，评定桥墩和梁体的工作状态，振动测试点布置见 图３ 使用状态及损伤情况。记录支座的纵横向偏位和检 查日期、温度，对支座的工作状态和损伤情况也进行 记录，并采用数码照相机记录。 （３）桥上设备检查 桥上设备检查包括桥上线路、人行道及栏杆等。 主要内容包括：１）线路与桥梁的相对位置，选取每一 跨的两端及跨中三个断面进行测量；３）道渣及轨枕 状态是否符合要求；３）人行道及栏杆的状态。 图２桥梁自振特性测试 维普资讯 http://www.cqvip.com ７０ 土工基础 ２００２ 估量，如果墩柱发生水平超量位移，后果同样严重。 墩顶沉降和位移监测包括墩顶竖向沉降及顶升 监测，墩顶水平位移（纵向和横向）监测。在整个托 换工程的每一施工步骤，均应进行本项监测。主要 包括：施工前原始状态的观测．新桩施工、上部荷载 从支座转换至临时支架、开挖基坑施作托换梁、施加 千斤顶顶力进行主动托换直至托换工作完成、地铁 图３桥梁强振测点布置图 区间隧道开挖过程中的监测等。 （１）墩顶沉降监测 对２１、２２号墩及其相邻墩进行监测。采用ＹＩ 一 ３桩基托换工程的施工监测设计 本工程施工监测设计主要体现以下基本思想： 即施工监测、施工工艺和施工组织设计密切相关，施 １００型静力式水准仪，选取距离工点较远的墩桩作 为沉降参考点。广深铁路高架桥的三条线路共设置 １８只静力式水准仪，测试系统如图１所示。 整个监测系统由传感器、采集模块、计算机和数 工监测一方面要保证施工各阶段结构始终处于安全 状态；另一方面，根据监测数据的分析，对施工中结 构的变形和受力进行有效地预测和控制，及时修正、 据处理分析软件组成，在施工过程能够进行定时、自 动、全程智能化监测。 改进施工工艺，做到信息化施工。监测设计尚应体 现技术与经济的有机结合。 ３．１施工监测的内容及控制标准 施工监测主要包括三个部分内容：１、上部结构 （２）水平位移监测 对２１、２２号墩墩顶水平位移进行监测．采用瑞 士ＬＥＩＣＡ ＴＣＡ１８００型全站仪观测，测试精度０． １ｍｍ，可以得出三维位移状态，除了纵向、横向位移 以外，垂直位移也可以作为沉降测试的参考。本项 监测的ｎ，－Ｊ＇Ｎ及频率，可以根据工程需要进行调整，在 施工关键时段，应加密观测，也可进行长期观测校 核。 及托换结构的变形监测；２、托换结构的应力状态监 测；３、托换前后上部结构的动力特性监测。 根据设计单位、产权单位等有关专家的多次研 讨，制订本工程的施工监测控制标准如下： （１）在桩基托换工程开始，直至旧桩切除的全过 ３．２．２托换大梁挠度监测 主动托换过程中，托换大梁的受力状态比较复 杂，为保证托换大梁的安全可靠，需要对托换大梁的 实际受力状态和挠度进行监测。 采用百分表位移计测试梁体的挠度，精度０． 程中，被托换柱的最大允许沉降控制在３ｍｍ，顶升 控制值为２ｍｍ； （２）在暗挖隧道施工开始，直至暗挖隧道变形稳 定的全过程中，被托换柱的沉降警戒值为６ｍｍ，最 大允许沉降值８ｍｍ，且沉降速率≤０．２ｍｍ／ｄ； （３）在桩基托换和暗挖隧道施工过程中，建筑物 １ｍｍ，由于托换大梁邻近无合适的参考点，可以采 用一小型钢梁固定于墩柱承台上作为参照物，百分 表安装在钢梁与托换大梁之间，如图４所示，每个托 换大梁采用５只百分表位移计。 ３．２．３新桩桩顶沉降及位移监测 主动托换要求通过千斤顶将上部结构荷载传递 的倾斜控制值为１／１０００； （４）托换结构的位移、应力变化的量测精度需要 满足一定的要求，位移量测精度为０．１ｍｍ，应变量 测精度１×１０～。 ３．２结构位移监测 结构位移监测包括被托换桩上部墩顶沉降和水 平位移监测、托换大梁的挠曲监测、新桩桩顶的沉降 和水平位移监测。 至新桩，使新桩在短ｎ，－Ｊｌ司内完成大部分沉降量，根据 实测桩顶的沉降曲线判断沉降是否趋于稳定；而且 地铁区间隧道开挖将会引起新桩桩侧士压力和摩阻 力的改变，新桩可能发生水平位移，也通过变形观测 测定新桩的状态。 ３．２．１墩顶沉降和水平位移监测 墩顶沉降量的监测与控制是确保结构安全的关 键，如果墩顶发生超量的沉降（或顶升），必然会影响 上部结构广深铁路桥的运营安全，带来的损失不可 （１）桩顶沉降监测 在新桩桩顶与托换大梁之间安装百分表．测试 相对沉降量，测试精度０ １ｍｍ，参见图４。结合托 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 黄力平：既有高架桥的检测评估方法及桩基托换的施工监测 ７１ 换大梁的挠度及上部墩柱沉降的测试结果，可以得 出新桩桩顶沉降量的实际值。根据沉降一时间曲 线，可以判断新桩的沉降情况，确定沉降完成点。 （２）桩顶水平位移监测 在新桩桩顶设置全站仪测点，测试桩顶三维位 移状态，测试精度０．１ｍｍ，可以作为新桩水平位移 测．２、４、５号新桩相对隧道较远，可以不作监测。在 施作新桩时预埋ｄ９１０全桥式钢筋汁，测试精度为 １ｕｅ．从桩底至桩头共６个测试断面，每个断面４只， 如图４所示。从施加顶力开始主动托换，到区间隧 道开挖．需要进行长期监测。 （２）托换大梁的应力监测 托换大梁是托换结构中实现荷载转换的主要构 件，在荷载转换的过程中，托换大梁的受力状态比较 复杂，其安全性直接关系到整个结构的安全。 选取被托换桩承台下和跨中两个测试截面，每 个截面在施作大梁时预埋１０只 全桥式钢筋计， 如图４所示。在托换大梁张拉预应力阶段，可以实 测混凝土受压状态，控制预应力张拉。在主动托换 施工及区间隧道开挖阶段，监测梁体应力状态是否 处于安全范围，以及梁体是否开裂。 安全控制，沉降测值可以作为桩顶沉降监测测试的 参考。 ３．３结构应力监测 结构应力监测包括托换新桩的应力监测、托换 大梁的应力监测。 （１）新桩的应力监测 新桩的应力状态比较复杂，可能受弯和受剪，必 须实测新桩的应力，适时采取相应的工程措施，确保 工程安全。选取接近隧道的１、３和６号新桩进行监 Ｌ１ 陶 Ｉ ｌ 托换大集 ｋ‘ ｆ ＬｚＩ ｎ ｌ ｆＩ Ｊ．Ｊ 钢筋应力计测点 Ｌ —— ｌ ｌ托 ｚ２ —— ／，—、、、、 ｚ截面 区间隧道 换 ｚ３ —— ｚ４ 新 —— ｚ５ 、、———．．／ 桩 —— ｚ６ —— ●ｒ］ ———————＿＿一 Ｌ截面 图４桩基托换全过程监测点布置 ３．４桥墩振动监测 托换施工前，测试２１、２２号墩的水平（纵向、横 向）自镇频率，并测试列车动荷载下墩台的横向振 幅。 在托换过程中、托换完成后以及区间隧道完成 后，进行同样项目的测试。根据测试结果对比可以 桩基托换改变下部基础结构，必然会引起上部 结构动力性能的改变。而墩桩振动特性的变化影响 桥上行车的安全性，这种影响的性质和程度必须通 过实测来确定。振动频率的减小和振幅的增大对行 车安全是不利的，通过实测托换前、托换过程中、托 换完成以及区间隧道完成后被托换墩柱的动力特 性。可以判断桥墩的动力性能是否满足桥梁检定规 范的要求。 确定托换对墩台振动的影响，判断墩台振动特性是 否满足桥梁检定规范的要求，以及是否需要采取附 加工程措施。 维普资讯 http://www.cqvip.com ７２ 土工 基础 ２００２ 方案设计及桩基托换工程施工监测设计的原则、方 ４结语 本段区间隧道所处的工程环境条件及地质条件 较为复杂、施工难度大、技术要求及风险性高，隧道 的结构形式及广深铁路桥桩基托换采用的“主动托 换、变形控制配套技术”在国内地铁工程中尚属首 法、项目、参数。目前该工程按以上检测评估方案及 施工监测方案正在实施之中。 参考文献 １ 吕康成主编．隧道工程试验检测技术［Ｍ］北京：人民交通出版 社．２０００． 次，无论从设计、旌工的角度均是一个全新的、富有 挑战性的课题。 ２李夕兵，冯涛主编．岩石地下建筑工程［Ｍ］．长沙：中南工业大 本文针对该工程，介绍了既有线铁路检测评估 学出版社．１９９９ Ａｐｐｒｅｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｌｅｖａｔｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｒｏｕｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｐｉｎｎｉｎｇ ｏｆ Ｐｉｌｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｈｕａｎｇ Ｌｉｐｉｎｇ （Ｓｕｂｗａｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８０４９） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｌａｏｊｉｅ ａｎｄ Ｄａｊｕｙｕａｎ ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｍｅｔｒｏ ｐｒｏｊｅｃｔ（Ｐｈａｓｅ １）ｉｓ ｕｎｄｅｒ—ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ—ｂｒｉｄｇｅ ｆｒｏｍ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｔＯ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｘｉｓｔｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｕｎｄｅｒｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｈｅｒｅｉｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｒａｉｌｗａｙ—ｌｉｎｅ，ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ，ｓｃｈｅｍｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ。ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ 上接第６４页 Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｌｏｐｅ ｄｉｓｕｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｈｏｎｇｋｏｎｇ ａｓ Ｂｏｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｈｕａｎｇ Ｘｉｎｇｑｕｅ （Ｅａｒｔｈ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｈｉｎａ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｂａｉｊｉｎ，１０００６２） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｉｓ ａ ｐｏｐｕｌａｒ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｏｒｋｓ．Ｍａｎｕａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ａ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｗａｙ ｔＯ ｓｏｌｖｅ ｓｕｃｈ ａ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｌｏｐｅ，ｔｈｅ ａｎｔｏｍａｔｉｃ ｍｏｎｉｆｏｒｉｎｇ ｗａｙ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ． ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｌｏｐｅ，ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
