地铁施工影响下既有桥梁桩基沉降的主动补偿方法

地铁施工影响下既有桥梁桩基沉降的主
动补偿方法
摘要：近年来，随着地下工程的蓬勃发展，新建地下隧道穿越既有桩基础的
工程越来越多。

受到城市既有环境的影响，不少地铁线往往沿着城市道路修建，
因而不可避免，这些地铁将交织穿行于立交桥的基础特别是群桩之间。

地铁覆盖
范围广泛，其兴建与施工穿越了多条道路，其施工中易产生的影响主要为土层结
构变化使土体发生位移。

土体的位移极易造成桩基两侧受力不均衡，由此造成桥
梁桩基侧向弯曲的现象，进而使桥梁的稳定性受到威胁。

关键词：地铁施工影响；桥梁桩基沉降；补偿方法
引言
地铁工程在施工过程中会造成地层变形，释放出应力，导致周边环境受到影响。

尤其是在基础设施完善的城市，对地面上的桥梁、道路等都会产生一定影响。

因此，需要地铁施工对既有桥梁带来的影响展开分析，通过分析桥梁受到的影响，认识到地铁施工主动防护的重要性，加强施工中采取的主动防护措施，从而提高
地铁施工的安全性，避免危害到既有桥梁的使用寿命。

1.地铁施工对既有桥梁桩基的影响机理
地铁往往有很广的覆盖范围，在覆盖范围内不乏许多的桥梁及道路。

同
时地铁在不断地发展兴建中，建造更多地地铁线路则将穿越更多的桥梁或道路，
并对其产生不同程度的影响。

其中对既有桥梁的影响易造成承台沉降及桩基变形，严重者甚至危及桥梁的安全。

地铁施工中会使地下土层结构发生变化，土体发生
位移。

地铁施工会造成轴线上下发生不同方向的土体位移，其中上部分的土体位移
易造成桥梁桩基下沉，程度严重可至沉降，桥梁桩基的受力情况发生变化。

而下
部分的土体位移则形成与上部分相反的阻力，使桥梁桩基上浮，下沉与上浮的力
趋于稳定。

同时，地铁施工中的隧道挖掘分两侧进行，其中一侧距离桥梁桩基较近，土体的位移则极易造成桩基两侧受力不均衡，由此造成桥梁桩基侧向弯曲的
现象，进而影响桥梁的稳定性。

2.主动顶升方法
2.1 主动顶升原理
在地铁施工穿越既有桥梁过程中，地铁-地层-桩基-上部结构四者相互影响、相互制约，处于共同的作用体系中，其中桩基沉降是体现该体系是否稳定的关键。

因此，主动顶升技术实施的目的就是通过主动补偿施工过程中桩基产生的沉降，
来保证既有桥梁上部结构的安全。

同时在既有桥梁受力体系转变的全过程中，桩
基承载力调整和恢复是保证该项技术成功的基础。

地铁施工穿越前后桩基的受力状态如图 1所示。

在隧道开挖前如图 1（a）
所示，承台基本只承受上部墩柱支反力 P的作用，支反力 P与桩基下部摩擦力
基础处于平衡状态。

隧道开挖过程中，桩基受力和承载性能已经发生了较大变化，如图 1（b）所示。

土体发生向临空面运动的趋势，此时桩基下部在内外土压力
差Aδ的作用下会产生弯曲，由于受到土体的约束作用，桩基顶部产生剪力 O
和弯矩 M。

同时，土体的松动造成桩基下沉，当土体下沉量大于桩基下沉量时，
桩侧产生负摩阻力，导致桩基正摩阻力区段的减小，此时桩底出现端承力F，进
而使桩基处于新的平衡。

桥梁上部结构主动顶升阶段如图 1 （c）所示，对于连
续梁等超静定结构，在顶升力加载过程中，墩柱支反力变化 AP，同时可能由于
顶升位置及顶升量的误差导致承台承受附加弯矩△M的作用，促使桩基下部摩阻
力和端承力不断调整。

因此，在顶升过程中应尽快恢复桩基承载力，避免桩基的
过大沉降，同时使得桥梁上部结构得到小幅的抬升，确保既有桥梁能够始终保持
安全姿态。

图 1 桩基受力示意
2.2主动顶升技术
主动顶升技术即运用由计算机控制的千斤顶及其它辅助设备，在自动化监测保障下，主动对既有桥梁桩基进行沉降补偿，将桥梁安全地顶起升高至设计高度的一种新型的桥梁防护技术，如图 2 所示。

在实施过程中，钢筋混凝土桥梁并非理想的弹性体，过大的梁体沉降和差异顶升量等都可能超过梁体的承载能力限值，从而造成梁体的破坏。

因此，顶升过程中应根据上部结构的沉降情况，适时动态调整桥梁姿态;同时进行精细化的顶升控制，即严格控制梁体的分级顶升量和顶升同步性，避免梁体过大附加变形而造成梁体的开裂甚至破坏。

图 2 桥梁顶升施工示意
3.地铁邻近既有桥梁的施工影响分析
3.1对桩基的影响
如果地铁工程是单洞隧道，隧道拱顶桩承载力出现较大损失，增加施工风险。

这种类型的桩基处于拱顶上方，拱体如果受到变形影响，那么桩体中性点受到拉
力影响，中性点受到摩擦力和沉降的影响，减少了桩基的阻力。

在隧道上方桩处
于拱顶侧方，沉降反弯点附近，桩体受到的影响在施工影响内。

桩体下方受到摩
擦阻力的影响，使得水平方向需要承受较大土压力。

对于双洞隧道工程，如果短
桩处于隧道之间，桩基承载力存在严重损失，会增加施工风险。

桩体受到地层变
形的影响，其受力特点和拱顶桩类似。

长桩处于隧道中间，受到隧道开挖施工的
影响。

桩体受到摩擦力作用，让中性点一直处于受压的状态。

隧道拱顶桩位于拱
顶上方，承载力出现极大损失，除了单洞隧道特征之外，另一条侧隧道开挖也会
带来影响，需要承受土压力。

例如：在北京地铁施工中，地铁区间的断面使用计
算模型，使用数值模拟计算分析隧道工程和桩基的空间位置关系。

最后桩基沉降
程度将作为指标，确定影响情况。

桩基出现承载力损失，主要是由于地层变形的
影响，桩基沉降是造成损失的直接因素。

3.2沉降控制
根据风险级别要采取不同沉降控制措施，形成主动防护体系。

对既有桥梁主
动控制，根本目标在于减少既有桥梁受到的影响，从施工前开始加强控制，从根
本上杜绝风险的出现。

根据风险预测结果，使用打设、隔离等方法加强变形控制。

在施工中使用浅埋暗挖的方法展开动态施工，已经获得了施工行业全面的认可。

另外变位分配方法则是从力学原理出发，对施工风险展开精细化控制，从施工理
念转变为实用性强的技术手段。

3.3工后评估
地铁工程改变了既有桥梁施工环境，即使采取控制措施，也无法保证邻近既
有桥梁不会受到影响。

因此需要在施工后对桥梁影响情况进行评估，评估结果需
要评价桥梁的安全状态，判断桥梁是否有修复和调整的必要。

工后评估是对变形
控制的关键，施工期间采取变形控制手段，施工后对控制手段的实施效果进行评估，评估结果将指导后续施工修复以及作为施工经验得到储存。

4.结论
研究了地铁施工采取的主动防护措施，地铁施工要构建主动防护体系，围绕桩基的影响、沉降控制以及工后评估对风险进行控制。

严格执行主动防护流程，加强对既有桥梁的保护，并有效提高地铁施工安全，促进社会和谐稳定。

参考文献
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[2]雷领. 地铁矿山法隧道下穿既有桥梁施工响应研究[D].石家庄铁道大学,2018。