专利名称：在桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法
技术领域：
本发明涉及一种控制桥梁变形的方法，更具体地说，涉及一种在桥梁的基础附近(包括在基础之下)建造隧道时控制桥梁由于基础的下沉而发生变形的方法。
背景技术：
随着城市轨道交通的日益网络化、规模化，轨道交通和市政设施同步快速发展，轨道交通之间、市政隧道(如电力、热力隧道)与既有桥梁的基础之间的空间交叉不可避免， 周围环境或者建筑设施等方面的限制又不得不使隧道与桥梁的位于地表以下的基础采用近距离或紧贴的交叉穿越方式。城市轨道交通的发展，使得对桥梁的各部分的沉降及变形提出了越来越严格的要求。在桥梁的基础附近(包括在基础之下附近)建造穿越桥梁的隧道时，如果设计或施工处理不当，则也可能降低桥梁的耐久性，甚至影响桥梁的正常使用或是沉降过大造成桥梁的坍塌。在现有技术中，在桥梁的基础附近建造穿越桥梁的隧道时，一般采用在地下洞室中暗挖施工的浅埋暗挖法施工方法，并且在施工过程中需要采用多种辅助措施和围岩加固技术，以提高围岩的自承能力。开挖后及时构筑支护装置，并将已挖的隧道封闭成环形，使其与围岩共同作用形成联合支护系统。这种支护系统是一种抑制围岩发生过大变形的综合配套施工技术，目前广泛应用于城市地下工程的施工过程中。浅埋暗挖法施工方法一般应用在城市地区的松软地层中的施工过程中，由于围岩自身承载能力比较差，因此，需要控制围岩变形。在采取浅埋暗挖法施工方法作业时，除保证“管超前，严注浆，短进尺，强支护，快封闭，勤量测”之外，为了控制地层变形而采取的措施还包括增加注浆量、增加或加强临时支撑等施工方法。但是，采用浅埋暗挖法或其它施工方法在桥梁的基础附近建造穿越桥梁的隧道时，开挖隧道引起的地层应力释放、地层失水引起的二次沉降将会对地表建筑物和地下构筑物的正常使用或其结构安全造成影响。例如在桥梁的基础之下建造穿越桥梁的隧道时，可能会影响到桥梁的正常使用或是因沉降过大造成桥梁变形甚至坍塌。例如，在北京市修建地铁10号线的过程中，在建造穿越北京市国贸桥的隧道时，采用洞外与洞内超前注浆的加固措施，结果在桥梁梁体中引起了大大超过变形控制值的大量超限裂纹。于是不得不采取重新加固措施，不仅需要追加额外费用，导致工程造价增大，而且还耗费了施工工期，严重损害了它的耐久性。因此，基于上述现有技术中存在的问题，有必要在桥梁的基础附近建造穿越桥梁的隧道时，尽量减小隧道施工使既有桥梁结构发生变形，从而既能使建造隧道的施工作业顺利进行，又使由隧道对桥梁结构的影响降到最低。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述或其它技术问题，本发明提供在桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法，其能够减小桥梁的变形。
本发明进一步提供一种在桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法，其能够减小基础的沉降。根据本发明一个方面的实施例，提供一种在桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法，包括如下步骤预加固步骤在开挖所述隧道即将到达桥梁的桩基之前，从所述隧道的开挖断面对用于所述桥梁的桩基外侧以及所述桥梁的底部一定范围内的土体进行注浆预加固；监测步骤在开挖所述隧道的同时，监测所述桥梁的梁体和/或基础的工程参数；以及提升步骤如果所述工程参数达到预定的阈值，则升高用于支撑所述梁体的支座的高度，从而提升所述梁体到达预定的高度。在上述控制桥梁变形的方法中，在所述预加固步骤之后，在开挖所述隧道时，在所述隧道的内表面上构筑初期支护系统，并在所述初期支护系统与在预加固步骤中形成的注浆体之间补充注浆，以形成用于所述隧道的过渡支撑。在上述控制桥梁变形的方法中，所述提升步骤包括在所述基础上的桥墩的附近 构筑至少一个支撑架；在每个所述支撑架的上部放置起重设备；释放位于所述梁体与所述桥墩之间的支座上的锚固装置；起动所述起重设备以顶起所述梁体，从而使所述支座脱离所述桥墩并在二者之间形成提升空间；以及在所述提升空间内设置调整板，以通过所述调整板支撑所述支座而将所述梁体保持在预定的高度。在上述控制桥梁变形的方法中，在设置调整板之后，拆除起重设备和支撑架，并重新固定所述锚固装置。在上述控制桥梁变形的方法中，在相邻的所述支撑架之间设有连接件。在上述控制桥梁变形的方法中，所述起重设备为液压千斤顶的，并且所述提升步骤包括当控制器判断出所述工程参数达到预定的阈值时，则由控制器进一步控制所述起重设备升高所述梁体到达预定的高度。在上述控制桥梁变形的方法中，当控制器判断出作为所述工程参数的所述梁体高度的变化量达到预定阶段值时，则执行一次所述提升步骤。在上述控制桥梁变形的方法中，所述控制器控制多个所述起重设备单独或者同步提升所述梁体。在上述控制桥梁变形的方法中，在所述提升步骤中，首先通过所述起重设备为所述梁体施加预顶力，之后根据所述梁体的变形和/或受力分布情况在所述预顶力的基础上逐渐增加所述起重设备的顶力。在上述控制桥梁变形的方法中，在开挖所述隧道之前，执行地面作业步骤，预先对所述基础下部和/或周围的一定范围内的土体进行注浆预加固。根据本发明的在桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法的各种实施例，充分利用了隧道开挖的时空效应，布设如千斤顶之类的起重设备施加顶升力，实施对桥梁的既有结构的主动支顶，从而有效减少施工过程中因土体沉降引起的桥梁结构的变形，提高既有桥梁结构安全的可靠度，从而可以作为一种有效的控制桥梁变形的方法应用于近距离下穿既有桥梁结构的工程实际中。
本发明将参照附图来进一步详细说明，其中
图I是解释在桥梁的基础附近建造隧道的简要示意图；图2是解释根据本发明的第一种实施例的控制桥梁变形的方法的原理示意图；图3是图2的局部示意图；图4是图3所示A部分的放大示意图；以及图5是解释根据本发明的第二种实施例的控制桥梁变形的方法的原理示意图；图6-9是解释本发明的提升步骤的一种示例性实施例的原理示意图。
具体实施例方式虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应·了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。图I是解释在桥梁的基础附近建造隧道的简要示意图。一般地，桥梁100主要包括多个梁体I、用于支撑所述梁体I的通过浇筑形成的多个桥墩4、以及位于地表之下的用于分别支撑所述桥墩4的基础。基础主要包括在地表300深处通过浇筑形成的多个桩基2以及形成在桩基2上并位于地表内的承台3。桥墩4被固定支撑在承台3上。在一种情况下，梁体I可直接用做供行人、车辆通过的路面；而在另一种情况下，梁体I上还支撑有多个并排布置的梁板(未示出)，梁板供行人、车辆通过。在一种示例性实施例中，如图6所示，在桥墩4和梁体I之间进一步设有支座6。支座6包括大致圆柱形或长方体形的主体部61、在主体部61的两端径向突出形成的两个垫板62、以及用于将垫板62分别固定到桥墩4的上部和梁体I的下部的锚固装置。在一种示例性实施例中，锚固装置包括分别固定地插入桥墩4的上部和梁体I的下部的多个螺栓64以及分别配合在螺栓64上的多个螺母63。通过这种螺栓和螺母配合的方式将支座6定位在桥墩4的上部和梁体I的下部。在一种可选的实施例中，在桥墩4的上部形成凸台5，支座6通过例如螺栓之类的所述锚固装置固定在凸台5上。但可以理解，可以省略凸台5，并将支座6直接固定在桥墩4的上部或者采用具有一定弹性的垫板代替凸台5。当在已建成的具有上述结构的桥梁的基础的附近建造隧道时，具体而言，在基础的桩基附近(包括在桩基横向剖面附近和桩基的下部)建造隧道时，可能造成基础附近的地质结构发生变化，从而导致基础下沉，进而引起梁体的下沉、偏移、变形、裂缝，影响桥梁的正常使用，甚至会由于沉降过大而造成桥梁的坍塌。根据本发明的一种示例性实施例，参照图I和2，提出一种在桥梁100的基础附近建造隧道200时控制桥梁变形的方法，包括如下步骤预加固步骤SI，即在开挖隧道200即将到达桥梁的桩基之前，从隧道200的开挖断面对用于桥梁的桩基2外侧以及隧道200的洞口 21的底部一定范围内的土体进行注浆预加固；监测步骤S2，即在开挖隧道200的同时，监测桥梁的梁体I和/或基础(包括承台3和桩基2)的工程参数；以及提升步骤S3，SP如果工程参数达到预定的阈值，则升高支座6的高度，从而提升梁体I到达预定的高度。在本发明中“预定的高度”是指在将梁体进行提升之后，能够将桥梁的梁体I的各部分的变形量控制在可接受的范围内的高度，例如可以根据不同桥梁的结构(例如桥梁的宽度、跨度等)、桥梁所处的地表的土质情况通过计算得到该预定的高度；也可以根据经验获得该预定的高度；也可以直接将该预定的高度设定为原来高度的±(0-20)毫米的范围内。这样，能够将桥梁的梁体I沉降量控制在可以接受的范围内，保证桥梁的各个部分不产生过大变形，从而保持既有桥梁的安全性和可靠性。在本发明中，注浆工序中所采用的能够凝固的浆体主要包括水泥基浆体、或者水泥基与水玻璃的混合体等。所述的工程参数包括梁体I和/或梁板中的高度的变化量、偏移量、变形量、裂缝的数量和大小、以及预定部位应力变化量中的至少一个。在一种示例性实施例中，被监测的工程参数为梁体I和/或梁板中的高度的变化量，并且这种高度变化量可通过高度传感器进行测量获得。可以根据距离隧道200的距离大小，设置多个高度传感器72(参见图5)。在另一种实施例中，被监测的工程参数还可包括基础的承台3附近的地质结构，例如土质、土质疏松情况、土质所受的压力等。在预加固步骤SI中，注浆预加固区域各侧距隧道的洞口 21断面的距离不小于2米，优选在2-3米的范围内，这样形成的桥下改良土体对桩基2的传力支撑效应具有加强作用。进一步地，由于采用了预加固步骤SI，通过在承台3和桩基2周围进行全断面超前注浆预加固，可以扩大基础支撑效应，分散承载力，防止承台2以及梁体I突然沉降。 可以理解，如图I所示，当隧道200从用于支撑梁体I的桥墩4外侧穿过时，本发明的控制桥梁变形的方法可以适用于两个支撑同一梁体I的桥墩4中的一个桥墩上；另一方面，如图2所示，当隧道200从用于支撑梁体I的两个桥墩4之间穿过时，该方法适用于两个支撑同一梁体I的桥墩4。根据本发明的控制桥梁变形的方法的进一步实施例，在预加固步骤SI之后，在开挖隧道200时，在洞口 21的内表面上构筑初期支护系统22，并在初期支护系统22与在预加固步骤SI中形成的注浆体23之间补充注浆，以形成用于隧道200的过渡支撑24。在一种示例性实施例中，在洞口 21的内表面上设置例如由钢格栅构成的衬层结构并喷射混凝土形成初期支护系统22。通过形成这种支撑过渡24的结构，可以增强隧道200本身的牢固性，同时减少由于建造隧道200所造成的对桥梁100的基础的影响。根据本发明的控制桥梁变形的方法的又一实施例，在开挖隧道200之前，执行地面作业步骤，预先对基础的承台3下部和/或周围的一定范围内的土体进行注浆预加固。具体而言，参见图1，在承台3附近的地表300中设置向下延伸的管道2，通过管道2注浆，形成第一加固区域32。可选地，在形成第一加固区域32的同时，从隧道200的洞口 21横向朝向第一加固区域32的下部注浆，以形成第二加固区域33。第二加固区域33可从桩基2的下端部分延伸到该下端部分之外。通过形成第一加固区域32和第二加固区域33，可以加固桩基2和承台3附近的土质结构，进一步减少由于建造隧道200所造成的对基础的影响。参见图3、4、6_9，根据本发明的控制桥梁变形的方法的一种示例性实施例，提升步骤S3包括在基础的附近(例如承台3上)构筑至少一个(例如均匀分布的两个或者3个)支撑架41 ;在每个支撑架41的上部放置起重设备42 (参见图6);释放位于梁体I与基础之间的支座6上的锚固装置的螺母63 (参见图7);起动起重设备42以使起重设备42的驱动部43顶起梁体1，从而使支座6的垫板62脱离桥墩4的上部并在二者之间形成提升空间65 (参见图8);以及在提升空间65内设置调整板66，以通过调整板66支撑所述支座6而将梁体I保持在预定的高度。虽然附图中示出了释放位于下部的垫板62上的螺母63，并在下部的垫板62和桥墩4之间形成提升空间65的实施例，但本发明并不局限于此。可以理解，也能够释放位于上部的垫板62上的螺母63，并在上部的垫板62和梁体I之间形成提升空间65，并在提升空间65内设置调整板66，同样可以实现提升梁体I的目的。如图3所示的一种实施例中，在相邻的支撑架41之间设有连接件，这种连接件可以上水平连接件46也可以是倾斜连接件47。通过连接件46和47，可以使多个支撑架41彼此牢固地连接成一个整体结构。进一步地，在设置调整板66之后，拆除起重设备42和支撑架41，并通过拧紧螺母63而重新固定锚固装置。支撑架41可以通过浇筑形成，也可以通过采用钢管或者木材搭建而成。在本发明中，起重设备42可以是机械或者电力驱动的千斤顶或者电力控制的液压千斤顶、也可以是液压驱动设备。在进一步的实施例中，如图4所示，在起重设备42的驱动部43和梁体I之间设置倒置的台阶形的垫板或者型钢式顶梁44，这样可以保持顶梁或垫板44的刚度过渡，使施加在梁体I上的力在更大的区域内均匀合理地分布。根据本发明的一种示例性实施例，参见图5，设置多个传感器72、与每个传感器72 连接并用于监控和显示由每个传感器72测量的相应工程参数的监视器73、和接收监视器73发送来的工程参数的控制器71，并且每个传感器72都连接至监视器73，以向监视器73输送所测量的表示工程参数(例如梁体I的高度)的电信号。当控制器71判断出工程参数达到预定的阈值时，则由控制器71进一步控制起重设备42升高梁体I到达原来的高度。在一种示例性实施例中，当控制器71判断出作为工程参数的梁体I的高度变化量达到3毫米时，则执行一次提升步骤S3。在本发明中，高度变化量的阈值可以是2-5毫米内的任何值。在提升过程中，可以首先顶升梁体I身高大约5毫米，之后放置调整板66，若后续施工过程中继续发生沉降超过预定阶段值(例如大约3毫米)，这继续利用起重装置24顶升梁体I，例如顶升大约3毫米，再次放置或者更换调整板66，待沉降稳定后，对桥墩4、支座6和调整板66进行整体化，形成永久支撑。在提升过程中，无论顶升梁体I或是梁体I下降的过程，都应使梁体I的高度相对于初始高度(隧道施工前梁体I高度的初始变化量为O. O毫米)的变化量控制在预定范围之内，例如初始高度的±(0 20)毫米之间。当采用以上提升步骤后，当提升高度累计竖向位移超过10毫米后，应对梁体I、梁板、以及承台3的基础结构进行分析论证，以辨别基础结构是否完好。可以根据位于不同位置的传感器72检测的工程参数，由控制器71控制多个起重设备42单独或者同步提升梁体1，从而使梁体I平稳地恢复到其原来的状态。进一步地，控制器71可以控制多个起重设备42中的某些起重设备同步提升梁体1，即分组同步提升。根据本发明的控制桥梁变形的方法的又一实施例，在提升步骤S3中，首先通过起重设备42为梁体I施加预顶力，之后根据梁体I的变形和/或受力分布情况在预顶力的基础上逐渐增加起重设备42的顶力。例如预顶力可以设定为大约800吨，每次增加的顶力根据桥梁结构的不同设定为大约30-80吨，这样可以根据对桥梁结构的监测情况，不断调整总的顶升力的大小，保证既有桥梁结构的最小化变形和安全。根据本发明的在桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法的各种实施例，可充分利用隧道开挖的时空效应，布设诸如千斤顶之类的起重设备施加顶升力，实施对桥梁既有结构的主动支护，从而有效减少桥梁梁体变形以达到控制变形的目的。特别是，本发明的控制桥梁变形的方法在传统施工的基础上，预先对桥梁承台和桩基周围或者底部、以及隧道开挖断面两侧及底部一定范围内的土体进行超前注浆加固，在桥梁结构的承台附近布置千斤顶，在顶升过程中实时监测桥梁结构的变形以实时调整顶升力，控制既有结构的变形。待变形稳定后，恢复或重置桥梁支承。在本发明的方法中，预顶技术可以控制桥梁上部结构的变形量，使变形值在规定控制值以内，保证桥梁结构不产生过大变形。根据本发明的控制桥梁变形的方法能有效减小施工过程中因土体沉降引起的桥梁结构的变形，提高既有桥梁结构安全的可靠度。在修建地铁隧道、铁路隧道、城市地下管线隧道、或者其它地下空间设施近时，本发明作为一种有效的控制桥梁变形的方法可应用于这些隧道或者地下空间近距离下穿既有桥梁结构的工程实际中。本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲 突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本发明的技术问题的基础上，实现更多种控制桥梁变形的方法。在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。
权利要求
1.一种在桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法，包括如下步骤 预加固步骤在开挖所述隧道即将到达桥梁的桩基之前，从所述隧道的开挖断面对用于所述桥梁的桩基外侧以及所述桩基的底部一定范围内的土体进行注浆预加固； 监测步骤在开挖所述隧道的同时，监测所述桥梁的梁体和/或基础的工程参数；以及 提升步骤如果所述工程参数达到预定的阈值，则升高用于支撑所述梁体的支座的高度，从而提升所述梁体到达预定的高度。
2.如权利要求I所述的控制桥梁变形的方法，其中，在所述预加固步骤之后，在开挖所述隧道时，在所述隧道的内表面上构筑初期支护系统，并在所述初期支护系统与在预加固步骤中形成的注浆体之间补充注浆，以形成用于所述隧道的过渡支撑。
3.如权利要求I所述的控制桥梁变形的方法，其中，所述提升步骤包括 在所述基础上的桥墩附近构筑至少一个支撑架； 在每个所述支撑架的上部放置起重设备； 释放位于所述梁体与所述桥墩之间的支座上的锚固装置； 起动所述起重设备以顶起所述梁体，从而使所述支座脱离所述桥墩并在二者之间形成提升空间；以及 在所述提升空间内设置调整板，以通过所述调整板支撑所述支座而将所述梁体保持在所述预定的高度。
4.如权利要求I所述的控制桥梁变形的方法，进一步包括，在设置调整板之后，拆除起重设备和支撑架，并重新固定所述锚固装置。
5.如权利要求I所述的控制桥梁变形的方法，进一步包括，在相邻的所述支撑架之间设有连接件。
6.如权利要求3所述的控制桥梁变形的方法，其中，所述起重设备为液压千斤顶，并且所述提升步骤包括 当控制器判断出所述工程参数达到预定的阈值时，则由控制器进一步控制所述起重设备升高所述梁体到达所述预定的高度。
7.如权利要求6所述的控制桥梁变形的方法，其中，当控制器判断出作为所述工程参数的所述梁体高度的变化量达到预定阶段值时，则执行一次所述提升步骤。
8.如权利要求6所述的控制桥梁变形的方法，其中，所述控制器控制多个所述起重设备单独或者同步提升所述梁体。
9.如权利要求I所述的控制桥梁变形的方法，其中，在所述提升步骤中，首先通过所述起重设备为所述梁体施加预顶力，之后根据所述梁体的变形和/或受力分布情况在所述预顶力的基础上逐渐增加所述起重设备的顶力。
10.如权利要求I所述的控制桥梁变形的方法，进一步包括，在开挖所述隧道之前，执行地面作业步骤，预先对所述基础的下部和/或周围的一定范围内的土体进行注浆预加固。
全文摘要
一种桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法，包括如下步骤在开挖所述隧道即将到达桥梁的桩基之前，从所述隧道的开挖断面对用于所述桥梁的桩基外侧以及所述桥梁的底部一定范围内的土体进行注浆预加固；在开挖所述隧道的同时，监测所述桥梁的梁体和/或基础的工程参数；以及如果所述工程参数达到预定的阈值，则升高用于支撑所述梁体的支座的高度，从而提升所述梁体到达预定的高度。本发明提供在桥梁的基础附近建造隧道时控制桥梁变形的方法，其能够减小桥梁的变形和桥梁基础的沉降。
文档编号E02D3/12GK102966122SQ20111025597
公开日2013年3月13日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者杨广武, 周正宇, 徐贺文, 王佳妮, 黄建玲, 徐会杰, 潘婷, 梁青槐, 杨三资, 冉红玲 申请人:北京市重大项目建设指挥部办公室