本发明属于顶升控制技术领域，尤其涉及一种城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换方法。
背景技术：
在新建地铁的过程中势必会与已有的高速公路高架桥桩基发生冲突，且原有桥梁也必须存在，此时便可采取桩基托换的施工方法将原有桩基改变位置使其不影响隧道的正常建设，并且施工期间以及施工后都要确保高速公路的正常通行。这类问题随着各个城市的发展建设都会遇到这样的问题，且桩基托换施工难度大，要求高，地下工程在施工期间发生的安全事故很多，故这类问题的研究相当有必要。
地铁施工与高速公路高架桥的冲突问题越明显，那么这类问题的研究的重要性以及时效性就很明显了。类似问题的施工方案都有借鉴的作用，可以为以后施工类似问题提供一个范本，具有重要的意义。
（1）日本京都地铁车站托换工程，采用主动托换技术，其特点是托换桩的轴力较大，达到585t。在托换过程中对被托换桩进行了沉降监测，被托换桩的沉降控制标准为上向1.0mm、沉降3.0mm。（2）美国纽约的大西洋大道车站（the Atlantic Avenue Station）综合修复改建工程，该车站1908年开通使用，位于弗莱巴许大道下方，不仅为纽约东百汇线4趟列车提供通过服务，而且与太平洋街车站（the Pacific Street Station）和长岛铁路弗拉特布什大道终点站（Flatbush）两个车站是联系在一起的，每天服务乘客约为65000人。（3）采用主动托换技术的深圳地铁的百货广场桩基托换工程，该工程是典型的“二托一”托换结构，其特点是托换桩的轴力大（轴力达到1890t）。（4）采用主动托换技术的深圳地铁的广深铁路桥梁桩基托换工程。按设计需要对广深铁路桥的三条线路上的21号、22号墩共6个承台的桩基进行托换。其中21号墩北侧为四跨连续梁的边跨，南侧为简支梁；22号墩的两侧均为简支梁。托换的新桩为挖孔桩，桩径2 m，桩长25 m，桩身为C30钢筋混凝土，嵌入微风化花岗岩地层不小于5 m。（5）广州机场西路隧道下穿北环路与机场高速公路等立交高架桥托换工程, 该工程的主要特点是托换施工过程中桥梁不能中断交通，可以通过临时墩加固桥梁，而且包含了3种典型的桥梁墩柱托换形式，一种是用托换结构体系全部取代既有的桥墩，即先用临时墩柱支撑上部结构，然后把既有的桥梁墩柱全部切除，再施工新的托换大梁和两根墩柱构成门架（横梁与墩柱整体现浇，一次形成刚架），门架与箱梁保持固结；第二种是保留支座、帽梁，切除几乎全部墩身，即先用临时墩柱支承上部结构，再新建门架墩（横梁与墩柱整体现浇,一次形成刚架），门架的横梁包裹住现有的方柱（与帽梁下部的墩柱固结），再沿横梁底面切除旧墩柱；第三种是保留支座、帽梁和部分墩柱，即先临时支承上部结构，然后施工两根新的托换桩，再在既有桥墩承台的上方新建托换梁与被托换的墩柱固结，沿托换梁底面切除旧墩，最后用微膨胀混凝土将托换梁与新桩固结。
现代的托换技术是综合的托换技术，即托换与其他施工技术相结合的方式。施工中面临的问题比以前复杂的多，比如托换构造物结构复杂且荷载越来越大，变形控制要求越来越严格，只有采用综合的托换施工方式才能保证安全。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换方法，旨在解决现代的托换技术不能适应托换大体量构造物的大荷载需求，不能有效控制托换对象的变形，在托换建筑中不能保证安全的问题。
本发明是这样实现的，一种城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换方法，采用主动托换的方法进行托换；主动托换的方法是在原桩基卸载之前对新桩基和托换结构施加荷载，并在荷载转换过程中对托换结构及上部结构的变形，运用顶升装置进行动态调控。
该城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换方法具体包括：在公路混凝土梁和托换钢箱梁之间，根据结构的需要使用不同吨位的千斤顶进行支撑，根据支撑部位的不同和千斤顶功能要求；利用PLC控制液压同步顶升，利用液压变频调速控制、压力和位移闭环自动控制的方式，实现多点力均衡控制；
同时，根据该高速公路车流量大的特点，保证支撑桥面高速公路120km/h正常通行的前提下，保证公路桥梁在由千斤顶托起并正常通车的过程中，根据对现场监测系统采集的数据进行系统分析，通过调整千斤顶的顶力和行程，保证桥面纵向差异沉降控制在小于5mm，横向差异沉降控制在小于3mm；
桩基托换中，当支撑力从临时支墩向永久新桩转换的过程中，通过对现场的密集监测和数据分析，及时调整千斤顶的顶力和行程，保证桥面纵向差异沉降控制在小于5mm，横向差异沉降控制在小于3mm。
本发明另一目的在于提供一种城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换施做方法，包括：
用木桩加固地基，在加固后的地基上施作临时支架扩大基础，加固地基及临时支架的扩大基础需要满足上部全部荷载，在托换及下穿施工过程中沉降量需满足相应规范要求，现有技术中主要是采用混凝土桩基作为反力基础，混凝土桩基施工难度较大，本工程中不适合采用混凝土桩基作为托换的反力基础，因此采用木桩对原有地基进行加固措施，使其地基承载力达到规范要求，待临时支架扩大基础混凝土达到100%设计强度后开始架设竖向贝雷梁；
竖向贝雷梁之间采用托架连接，竖向贝雷梁顶根据上部荷载重量设置千斤顶，未称重前荷载为估算，估算方式有：1）、千斤顶上部桥梁混凝土量、桥面附属设施及设备重量计算；2）、按照经验值桥面面积进行估算，3）、考虑概率统计的动荷载作用。千斤顶顶部设置木垫块，通过木垫块与上部的水平钢箱梁紧贴密实；
两道钢箱梁之间架设顺桥向的工字钢，工字钢底部设置千斤顶与钢板，根据监控测量数据，在方案监控措施中提到新桩部分沉降为5mm，在施工过程中可以设置预警值为3mm，通过千斤顶调节控制沉降；施作支撑桩、顶部预埋钢板，每个钢板上部架设多个千斤顶，设置千斤顶的数量根据上部荷载确定，千斤顶顶部设置木垫块，通过木垫块调整千斤顶与钢箱梁紧贴密实；
水平钢箱梁与T梁之间设置枕木与木楔片；在施工过程中采用静力水准仪、精密水准仪和全站仪等监测工具对上部设施进行监测，根据监控测量数据，当沉降值达到预警值（前述设置为3mm）时，通过调节千斤顶来控制沉降，所有的支撑桩均已施工完成且均已承受荷载时，进行拆除竖向贝雷梁。
进一步，拆除竖向贝雷梁过程中，根据监测数据调整千斤顶。
本发明提供的城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换方法。传统的顶升托换方法中，一般使用大千斤顶进行顶升，顶升过程中如果操作不当，很容易使个别千斤顶顶力过大，轻则损坏千斤顶，重则使桥梁底部受损，造成更大的损失；群顶方法相较于传统的托换方法，使用小千斤顶密布与桥梁底部，这样的布置方式，使得桥梁上部荷载（高速公路梁的重量和交通荷载均匀分布在每个小千斤顶上，从而避免了千斤顶过于集中，每个千斤顶承受过大荷载的问题，保护了梁底不受破坏。
本发明的新承载具有更多的承载，桥梁上部结构的恒载向新承台进行了转移，托换转化力大于上部结构的恒载8166.3kN；
本发明的为使得原有桩基础与承台不承受较大拉力，托换转化力不大于承载的总荷载9761.244kN；
本发明保证了托换成功实施，单幅桥的顶升力小于原墩柱与新增加承台结合面的抗剪力，小于9440kN；
本发明桩基托换中的转换力介于8166.3 kN~9440kN，取9000kN为单幅桥梁桩基托换力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换施做方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。
本发明实施例提供的城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换方法采用主动托换的方法进行托换；
所述主动托换的方法为在原桩基卸载之前对新桩基和托换结构施加荷载，并在荷载转换过程中对托换结构及上部结构的变形，运用顶升装置进行动态调控。
该城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换方法具体包括：在公路混凝土梁和托换钢箱梁之间，根据结构的需要使用不同吨位的千斤顶进行支撑，根据支撑部位的不同和千斤顶功能要求；利用PLC控制液压同步顶升，利用液压变频调速控制、压力和位移闭环自动控制的方式，实现多点力均衡控制；
同时，根据该高速公路车流量大的特点，保证支撑桥面高速公路120km/h正常通行的前提下，保证公路桥梁在由千斤顶托起并正常通车的过程中，根据对现场监测系统采集的数据进行系统分析，通过调整千斤顶的顶力和行程，保证桥面纵向差异沉降控制在小于5mm，横向差异沉降控制在小于3mm；
桩基托换中，当支撑力从临时支墩向永久新桩转换的过程中，通过对现场的密集监测和数据分析，及时调整千斤顶的顶力和行程，保证桥面纵向差异沉降控制在小于5mm，横向差异沉降控制在小于3mm。
如图1所示，本发明实施例提供的城际铁路下穿高速公路明挖施工群顶托换施做方法，包括：
S101：用木桩加固地基，在加固后的地基上施作临时支架扩大基础，待临时支架扩大基础混凝土达到100%设计强度后开始架设竖向贝雷梁；
S102：竖向贝雷梁之间采用托架连接，竖向雷梁顶根据上部荷载重量设置千斤顶，千斤顶顶部设置木垫块，通过木垫块与上部的水平钢箱梁紧贴密实；
S103：两道钢箱梁之间架设顺桥向的工字钢，工字钢底部设置千斤顶与钢板，根据监控测量数据，通过千斤顶调节控制沉降；施作支撑桩、顶部预埋钢板，每个钢板上部架设多个千斤顶，设置千斤顶的数量根据上部荷载确定，千斤顶顶部设置木垫块，通过木垫块调整千斤顶与钢箱梁紧贴密实；
S104：水平钢箱梁与T梁之间设置枕木与木楔片；根据监控测量数据，通过千斤顶调节控制沉降，所有的支撑桩均已施工完成且均已承受荷载时，进行拆除竖向贝雷梁；拆除竖向贝雷梁过程中，根据监测数据调整千斤顶。
用木桩加固地基，在加固后的地基上施作临时支架扩大基础，用于满足上部全部荷载，在托换及下穿施工过程中使沉降量满足相应要求，使其地基承载力达到要求。
竖向贝雷梁之间采用托架连接，竖向贝雷梁顶根据上部荷载重量设置千斤顶，竖向贝雷梁顶根据上部荷载重量设置千斤顶中，设置千斤顶的估算方法包括：
1）、千斤顶上部桥梁混凝土量、桥面附属设施及设备重量计算；
2）、按照经验值桥面面积进行估算，
3）、分析概率统计的动荷载作用。
所述两道钢箱梁之间架设顺桥向的工字钢，工字钢底部设置千斤顶与钢板，根据监控测量数据中，监控测量数据为：沉降值为5mm，设置的预警值为3mm。
面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
实施例一
本实施例为松山湖隧道道滘~东莞新城区间DK10+260～DK10+300段明挖隧道下穿广深高速公路高架桥，既要保证在施工过程中广深高速公路的正常通行，又要实现地铁隧道正常施工，类似这样的问题在很多地铁穿越的工程中都会遇到。
本实施例中桩基托换主要是为了实现将原桥上部荷载转移到新承台并传力给托换桩，在受力转换的过程中要将原桥的各种变形控制在允许的范围内。在实现桩基托换的两种方法中，主动托换是主动给予上部荷载一个预加的力，将上部荷载施加在原桥桩上的力逐步减消，这样在之后切墩的时候不会因为力的突变而造成原桥的变形很大；被动托换是不给予上部荷载预加的力，而是在切墩的时候让上部荷载的力自然而然的落在托换桩上，这样就使得在托换的过程中极易造成原桥的巨大变形，所以它适用于比较小的桥。
本实施例的变形要求很严格，故要求必须采用主动托换的方式进行托换。
莞惠城际下穿的广深高速公路桥上部构造为预应力混凝土T梁结构形式，采用先简支后桥面连续的施工工艺，桥下桩基为嵌岩桩。广深高速公路是连通广州至深圳的公路通道，车流量大，托换施工期间该公路正常运行，运行车辆的动荷载对托换施工带来很大难度，通过对车流量大小和车辆刹车、拥堵等特殊情况的综合分析和计算，提出在不中断公路交通的情况下桥梁托换施工的关键控制技术，以确保托换的顺利完成。
为保证高速公路桥梁在桩基托换中的结构安全性以及桩基托换的成功进行，需要在公路混凝土梁和托换钢箱梁之间，根据结构的需要使用不同吨位（500T和100T两种）的千斤顶进行支撑，根据支撑部位的不同和千斤顶功能要求。利用PLC控制液压同步顶升，利用液压变频调速控制、压力和位移闭环自动控制的方式，实现多点力均衡控制。
同时，根据该高速公路车流量大的特点，保证支撑桥面高速公路120km/h正常通行的前提下，保证公路桥梁在由千斤顶托起并正常通车的过程中，根据对现场监测系统采集的数据进行系统分析，通过调整千斤顶的顶力和行程，保证桥面纵向差异沉降控制在5mm之内，横向差异沉降控制在3mm之内。
为保证托换成功实施，桩基托换中，当支撑力从临时支墩向永久新桩转换的过程中，通过对现场的密集监测和数据分析，及时调整千斤顶的顶力和行程，保证桥面纵向差异沉降控制在5mm之内，横向差异沉降控制在3mm之内。
1）新承载尽可能多的承载，桥梁上部结构的恒载尽可能多向新承台转移，托换转化力可大于上部结构的恒载8166.3 kN；
2）新承载尽可能多的承载，但为使得原有桩基础与承台不承受较大拉力，托换转化力可不大于承载的总荷载9761.244 kN；
3）为保证托换成功实施，单幅桥的顶升力应小于原墩柱与新增加承台结合面的抗剪力，即应小于9440 kN；
则桩基托换中的转换力介于8166.3 kN~9440 kN为宜。可取9000kN为单幅桥梁桩基托换力。
本发明实施例提供的临时支架施做顺序：
木桩→C30扩大基础→竖向贝雷梁→千斤顶→木垫块→水平钢箱梁→工字钢→施工工字钢与钢箱梁之间的千斤顶→打设Φ1500支撑桩→预埋钢板→架设千斤顶→木垫片→调整千斤顶与钢箱梁紧贴密实→拆除竖向贝雷梁→所有下穿施工工序完成后，再拆除支架体系。
具体包括：
用木桩加固地基→在加固后的地基上施作临时支架扩大基础→待临时支架扩大基础混凝土达到100%设计强度后开始架设竖向贝雷梁，竖向贝雷梁之间采用托架连接→竖向雷梁顶设置YDS5000KN千斤顶，千斤顶顶部设置木垫块，通过木垫块与上部的水平钢箱梁紧贴密实→两道钢箱梁之间架设Ι25b工字钢（顺桥向），工字钢底部设置YDS500KN千斤顶与钢板，施工期间，根据监控量测结果，通过千斤顶调节控制沉降→施作Φ1500支撑桩、顶部预埋钢板，每个钢板上部架设4个YDS5000KN千斤顶，千斤顶顶部设置木垫块，通过木垫块与钢箱梁紧贴密实；水平钢箱梁与T梁之间设置枕木与木楔片。施工期间，根据监控量测结果，通过千斤顶调节控制沉降→所有的支撑桩均已施工完成且均已承受荷载时，方可拆除竖向贝雷梁（依次拆除）；拆除过程中，需加强监测，根据监测结果调整千斤顶。
群顶可以使上部高速公路梁的重量和交通荷载分散在每个千斤顶上，从而避免了千斤顶过于集中，每个千斤顶承受过大荷载的问题，保护了梁底不受破坏。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。