盾構側穿既有橋梁的監測分析

文｜中國鐵路設計集團有限公司 徐亞軍

1.工程概況

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

2.監測情況及隆起的原因分析

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

圖1 監測布點圖

如圖1所示，左線線掘進面靠近河道的護堤時，首先進入的是Jc53 所在的監測斷面。現場監測數據反映，周邊河堤監測點出現變化速率超過設計控制值的險情，于3月2日河堤監測點Jc53、Jc54、Jc55的變化速率均超過設計控制值；到3月3日掘進面以上的點隆起明顯，且速率變化很大，平均日變化速率達到20mm/d，隆起趨勢明顯，且現現場巡視也發現對應掘進面地表有明顯裂縫，發現相關情況后，及時進行盾構參數調整控制隆起趨勢。

針對監測數據變化情況，從3月1日監測數據較為平穩到后續發生明顯隆起，分別對靠近左線一側處于橋面、河堤、河床不同位置處監測點的累計值進行分析，河堤變化曲線如圖2、河床變化曲線如圖3所示。

圖2 河堤監測點沉降變化圖

圖3 河床監測點沉降變化圖

由以上監測數據變化圖可知，盾構左線線側穿深樁橋時，造成河堤、河床監測點明顯的隆起，左線掘進面先靠近的河堤監測點Jc53、Jc54、Jc55、Jc56 在3月3日隆起量最大，其中Jc53 最值達到35mm，速率接近20mm/d，相關監測數據均已超預警值；左線隧道內河床的監測點Jc135、Jc136分別在3月3日和3月4日產生明顯的隆起，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，通過河道掘進面到達河道對岸的河堤監測點變化量在控制值范圍內；靠近左線的橋面監測點（如圖4）從盾構準備側穿至通過，監測數據均較為平穩。

圖4 橋面西側監測點沉降變化圖

對比以上監測點布置情況及各位置處監測數據可知，在堤護墻上的沉降觀測標，以及深插入河床土層中的鋼管都能較好的反映盾構通過時土層的隆沉情況，但直接布設在橋面的監測點卻相對平穩，這是由于橋樁底部標高為-30m，而盾構的頂部標高為-10.33m，當土層在盾構掘進施工的影響下，盾構埋深以上的土層較為敏感。盾構穿越河道及橋梁，布點方式較大程度上影響監測數據的及時性、準確性，所以盾構側穿橋梁深樁時，堤護墻和河道中的監測點能更好的反映土層變化情況。

盾構法施工中地層損失、盾構施工區域土體受擾動或重塑土再固結是引起地面沉降的主要因素。結合監測數據及現場巡視情況進行分析，造成以上監測點出現隆起的原因是盾構在側穿河道時，由于堤護墻為漿砌片石結構，砌筑于填土層上，對地面隆沉非常敏感，而盾構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，覆土厚度產生突變，先前盾構的土倉壓力值凸顯偏大與掘進面前方土體土壓力不匹配，進而導致開挖面失衡；其次側穿既有橋梁深樁時，盾構姿態需在進入河道影響區間前及時進行調整，避免盾構姿態調整造成的掘進面土壓失衡。結合監測數據對盾構掘進參數進行調整，通過降低土倉壓力值、嚴格控制同步注漿壓力、掘進速度等措施，并加大監測和現場巡視頻率，后續隆起減緩并穩定。

3.總結

（1）監測布點需結合穿越橋梁的結構進行針對性的布設。對于側穿橋梁深樁基礎，對河堤進行加密布設，并在河床布設插入穩定土層中的沉降監測點，可使用適合長度的鋼管直接插入河道中，以管頂作為監測點，能直接對盾構掘進區間上部土層的隆沉情況進行觀測。

（2）盾構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：施工前進一步核實風險源與隧道相互關系；盾構穿越過程中，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；區間在過河堤時，覆土厚度可能產生突變，應及時調整土倉壓力，減少河底隆沉，防止河堤開裂；制定有效的應急預案，并加強監測及巡視。