在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法

2023-04-24 23:03:01

專利名稱：在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法
技術領域：
本發明涉及一種控制橋梁變形的方法，更具體地說，涉及一種在橋梁的基礎附近(包括在基礎之下)建造隧道時控制橋梁由於基礎的下沉而發生變形的方法。
背景技術：
隨著城市軌道交通的日益網絡化、規模化，軌道交通和市政設施同步快速發展，軌道交通之間、市政隧道(如電力、熱力隧道)與既有橋梁的基礎之間的空間交叉不可避免， 周圍環境或者建築設施等方面的限制又不得不使隧道與橋梁的位於地表以下的基礎採用近距離或緊貼的交叉穿越方式。城市軌道交通的發展，使得對橋梁的各部分的沉降及變形提出了越來越嚴格的要求。在橋梁的基礎附近(包括在基礎之下附近)建造穿越橋梁的隧道時，如果設計或施工處理不當，則也可能降低橋梁的耐久性，甚至影響橋梁的正常使用或是沉降過大造成橋梁的坍塌。在現有技術中，在橋梁的基礎附近建造穿越橋梁的隧道時，一般採用在地下洞室中暗挖施工的淺埋暗挖法施工方法，並且在施工過程中需要採用多種輔助措施和圍巖加固技術，以提高圍巖的自承能力。開挖後及時構築支護裝置，並將已挖的隧道封閉成環形，使其與圍巖共同作用形成聯合支護系統。這種支護系統是一種抑制圍巖發生過大變形的綜合配套施工技術，目前廣泛應用於城市地下工程的施工過程中。淺埋暗挖法施工方法一般應用在城市地區的鬆軟地層中的施工過程中，由於圍巖自身承載能力比較差，因此，需要控制圍巖變形。在採取淺埋暗挖法施工方法作業時，除保證「管超前，嚴注漿，短進尺，強支護，快封閉，勤量測」之外，為了控制地層變形而採取的措施還包括增加注漿量、增加或加強臨時支撐等施工方法。但是，採用淺埋暗挖法或其它施工方法在橋梁的基礎附近建造穿越橋梁的隧道時，開挖隧道引起的地層應力釋放、地層失水引起的二次沉降將會對地表建築物和地下構築物的正常使用或其結構安全造成影響。例如在橋梁的基礎之下建造穿越橋梁的隧道時，可能會影響到橋梁的正常使用或是因沉降過大造成橋梁變形甚至坍塌。例如，在北京市修建地鐵10號線的過程中，在建造穿越北京市國貿橋的隧道時，採用洞外與洞內超前注漿的加固措施，結果在橋梁梁體中引起了大大超過變形控制值的大量超限裂紋。於是不得不採取重新加固措施，不僅需要追加額外費用，導致工程造價增大，而且還耗費了施工工期，嚴重損害了它的耐久性。因此，基於上述現有技術中存在的問題，有必要在橋梁的基礎附近建造穿越橋梁的隧道時，儘量減小隧道施工使既有橋梁結構發生變形，從而既能使建造隧道的施工作業順利進行，又使由隧道對橋梁結構的影響降到最低。

發明內容
為解決現有技術中存在的上述或其它技術問題，本發明提供在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法，其能夠減小橋梁的變形。
本發明進一步提供一種在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法，其能夠減小基礎的沉降。根據本發明一個方面的實施例，提供一種在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法，包括如下步驟預加固步驟在開挖所述隧道即將到達橋梁的樁基之前，從所述隧道的開挖斷面對用於所述橋梁的樁基外側以及所述橋梁的底部一定範圍內的土體進行注漿預加固；監測步驟在開挖所述隧道的同時，監測所述橋梁的梁體和/或基礎的工程參數；以及提升步驟如果所述工程參數達到預定的閾值，則升高用於支撐所述梁體的支座的高度，從而提升所述梁體到達預定的高度。在上述控制橋梁變形的方法中，在所述預加固步驟之後，在開挖所述隧道時，在所述隧道的內表面上構築初期支護系統，並在所述初期支護系統與在預加固步驟中形成的注漿體之間補充注漿，以形成用於所述隧道的過渡支撐。在上述控制橋梁變形的方法中，所述提升步驟包括在所述基礎上的橋墩的附近 構築至少一個支撐架；在每個所述支撐架的上部放置起重設備；釋放位於所述梁體與所述橋墩之間的支座上的錨固裝置；起動所述起重設備以頂起所述梁體，從而使所述支座脫離所述橋墩並在二者之間形成提升空間；以及在所述提升空間內設置調整板，以通過所述調整板支撐所述支座而將所述梁體保持在預定的高度。在上述控制橋梁變形的方法中，在設置調整板之後，拆除起重設備和支撐架，並重新固定所述錨固裝置。在上述控制橋梁變形的方法中，在相鄰的所述支撐架之間設有連接件。在上述控制橋梁變形的方法中，所述起重設備為液壓千斤頂的，並且所述提升步驟包括當控制器判斷出所述工程參數達到預定的閾值時，則由控制器進一步控制所述起重設備升高所述梁體到達預定的高度。在上述控制橋梁變形的方法中，當控制器判斷出作為所述工程參數的所述梁體高度的變化量達到預定階段值時，則執行一次所述提升步驟。在上述控制橋梁變形的方法中，所述控制器控制多個所述起重設備單獨或者同步提升所述梁體。在上述控制橋梁變形的方法中，在所述提升步驟中，首先通過所述起重設備為所述梁體施加預頂力，之後根據所述梁體的變形和/或受力分布情況在所述預頂力的基礎上逐漸增加所述起重設備的頂力。在上述控制橋梁變形的方法中，在開挖所述隧道之前，執行地面作業步驟，預先對所述基礎下部和/或周圍的一定範圍內的土體進行注漿預加固。根據本發明的在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法的各種實施例，充分利用了隧道開挖的時空效應，布設如千斤頂之類的起重設備施加頂升力，實施對橋梁的既有結構的主動支頂，從而有效減少施工過程中因土體沉降引起的橋梁結構的變形，提高既有橋梁結構安全的可靠度，從而可以作為一種有效的控制橋梁變形的方法應用於近距離下穿既有橋梁結構的工程實際中。


本發明將參照附圖來進一步詳細說明，其中
圖I是解釋在橋梁的基礎附近建造隧道的簡要示意圖；圖2是解釋根據本發明的第一種實施例的控制橋梁變形的方法的原理示意圖；圖3是圖2的局部示意圖；圖4是圖3所示A部分的放大示意圖；以及圖5是解釋根據本發明的第二種實施例的控制橋梁變形的方法的原理示意圖；圖6-9是解釋本發明的提升步驟的一種示例性實施例的原理示意圖。
具體實施例方式雖然將參照含有本發明的較佳實施例的附圖充分描述本發明，但在此描述之前應·了解本領域的普通技術人員可修改本文中所描述的發明，同時獲得本發明的技術效果。因此，須了解以上的描述對本領域的普通技術人員而言為一廣泛的揭示，且其內容不在於限制本發明所描述的示例性實施例。圖I是解釋在橋梁的基礎附近建造隧道的簡要示意圖。一般地，橋梁100主要包括多個梁體I、用於支撐所述梁體I的通過澆築形成的多個橋墩4、以及位於地表之下的用於分別支撐所述橋墩4的基礎。基礎主要包括在地表300深處通過澆築形成的多個樁基2以及形成在樁基2上並位於地表內的承臺3。橋墩4被固定支撐在承臺3上。在一種情況下，梁體I可直接用做供行人、車輛通過的路面；而在另一種情況下，梁體I上還支撐有多個並排布置的梁板(未示出)，梁板供行人、車輛通過。在一種示例性實施例中，如圖6所示，在橋墩4和梁體I之間進一步設有支座6。支座6包括大致圓柱形或長方體形的主體部61、在主體部61的兩端徑向突出形成的兩個墊板62、以及用於將墊板62分別固定到橋墩4的上部和梁體I的下部的錨固裝置。在一種示例性實施例中，錨固裝置包括分別固定地插入橋墩4的上部和梁體I的下部的多個螺栓64以及分別配合在螺栓64上的多個螺母63。通過這種螺栓和螺母配合的方式將支座6定位在橋墩4的上部和梁體I的下部。在一種可選的實施例中，在橋墩4的上部形成凸臺5，支座6通過例如螺栓之類的所述錨固裝置固定在凸臺5上。但可以理解，可以省略凸臺5，並將支座6直接固定在橋墩4的上部或者採用具有一定彈性的墊板代替凸臺5。當在已建成的具有上述結構的橋梁的基礎的附近建造隧道時，具體而言，在基礎的樁基附近(包括在樁基橫向剖面附近和樁基的下部)建造隧道時，可能造成基礎附近的地質結構發生變化，從而導致基礎下沉，進而引起梁體的下沉、偏移、變形、裂縫，影響橋梁的正常使用，甚至會由於沉降過大而造成橋梁的坍塌。根據本發明的一種示例性實施例，參照圖I和2，提出一種在橋梁100的基礎附近建造隧道200時控制橋梁變形的方法，包括如下步驟預加固步驟SI，即在開挖隧道200即將到達橋梁的樁基之前，從隧道200的開挖斷面對用於橋梁的樁基2外側以及隧道200的洞口 21的底部一定範圍內的土體進行注漿預加固；監測步驟S2，即在開挖隧道200的同時，監測橋梁的梁體I和/或基礎(包括承臺3和樁基2)的工程參數；以及提升步驟S3，SP如果工程參數達到預定的閾值，則升高支座6的高度，從而提升梁體I到達預定的高度。在本發明中「預定的高度」是指在將梁體進行提升之後，能夠將橋梁的梁體I的各部分的變形量控制在可接受的範圍內的高度，例如可以根據不同橋梁的結構(例如橋梁的寬度、跨度等)、橋梁所處的地表的土質情況通過計算得到該預定的高度；也可以根據經驗獲得該預定的高度；也可以直接將該預定的高度設定為原來高度的±(0-20)毫米的範圍內。這樣，能夠將橋梁的梁體I沉降量控制在可以接受的範圍內，保證橋梁的各個部分不產生過大變形，從而保持既有橋梁的安全性和可靠性。在本發明中，注漿工序中所採用的能夠凝固的漿體主要包括水泥基漿體、或者水泥基與水玻璃的混合體等。所述的工程參數包括梁體I和/或梁板中的高度的變化量、偏移量、變形量、裂縫的數量和大小、以及預定部位應力變化量中的至少一個。在一種示例性實施例中，被監測的工程參數為梁體I和/或梁板中的高度的變化量，並且這種高度變化量可通過高度傳感器進行測量獲得。可以根據距離隧道200的距離大小，設置多個高度傳感器72(參見圖5)。在另一種實施例中，被監測的工程參數還可包括基礎的承臺3附近的地質結構，例如土質、土質疏鬆情況、土質所受的壓力等。在預加固步驟SI中，注漿預加固區域各側距隧道的洞口 21斷面的距離不小於2米，優選在2-3米的範圍內，這樣形成的橋下改良土體對樁基2的傳力支撐效應具有加強作用。進一步地，由於採用了預加固步驟SI，通過在承臺3和樁基2周圍進行全斷面超前注漿預加固，可以擴大基礎支撐效應，分散承載力，防止承臺2以及梁體I突然沉降。 可以理解，如圖I所示，當隧道200從用於支撐梁體I的橋墩4外側穿過時，本發明的控制橋梁變形的方法可以適用於兩個支撐同一梁體I的橋墩4中的一個橋墩上；另一方面，如圖2所示，當隧道200從用於支撐梁體I的兩個橋墩4之間穿過時，該方法適用於兩個支撐同一梁體I的橋墩4。根據本發明的控制橋梁變形的方法的進一步實施例，在預加固步驟SI之後，在開挖隧道200時，在洞口 21的內表面上構築初期支護系統22，並在初期支護系統22與在預加固步驟SI中形成的注漿體23之間補充注漿，以形成用於隧道200的過渡支撐24。在一種示例性實施例中，在洞口 21的內表面上設置例如由鋼格柵構成的襯層結構並噴射混凝土形成初期支護系統22。通過形成這種支撐過渡24的結構，可以增強隧道200本身的牢固性，同時減少由於建造隧道200所造成的對橋梁100的基礎的影響。根據本發明的控制橋梁變形的方法的又一實施例，在開挖隧道200之前，執行地面作業步驟，預先對基礎的承臺3下部和/或周圍的一定範圍內的土體進行注漿預加固。具體而言，參見圖1，在承臺3附近的地表300中設置向下延伸的管道2，通過管道2注漿，形成第一加固區域32。可選地，在形成第一加固區域32的同時，從隧道200的洞口 21橫向朝向第一加固區域32的下部注漿，以形成第二加固區域33。第二加固區域33可從樁基2的下端部分延伸到該下端部分之外。通過形成第一加固區域32和第二加固區域33，可以加固樁基2和承臺3附近的土質結構，進一步減少由於建造隧道200所造成的對基礎的影響。參見圖3、4、6_9，根據本發明的控制橋梁變形的方法的一種示例性實施例，提升步驟S3包括在基礎的附近(例如承臺3上)構築至少一個(例如均勻分布的兩個或者3個)支撐架41 ;在每個支撐架41的上部放置起重設備42 (參見圖6);釋放位於梁體I與基礎之間的支座6上的錨固裝置的螺母63 (參見圖7);起動起重設備42以使起重設備42的驅動部43頂起梁體1，從而使支座6的墊板62脫離橋墩4的上部並在二者之間形成提升空間65 (參見圖8);以及在提升空間65內設置調整板66，以通過調整板66支撐所述支座6而將梁體I保持在預定的高度。雖然附圖中示出了釋放位於下部的墊板62上的螺母63，並在下部的墊板62和橋墩4之間形成提升空間65的實施例，但本發明並不局限於此。可以理解，也能夠釋放位於上部的墊板62上的螺母63，並在上部的墊板62和梁體I之間形成提升空間65，並在提升空間65內設置調整板66，同樣可以實現提升梁體I的目的。如圖3所示的一種實施例中，在相鄰的支撐架41之間設有連接件，這種連接件可以上水平連接件46也可以是傾斜連接件47。通過連接件46和47，可以使多個支撐架41彼此牢固地連接成一個整體結構。進一步地，在設置調整板66之後，拆除起重設備42和支撐架41，並通過擰緊螺母63而重新固定錨固裝置。支撐架41可以通過澆築形成，也可以通過採用鋼管或者木材搭建而成。在本發明中，起重設備42可以是機械或者電力驅動的千斤頂或者電力控制的液壓千斤頂、也可以是液壓驅動設備。在進一步的實施例中，如圖4所示，在起重設備42的驅動部43和梁體I之間設置倒置的臺階形的墊板或者型鋼式頂梁44，這樣可以保持頂梁或墊板44的剛度過渡，使施加在梁體I上的力在更大的區域內均勻合理地分布。根據本發明的一種示例性實施例，參見圖5，設置多個傳感器72、與每個傳感器72 連接並用於監控和顯示由每個傳感器72測量的相應工程參數的監視器73、和接收監視器73發送來的工程參數的控制器71，並且每個傳感器72都連接至監視器73，以向監視器73輸送所測量的表示工程參數(例如梁體I的高度)的電信號。當控制器71判斷出工程參數達到預定的閾值時，則由控制器71進一步控制起重設備42升高梁體I到達原來的高度。在一種示例性實施例中，當控制器71判斷出作為工程參數的梁體I的高度變化量達到3毫米時，則執行一次提升步驟S3。在本發明中，高度變化量的閾值可以是2-5毫米內的任何值。在提升過程中，可以首先頂升梁體I身高大約5毫米，之後放置調整板66，若後續施工過程中繼續發生沉降超過預定階段值(例如大約3毫米)，這繼續利用起重裝置24頂升梁體I，例如頂升大約3毫米，再次放置或者更換調整板66，待沉降穩定後，對橋墩4、支座6和調整板66進行整體化，形成永久支撐。在提升過程中，無論頂升梁體I或是梁體I下降的過程，都應使梁體I的高度相對於初始高度(隧道施工前梁體I高度的初始變化量為O. O毫米)的變化量控制在預定範圍之內，例如初始高度的±(0 20)毫米之間。當採用以上提升步驟後，當提升高度累計豎向位移超過10毫米後，應對梁體I、梁板、以及承臺3的基礎結構進行分析論證，以辨別基礎結構是否完好。可以根據位於不同位置的傳感器72檢測的工程參數，由控制器71控制多個起重設備42單獨或者同步提升梁體1，從而使梁體I平穩地恢復到其原來的狀態。進一步地，控制器71可以控制多個起重設備42中的某些起重設備同步提升梁體1，即分組同步提升。根據本發明的控制橋梁變形的方法的又一實施例，在提升步驟S3中，首先通過起重設備42為梁體I施加預頂力，之後根據梁體I的變形和/或受力分布情況在預頂力的基礎上逐漸增加起重設備42的頂力。例如預頂力可以設定為大約800噸，每次增加的頂力根據橋梁結構的不同設定為大約30-80噸，這樣可以根據對橋梁結構的監測情況，不斷調整總的頂升力的大小，保證既有橋梁結構的最小化變形和安全。根據本發明的在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法的各種實施例，可充分利用隧道開挖的時空效應，布設諸如千斤頂之類的起重設備施加頂升力，實施對橋梁既有結構的主動支護，從而有效減少橋梁梁體變形以達到控制變形的目的。特別是，本發明的控制橋梁變形的方法在傳統施工的基礎上，預先對橋梁承臺和樁基周圍或者底部、以及隧道開挖斷面兩側及底部一定範圍內的土體進行超前注漿加固，在橋梁結構的承臺附近布置千斤頂，在頂升過程中實時監測橋梁結構的變形以實時調整頂升力，控制既有結構的變形。待變形穩定後，恢復或重置橋梁支承。在本發明的方法中，預頂技術可以控制橋梁上部結構的變形量，使變形值在規定控制值以內，保證橋梁結構不產生過大變形。根據本發明的控制橋梁變形的方法能有效減小施工過程中因土體沉降引起的橋梁結構的變形，提高既有橋梁結構安全的可靠度。在修建地鐵隧道、鐵路隧道、城市地下管線隧道、或者其它地下空間設施近時，本發明作為一種有效的控制橋梁變形的方法可應用於這些隧道或者地下空間近距離下穿既有橋梁結構的工程實際中。本領域的技術人員可以理解，上面所描述的實施例都是示例性的，並且本領域的技術人員可以對其進行改進，各種實施例中所描述的結構在不發生結構或者原理方面的衝 突的情況下可以進行自由組合，從而在解決本發明的技術問題的基礎上，實現更多種控制橋梁變形的方法。在詳細說明本發明的較佳實施例之後，熟悉本領域的技術人員可清楚的了解，在不脫離隨附權利要求的保護範圍與精神下可進行各種變化與改變，且本發明亦不受限於說明書中所舉示例性實施例的實施方式。
權利要求
1.一種在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法，包括如下步驟 預加固步驟在開挖所述隧道即將到達橋梁的樁基之前，從所述隧道的開挖斷面對用於所述橋梁的樁基外側以及所述樁基的底部一定範圍內的土體進行注漿預加固； 監測步驟在開挖所述隧道的同時，監測所述橋梁的梁體和/或基礎的工程參數；以及 提升步驟如果所述工程參數達到預定的閾值，則升高用於支撐所述梁體的支座的高度，從而提升所述梁體到達預定的高度。
2.如權利要求I所述的控制橋梁變形的方法，其中，在所述預加固步驟之後，在開挖所述隧道時，在所述隧道的內表面上構築初期支護系統，並在所述初期支護系統與在預加固步驟中形成的注漿體之間補充注漿，以形成用於所述隧道的過渡支撐。
3.如權利要求I所述的控制橋梁變形的方法，其中，所述提升步驟包括 在所述基礎上的橋墩附近構築至少一個支撐架； 在每個所述支撐架的上部放置起重設備； 釋放位於所述梁體與所述橋墩之間的支座上的錨固裝置； 起動所述起重設備以頂起所述梁體，從而使所述支座脫離所述橋墩並在二者之間形成提升空間；以及 在所述提升空間內設置調整板，以通過所述調整板支撐所述支座而將所述梁體保持在所述預定的高度。
4.如權利要求I所述的控制橋梁變形的方法，進一步包括，在設置調整板之後，拆除起重設備和支撐架，並重新固定所述錨固裝置。
5.如權利要求I所述的控制橋梁變形的方法，進一步包括，在相鄰的所述支撐架之間設有連接件。
6.如權利要求3所述的控制橋梁變形的方法，其中，所述起重設備為液壓千斤頂，並且所述提升步驟包括 當控制器判斷出所述工程參數達到預定的閾值時，則由控制器進一步控制所述起重設備升高所述梁體到達所述預定的高度。
7.如權利要求6所述的控制橋梁變形的方法，其中，當控制器判斷出作為所述工程參數的所述梁體高度的變化量達到預定階段值時，則執行一次所述提升步驟。
8.如權利要求6所述的控制橋梁變形的方法，其中，所述控制器控制多個所述起重設備單獨或者同步提升所述梁體。
9.如權利要求I所述的控制橋梁變形的方法，其中，在所述提升步驟中，首先通過所述起重設備為所述梁體施加預頂力，之後根據所述梁體的變形和/或受力分布情況在所述預頂力的基礎上逐漸增加所述起重設備的頂力。
10.如權利要求I所述的控制橋梁變形的方法，進一步包括，在開挖所述隧道之前，執行地面作業步驟，預先對所述基礎的下部和/或周圍的一定範圍內的土體進行注漿預加固。
全文摘要
一種橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法，包括如下步驟在開挖所述隧道即將到達橋梁的樁基之前，從所述隧道的開挖斷面對用於所述橋梁的樁基外側以及所述橋梁的底部一定範圍內的土體進行注漿預加固；在開挖所述隧道的同時，監測所述橋梁的梁體和/或基礎的工程參數；以及如果所述工程參數達到預定的閾值，則升高用於支撐所述梁體的支座的高度，從而提升所述梁體到達預定的高度。本發明提供在橋梁的基礎附近建造隧道時控制橋梁變形的方法，其能夠減小橋梁的變形和橋梁基礎的沉降。
文檔編號E02D3/12GK102966122SQ20111025597
公開日2013年3月13日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者楊廣武, 周正宇, 徐賀文, 王佳妮, 黃建玲, 徐會傑, 潘婷, 梁青槐, 楊三資, 冉紅玲 申請人:北京市重大項目建設指揮部辦公室