盾構(gòu)側(cè)穿既有橋梁的監(jiān)測分析

文｜中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司 徐亞軍

1.工程概況

盾構(gòu)側(cè)穿的鳳棲橋位于常州地鐵1 號線沿江城際站～科教城南站區(qū)間（SK8+362.828m ～SK9+821.830m，右線貫通里程）范圍內(nèi)，區(qū)間隧道左、右線從橋兩側(cè)平行繞避橋梁，繞避處曲線半徑 R=800m。盾構(gòu)側(cè)穿鳳棲橋范圍：左線為XK9+441.12m ～SK9+521.12m，右線為SK9+436.15m ～SK9+474.15m；盾構(gòu)側(cè)穿橋梁為樁基礎(chǔ)，樁基埋置深度為 36m，樁基底部標(biāo)高為-30m,盾構(gòu)頂部標(biāo)高為-10m；左線盾構(gòu)離橋樁最小距離為3.08m，右線盾構(gòu)離橋樁最小距離為3.31m。區(qū)間盾構(gòu)埋深范圍為10.74 ～16.61m，隧道施工采用小松土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，盾體外直徑φ為6.34m，主機(jī)長8.68m，整機(jī)長度為61.38m，最大推力3773T。襯砌管片采用內(nèi)徑為5.5m，厚度0.35m，寬度1.2m。盾構(gòu)由沿江城際站始發(fā)，科教城南站接收。

2.監(jiān)測情況及隆起的原因分析

針對盾構(gòu)側(cè)穿既有橋樁所存在的風(fēng)險，現(xiàn)場采取兩類不同的布點方式，橋面及河堤處為沉降觀測標(biāo)，如Jc43、Jc56 等；布設(shè)在河床中的鋼管，管長約5m，深插至河道穩(wěn)定土層中，如Jc135、Jc136 等。盾構(gòu)側(cè)穿鳳棲橋，左線為先行施工。現(xiàn)場監(jiān)測點布置如圖1所示。

圖1 監(jiān)測布點圖

如圖1所示，左線線掘進(jìn)面靠近河道的護(hù)堤時，首先進(jìn)入的是Jc53 所在的監(jiān)測斷面。現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，周邊河堤監(jiān)測點出現(xiàn)變化速率超過設(shè)計控制值的險情，于3月2日河堤監(jiān)測點Jc53、Jc54、Jc55的變化速率均超過設(shè)計控制值；到3月3日掘進(jìn)面以上的點隆起明顯，且速率變化很大，平均日變化速率達(dá)到20mm/d，隆起趨勢明顯，且現(xiàn)現(xiàn)場巡視也發(fā)現(xiàn)對應(yīng)掘進(jìn)面地表有明顯裂縫，發(fā)現(xiàn)相關(guān)情況后，及時進(jìn)行盾構(gòu)參數(shù)調(diào)整控制隆起趨勢。

針對監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況，從3月1日監(jiān)測數(shù)據(jù)較為平穩(wěn)到后續(xù)發(fā)生明顯隆起，分別對靠近左線一側(cè)處于橋面、河堤、河床不同位置處監(jiān)測點的累計值進(jìn)行分析，河堤變化曲線如圖2、河床變化曲線如圖3所示。

圖2 河堤監(jiān)測點沉降變化圖

圖3 河床監(jiān)測點沉降變化圖

由以上監(jiān)測數(shù)據(jù)變化圖可知，盾構(gòu)左線線側(cè)穿深樁橋時，造成河堤、河床監(jiān)測點明顯的隆起，左線掘進(jìn)面先靠近的河堤監(jiān)測點Jc53、Jc54、Jc55、Jc56 在3月3日隆起量最大，其中Jc53 最值達(dá)到35mm，速率接近20mm/d，相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)均已超預(yù)警值；左線隧道內(nèi)河床的監(jiān)測點Jc135、Jc136分別在3月3日和3月4日產(chǎn)生明顯的隆起，累計量最值分別為29.08mm、49.26mm，速率最值分別為26.63 mm/d、46.92 mm/d；采取措施后，通過河道掘進(jìn)面到達(dá)河道對岸的河堤監(jiān)測點變化量在控制值范圍內(nèi)；靠近左線的橋面監(jiān)測點（如圖4）從盾構(gòu)準(zhǔn)備側(cè)穿至通過，監(jiān)測數(shù)據(jù)均較為平穩(wěn)。

圖4 橋面西側(cè)監(jiān)測點沉降變化圖

對比以上監(jiān)測點布置情況及各位置處監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，在堤護(hù)墻上的沉降觀測標(biāo)，以及深插入河床土層中的鋼管都能較好的反映盾構(gòu)通過時土層的隆沉情況，但直接布設(shè)在橋面的監(jiān)測點卻相對平穩(wěn)，這是由于橋樁底部標(biāo)高為-30m，而盾構(gòu)的頂部標(biāo)高為-10.33m，當(dāng)土層在盾構(gòu)掘進(jìn)施工的影響下，盾構(gòu)埋深以上的土層較為敏感。盾構(gòu)穿越河道及橋梁，布點方式較大程度上影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時性、準(zhǔn)確性，所以盾構(gòu)側(cè)穿橋梁深樁時，堤護(hù)墻和河道中的監(jiān)測點能更好的反映土層變化情況。

盾構(gòu)法施工中地層損失、盾構(gòu)施工區(qū)域土體受擾動或重塑土再固結(jié)是引起地面沉降的主要因素。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場巡視情況進(jìn)行分析，造成以上監(jiān)測點出現(xiàn)隆起的原因是盾構(gòu)在側(cè)穿河道時，由于堤護(hù)墻為漿砌片石結(jié)構(gòu)，砌筑于填土層上，對地面隆沉非常敏感，而盾構(gòu)上方的覆土厚度在河岸與河床交界的位置存在一個急劇的落差，覆土厚度產(chǎn)生突變，先前盾構(gòu)的土倉壓力值凸顯偏大與掘進(jìn)面前方土體土壓力不匹配，進(jìn)而導(dǎo)致開挖面失衡；其次側(cè)穿既有橋梁深樁時，盾構(gòu)姿態(tài)需在進(jìn)入河道影響區(qū)間前及時進(jìn)行調(diào)整，避免盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整造成的掘進(jìn)面土壓失衡。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)對盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過降低土倉壓力值、嚴(yán)格控制同步注漿壓力、掘進(jìn)速度等措施，并加大監(jiān)測和現(xiàn)場巡視頻率，后續(xù)隆起減緩并穩(wěn)定。

3.總結(jié)

（1）監(jiān)測布點需結(jié)合穿越橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性的布設(shè)。對于側(cè)穿橋梁深樁基礎(chǔ)，對河堤進(jìn)行加密布設(shè)，并在河床布設(shè)插入穩(wěn)定土層中的沉降監(jiān)測點，可使用適合長度的鋼管直接插入河道中，以管頂作為監(jiān)測點，能直接對盾構(gòu)掘進(jìn)區(qū)間上部土層的隆沉情況進(jìn)行觀測。

（2）盾構(gòu)施工造成地表土層的隆沉主要源于土層損失和土體擾動，施工過程中建議：施工前進(jìn)一步核實風(fēng)險源與隧道相互關(guān)系；盾構(gòu)穿越過程中，加大開挖面泡沫注入量，改善開挖面土體和易性，減少對前方土體的擠壓作用；區(qū)間在過河堤時，覆土厚度可能產(chǎn)生突變，應(yīng)及時調(diào)整土倉壓力，減少河底隆沉，防止河堤開裂；制定有效的應(yīng)急預(yù)案，并加強(qiáng)監(jiān)測及巡視。