■吳永泉

（福州地鐵集團(tuán)有限公司，福州 350009）

近年來，城市擴(kuò)張加快了城市周邊的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，臨近高速公路施工時(shí)有發(fā)生，因交叉施工對現(xiàn)有高速公路造成擾動(dòng)影響的事件也時(shí)常被提及。因此， 跨線橋的施工需要通過合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)、周全的施工防護(hù)措施、科學(xué)的監(jiān)控預(yù)防措施、快速的預(yù)警策略來有效的減小乃至消除新建項(xiàng)目給既有路基帶來的不利影響[1]。 路基的狀態(tài)主要涉及路基的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定、變形特征等工作狀況，此外諸如：外界自然環(huán)境與人類活動(dòng)、路基自身的設(shè)計(jì)與施工等都會(huì)直接影響到路基狀態(tài)[2]。 根據(jù)影響因素的來源，大致可以歸類劃分為內(nèi)部因素和外部因素；內(nèi)部因素主要是土體的工程特性，包括：顆粒組成、礦物組成、土體塑性等；外部因素主要是運(yùn)營環(huán)境、車輛荷載以及施工擾動(dòng)所來帶的影響；其中施工帶來的擾動(dòng)與自然災(zāi)害不同，其作用直接改變路基周邊區(qū)域原有地基的應(yīng)力場、位移場，進(jìn)而容易造成路基變形超限甚至失穩(wěn)破壞，因此需要在施工期間開展影響評估。

1 工程概況

F1 線首占站～蓮花山站區(qū)間上跨福州繞城高速公路東南段， 高速公路影響營運(yùn)里程為K102+983.088～K103+133.088，總長度約150 m。 本區(qū)間線位涉及福州市長樂區(qū)首占鎮(zhèn)及鶴上鎮(zhèn)，為岱尖嶺與蓮花山之間相對低洼地段，該段地勢稍有起伏，呈兩端高中間低的形式，但總體較平緩，屬于剝蝕殘丘或低丘地貌單元。 該項(xiàng)目與繞城高速交叉段附近分布上層滯水，主要賦存于第四系表層的人工填土中，填土層由于物質(zhì)組成變化較大， 滲透性變化大，總體上其透水性一般。 里程YDK41+100～300 需上跨既有福州繞城高速及福北路。 涉路段包含140 m 的填方路基以及1 處橋臺(tái)結(jié)構(gòu)。 項(xiàng)目地理位置見圖1。

圖1 項(xiàng)目地理位置

為減少跨線橋施工對高速公路路基的影響，確保高速公路運(yùn)行安全， 采取了專項(xiàng)防護(hù)措施如下：（1）SL46# 墩位于繞城高速K52+500 路基左側(cè)，開挖基坑長20 m、寬10 m、深9 m，基坑采用U 型鋼板樁+型鋼內(nèi)支撐支護(hù)，并在基坑邊上采用集水明排進(jìn)行排水。 （2）SL47#橋墩位于繞城高速南側(cè)邊坡處，設(shè)計(jì)地面標(biāo)高32 m 以上按永久邊坡考慮， 采用二級(jí)削坡，微風(fēng)化巖層處設(shè)計(jì)坡比為1:0.3，采用系統(tǒng)錨桿+護(hù)面墻支護(hù)； 強(qiáng)風(fēng)化巖層處設(shè)計(jì)坡比為1:0.5，采用框架錨桿支護(hù)； 設(shè)計(jì)地面標(biāo)高32.0 以下按臨時(shí)基坑考慮，基坑采用直壁開挖，部分開挖面必要時(shí)采用防護(hù)網(wǎng)。 在基坑邊上采用集水明排進(jìn)行排水（圖2）。

圖2 現(xiàn)場施工及防護(hù)措施斷面圖

同時(shí)，為準(zhǔn)確得到跨線橋施工過程中影響區(qū)段高速公路路基的變形數(shù)據(jù)，還需對該段路基進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，定量評估地鐵橋梁施工對高速路基的影響。

2 安全評估監(jiān)測方案

根據(jù)《公路法》及地方公路路政管理法規(guī)規(guī)定，結(jié)構(gòu)物上跨高速公路施工安全方案須報(bào)地方公路主管部門審批后方可實(shí)施，安全評估監(jiān)測方案以安全第一、快速評價(jià)為原則，確保施工過程中的高速公路結(jié)構(gòu)安全和行車安全， 同時(shí)保證良好通行條件，維護(hù)良好通行秩序。 地鐵的施工不得影響高速公路路基、路面及附屬設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全和高速公路運(yùn)行安全[3]。

2.1 監(jiān)測對象

根據(jù)施工方案，F(xiàn)1 線首占站～蓮花山站區(qū)間上跨福州繞城高速公路東南段，高速公路影響營運(yùn)里程為K102+983.088～K103+133.088，總長度約150 m。（1）路基路面工程：左幅為填方路堤，右幅為挖方路基。 路面采用瀝青混凝土路面。 監(jiān)測范圍為左右幅影響區(qū)間長度，均為150 m，見圖3。 （2）橋梁工程：涉及影響范圍內(nèi)主要是近端樁號(hào)的下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)。目標(biāo)監(jiān)測橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)，配合擴(kuò)大基礎(chǔ)。

圖3 現(xiàn)場施工及防護(hù)措施斷面圖

2.2 安全評估監(jiān)測的主要內(nèi)容

綜合分析現(xiàn)場施工影響范圍路基及橋梁結(jié)構(gòu)的特性，根據(jù)施工方案，為保證各階段施工過程中的結(jié)構(gòu)安全，現(xiàn)場擬定開展以下監(jiān)測內(nèi)容，見表1。采用人工檢查的方式，在本工程項(xiàng)目施工前、施工后對施工影響范圍內(nèi)的高速公路路基、橋梁各開展一次全面檢查。 通過對比分析施工前、后結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化，分析評價(jià)施工對高速公路路基、橋梁的影響。 檢查內(nèi)容包括：（1）路基工程是否出現(xiàn)路基沉陷；重要支擋工程有無嚴(yán)重變形；涵洞有無存在嚴(yán)重開裂、變形；（2）路面工程是否出現(xiàn)粗骨料裸露、唧漿、推移、拱包、裂縫等病害；（3）橋梁工程是否存在支座脫空、橋臺(tái)變形、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫以及基礎(chǔ)沉降等。

表1 各監(jiān)測階段主要監(jiān)測內(nèi)容及目的

2.3 監(jiān)測方法

本項(xiàng)目采用自動(dòng)化與人工相結(jié)合的監(jiān)測方法。 其中位移及沉降的常見監(jiān)測方法有現(xiàn)場接觸式沉降計(jì)法、 靜力水準(zhǔn)儀法和非接觸式機(jī)器視覺測量法。由表2 可知，本項(xiàng)目路基及橋臺(tái)沉降和水平位移的監(jiān)測采用機(jī)器視覺測量，對于路塹、路堤的傾斜角度監(jiān)測采用測斜儀。 本項(xiàng)目擾動(dòng)監(jiān)測測點(diǎn)布置圖見圖4。

圖4 現(xiàn)場監(jiān)測測點(diǎn)布置圖

表2 沉降與位移監(jiān)測方案對比

本項(xiàng)目自動(dòng)化監(jiān)測由傳感層、采集傳輸層以及數(shù)據(jù)管理層組成，框架見圖5。傳感層是由采集結(jié)構(gòu)物物理參數(shù)的傳感器組件組成的，采集傳輸層與傳感層通過有線或者無線的方式連接，將傳感層所感知的數(shù)據(jù)匯總并傳輸至云端， 在云端進(jìn)行計(jì)算，最終可以通過數(shù)據(jù)管理層在遠(yuǎn)程對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。

圖5 同感云結(jié)構(gòu)物監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

2.4 監(jiān)測頻率及預(yù)警值

根據(jù)現(xiàn)場施工情況以及現(xiàn)場擾動(dòng)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)程度，制定監(jiān)測周期頻率，見表3。

表3 項(xiàng)目監(jiān)測頻率

結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及監(jiān)測點(diǎn)預(yù)警級(jí)別，綜合施工巡視、環(huán)境巡視和作業(yè)面狀態(tài)觀察描述等信息，將項(xiàng)目施工的安全狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷和預(yù)警分級(jí)，綜合預(yù)警閥值分為預(yù)警值、報(bào)警值、控制值共3 級(jí)，閥值設(shè)置見表4。 （1）預(yù)警值：“雙控”指標(biāo)（累計(jì)變形量、變形速率）均超過監(jiān)控量測控制值的70%，或雙控指標(biāo)之一超過控制值的85%[3]；（2）報(bào)警值：“雙控”指標(biāo)均超過監(jiān)控量測控制值的85%，或雙控指標(biāo)之一超過控制值；（3）控制值：“雙控”指標(biāo)均超過監(jiān)控量測控制值，或?qū)崪y變化速率出現(xiàn)急劇增長。

表4 監(jiān)測預(yù)警值設(shè)置

針對以上不同的預(yù)警狀態(tài)，在施工中采取相應(yīng)的處理措施，保證施工及周邊環(huán)境的安全可控。

3 監(jiān)測結(jié)果及擾動(dòng)程度分析

3.1 地表沉降

采用非接觸式機(jī)器視覺測量法獲取高速路基的地表沉降。 測得施工周期內(nèi)測點(diǎn)4 累計(jì)沉降值最大，該監(jiān)測點(diǎn)靠近基坑，因此重點(diǎn)對基坑附近的高速路基加強(qiáng)巡視， 必要時(shí)還需對此區(qū)段路基進(jìn)行加固。

由圖6 可知，沉降的變化規(guī)律：（1）施工初期，基坑開挖對土體的擾動(dòng)較大，地表出現(xiàn)沉降；（2）樁基施工，此時(shí)沉降變化達(dá)到最大值；（3）承臺(tái)施工，相對于樁基施工，此時(shí)沉降趨于穩(wěn)定；（4）拔除防護(hù)鋼板，此時(shí)由于支護(hù)解除，相對前一工況地表出現(xiàn)了輕微的隆起，沉降趨于穩(wěn)定。

圖6 上行側(cè)1～6 測點(diǎn)沉降曲線

3.2 地基深層水平位移

采用測斜儀獲取控制點(diǎn)位沿深度方向地基土側(cè)向位移分布，本項(xiàng)目施工期間測得的位移最大值發(fā)生在地表，為路基開挖時(shí)舊路基向基坑的側(cè)向位移。 由圖7 可知，上行側(cè)地基深層水平位移變化規(guī)律為：（1）開挖階段，由于新建工程路基開挖土體卸載造成的應(yīng)力釋放，深層地基土出現(xiàn)向外側(cè)（以既有路基為出發(fā)點(diǎn)）位移，最大側(cè)向位移為24.96 mm，位移速率2.4 mm/d，但由于鋼板樁上部增加了型鋼內(nèi)支撐增加了上部的支護(hù)剛度，上部土體變形受到一定的限制，最大值沒有出現(xiàn)在地表附近，而是出現(xiàn)在埋深4.0 m 附近；（2）成樁階段，受樁體擠壓土體效應(yīng)影響， 地基土出現(xiàn)向既有路基的側(cè)向變形；（3）承臺(tái)及墩柱澆筑階段，側(cè)向位移持續(xù)增加，數(shù)據(jù)在一定時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定， 分析原因在于墩柱澆筑后，新建基礎(chǔ)與既有路基之間的擠壓效應(yīng)達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)；（4）拔除防護(hù)鋼板，側(cè)向位移開始回縮，分析原因在于承臺(tái)、墩柱澆筑后，現(xiàn)場回填了部分土體，對既有路基形成擠壓。 由于回填量較少，土體位移很快形成穩(wěn)定。 施工期間監(jiān)測平均位移速率為1.2 mm/d，滿足新建工程施工過程變形控制要求。

圖7 上行側(cè)地基深層水平位移曲線

3.3 橋臺(tái)沉降監(jiān)測

通過靜力水準(zhǔn)儀獲取橋臺(tái)沉降數(shù)值，測得施工期間橋臺(tái)沉降最大值發(fā)生在基坑開發(fā)階段，隨后在支護(hù)重力式擋墻施工后，在重力結(jié)構(gòu)荷載作用下土體擠壓，橋臺(tái)有所回彈，成樁施工及其后續(xù)施工階段，橋臺(tái)沉降趨于穩(wěn)定。 沉降值及沉降速率均小于限值（圖8）。

圖8 橋臺(tái)沉降曲線圖

綜合以上監(jiān)測指標(biāo)評價(jià)，本項(xiàng)目地鐵跨線橋施工對高速公路路基擾動(dòng)影響評估為安全。

4 結(jié)語

（1）通過對路基的變形監(jiān)測，高速交叉施工工程對既有路基的擾動(dòng)影響不可避免；臨近高速公路施工，需做好影響段的支護(hù)工作，防止高速公路路基發(fā)生較大變形；（2）為保證施工過程中既有路基結(jié)構(gòu)的安全，需進(jìn)行擾動(dòng)影響評估安全監(jiān)測，監(jiān)測方法應(yīng)根據(jù)預(yù)估值以及現(xiàn)場情況選擇適宜的方法；（3）非接觸式機(jī)器視覺測量法，受溫度環(huán)境影響較小，且施工方便，能夠適用于路基表面多點(diǎn)沉降測量，并獲得較好的數(shù)值反饋；（4）綜合多項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)值的反饋， 對交叉施工擾動(dòng)影響結(jié)果做出準(zhǔn)確的評價(jià)。 本工程結(jié)合地表位移、深層水平位移以及橋臺(tái)沉降的參數(shù)，綜合評價(jià)地鐵跨線橋施工對高速公路路基擾動(dòng)影響較小，評估等級(jí)安全。