盾構下穿西環鐵路橋工程監測

李子忠，段 強，胡文兵

(成都暢達通地下工程科技發展有限公司)

1 工程概況

1.1 區間隧道情況

成都地鐵2 號線(西延線)盾構隧道分左、右線，在通過西環鐵路段左右線中心間距13 m，隧道埋深約13.26 m，單線隧道外徑6 m(內徑5.4 m)，采用土壓平衡盾構掘進施工，盾構機刀盤外緣直徑為6.28 m，采用同步漿液進行管片背后回填。在盾構通過西環鐵路段管片采用加強鋼筋的II型管片，II 型管片使用長度為左右線各100 m。區間隧道在通過西環鐵路前后處于直線段，坡度為2.2%的下坡段。

1.2 盾構隧道和西環鐵路相互位置關系

1#橋墩擴大基礎最外邊距離右線區間隧道垂直最近距離為0.7 m，2#橋墩擴大基礎最外邊距離右線區間隧道垂直最近距離為1.51 m、距離左線區間隧道垂直最近距離為0.88 m，3#橋墩擴大基礎最外邊距離左線區間隧道垂直最近距離為1.04 m;橋墩基礎底至地面距離為6.5 m，橋墩基礎底距離區間隧道頂為6.78 m。

西環鐵路土橋立交特大橋距離互助路站北端約300 m，右線區間隧道在1#和2#橋墩中間下穿、左線區間隧道在2#和3#橋墩中間下穿，1#、2#、3#橋墩之間目前為既有道路金周路，西環鐵路土橋立交特大橋平面關系。

1.3 西環鐵路特大橋1#、2#、3#橋墩和橋梁情況情況

西環鐵路于1994年開工，1998年竣工，西環鐵路土橋立交特大橋為單線電氣化鐵路，采用有砟道床，上部為簡支T 梁(單孔兩片梁)，1#墩與2#墩、2#墩與3#墩之間跨度約為20.7 m，橋梁下部為實心墩、擴大基礎(兩臺階，厚2 m)，基礎埋深約6.5 m，橋下凈空3.5～5 m。根據勘察資料，橋址附近地面以下5 m 為雜填土、素填土、細砂、粉土層，地面5 m 以下至33 m 為卵石層，目前地下水位埋深約為11.7 m。

2 樁基礎+墩身加固梁施工順序

本橋梁加固樁基礎采用人工挖孔結合沖擊鉆鉆孔成孔施工，在每個橋墩周邊先人工挖孔至水位線位置，然后改用經過高度改造的沖擊鉆對稱進行鉆孔，鉆至設計深度后清孔安放鋼筋籠，澆注水下混凝土，完成樁基礎施工;樁基施工完成后進行加固橋梁基礎土石方開挖，橋梁基礎鑿毛及植筋施工;橋梁基礎植筋完成后進行加固橋梁基礎鋼筋安裝、模板安裝和混凝土澆筑養生施工;加固橋梁基礎施工完成后進行土石方回填和路面恢復施工。

3 監控量測

3.1 監測內容及方法

(1)監測點的布設

區間隧道上方監測點布設:區間隧道上方按5m 間距設置，為了使監測點能夠真實反映地面的沉隆關系，監測點深入到土體中。監測點埋設時在地面鉆挖一個直徑10 cm 左右，深1 m 的柱狀孔(孔底為原狀土)，在孔中灌入細沙插入鋼筋。每個點位埋設一根大約1 m 長頂部帶十字的光圓鋼筋，頂部略微底于地面，并在旁邊用紅色油漆標注里程

橋墩墩身監測點布置:在每個橋墩底部靠近地面0.5 m高4 個角方向布設沉降觀測點，在頂部每個角布設傾斜、位移觀測點。沉降監測點設置采用手持電鉆鉆孔，然后放入長200～300 mm、直徑20～30 mm 的彎曲鋼筋，四周用水泥砂漿填實，鋼筋外露端磨成球狀作為沉降監測點。每個橋墩的沉降監測點組成單一閉合水準路線，采用精密水準儀監測。橋墩沉降監測點結構圖見圖1。在每個橋墩墩身分別設置1個固定式傾斜儀，固定式傾斜儀固定于橋墩墩身表面，采用讀數儀讀取數據進行監測。

圖1 橋墩沉降監測點結構圖

(2)監測儀器

地表沉降、墩身沉降監測采用蘇光DSZ2 精密水準儀+FS1 測微器及相應的銦鋼水準標尺，讀數精度為0.01 mm。傾斜觀測點采用固定式傾斜儀固定于橋墩墩身表面，采用讀數儀讀取數據進行監測。

(3)測點埋設要求

①測點埋設位置、數量依照設計，各項目監測點埋設數量不少于設計。

②測點提前埋設，并在施工前(或工序施工前)獲取初值(或監測基準值)，初值測量在測值穩定后進行，測量至少2 次，取其平均值作為初值。

③元器件埋設前，施工方先自檢、率定，保證完好，并將產品合格證和率定表(加蓋施工單位公章)在測點報檢前交與本單位。

④監測點統一編號，現場測點有標記。

⑤監測點埋設能反映監測對象變形或受力狀況，為驗證設計數據而布設的測點布置在設計最不利位置和斷面，為指導施工而布設的測點布置在相同工況下最先施工部位。

⑥監測點原則上按照設計位置布置，據現場實際情況在靠近設計測點位置設置測點，總體以能達到監測目的為原則。

⑦變形測點埋設位置既考慮反映對象的變形特征，又便于采用儀器進行觀測，還有利于測點的保護。

⑧埋設測點不能影響和防礙結構的正常受力，不能削弱結構的變形、剛度和密度。

⑨各類監測點的布置在時間和空間上有機結合，同一監測部位能同時反映不同的物理變化量，以便找出其內在的聯系和變化規律。

⑩監測點在施工過程中一旦破壞，盡快在原位置處補設測點，以保證該測點觀測數據的連續性。

3.2 監測的要求

(1)監測精度

在施工期間，地表的沉降觀測、隆起變形觀測等，都嚴格按照國家測量規范(GB12897)的一等精度進行。其余量測項目參照國家相關規范確定量測精度。各項監測項目精度見表1。

表1 監測精度表

(2)監測控制值和預警值

鐵路橋梁沉降要求很嚴，根據成都地鐵2 號線二期工程(西延線)土建2 標地鐵盾構下穿西環鐵路土橋立交橋加固施工配合協調會有關精神，對監測提出的要求，按下表進行控制。

表2 監測控制值和預警值表

(3)監測頻率和數據處理及信息反饋

①在樁基加固期間，正常情況下每天監測4～6 次，當監測發現變形速率較大或已經達到或接近預警值時連續監測間隔不超過3 h/次。

②在通過西環鐵路橋梁期間，專人實行24 h 監測，每2 h 監測一次，當監測發現變形速率較大或已經達到或接近預警值時連續監測間隔不超過1 h/次。并通知成都工務段現場監管人員和安全調度室人員。

③及時進行監測信息反饋:監測結果在半小時內反饋給項目部領導。監測報表在2～3 h 內完成包括當次監測報表，及時上報監理。

④對時態曲線進行回歸分析時，選擇與實測數據擬合較好的函數，并對變形趨勢進行預測。

⑤當實測變形值大于允許變形的2/3 時及時通報相關部門并采取措施控制變形。

3.3 監測時間

監測時間根據施工時間決定，初值測定于施工到達前1周內進行，且不少于2 次，過程監測隨施工的進行按規定頻率進行觀測。隨施工結束延長2～3月觀測時間。在監測過程中根據以上各類監測結果及時反饋到設計、監理、業主和有關部門，以確保地表和橋梁的安全和施工順利安全進行。

3.4 成果分析

1#橋墩于2011年10月16日樁基置換完成;2#橋墩于2011年10月5日樁基置換完成;3#橋墩于2011年10月28日樁基置換完成。盾構右線于2011年10月25日開始下穿西環鐵路橋，并于2011年10月28日完成對西環鐵路橋的下穿，盾構左線于2011年11月16日開始下穿西環鐵路橋并于2011年11月18日完成對西環鐵路橋的下穿。

(1)墩身沉降監測

1#、2#和3#橋墩均在樁基置換加固過程中產生了沉降，2#橋墩的測點在樁基置換完成后，產生了兩次比較明顯的沉降，分別是在右線盾構下穿西環鐵路橋期間產生了約3.5 mm 的沉降，在左線盾構下穿西環鐵路橋期間產生了約4 mm 的沉降，但沉降累計變化均處于規范允許范圍內;1#橋墩測點僅在左線盾構下穿西環鐵路橋期間產生了約4 mm的沉降，3#橋墩測點僅在右線盾構下穿西環鐵路橋期間產生了約3.5 mm 的沉降;其余時段的變化曲線均比較平緩。因此，可以認為橋墩的沉降變化均在可控范圍內。

(2)橋墩傾斜監測

在每個橋墩墩身分別設置1 個固定式傾斜儀，固定式傾斜儀固定于橋墩墩身表面，采用讀數儀讀取數據進行監測。

鐵路橋在樁基脫換處理過程中，橋梁的傾斜得到有效控制，軌道經過調整后，盾構右線于2011年10月25日～2011年10月28日完成對西環鐵路橋的下穿，1#和2#傾斜測點的斜率變化均小于控制標準;盾構左線于2011年11月16日～2011年11月18日完成對西環鐵路橋的下穿。2#和3#傾斜測點的斜率變化均小于控制標準。在盾構下穿鐵路橋期間，橋墩傾斜變換均很小，處于穩定狀態，鐵路橋經過樁基礎托換加固后，盾構下穿的影響較小，處于可控狀態。

(3)隧道正上方路面沉降監測

隧道正上方中線點的沉降在樁基置換加固影響較小，沉降累計變化主要發生盾構下穿過程中，而后期沉降均比較小，變化曲線總體比較平緩，可以看出橋墩樁基礎托換加固后，盾構下穿西環鐵路橋的沉降得到有效控制。

4 結 論

本橋梁橋墩樁基礎托換加固后，盾構對西環鐵路橋進行了左線和右線兩次的下穿掘進，從橋墩沉降監測來看均處于規范允許范圍內，在后續的監測中的沉降累計變化曲線變化平緩;橋墩傾斜的斜率變化處于規范允許范圍內;隧道正上方中線點累計變化曲線比較平緩，在后續監測中處于平緩狀態。因此，可以認為本橋梁橋墩樁基礎托換加固后，盾構對西環鐵路橋進行了左線和右線兩次的下穿掘進未對橋墩造成明顯的沉降變化和產生不均勻沉降變化。