盾构下穿西环铁路桥工程监测

李子忠，段 强，胡文兵

(成都畅达通地下工程科技发展有限公司)

1 工程概况

1.1 区间隧道情况

成都地铁2 号线(西延线)盾构隧道分左、右线，在通过西环铁路段左右线中心间距13 m，隧道埋深约13.26 m，单线隧道外径6 m(内径5.4 m)，采用土压平衡盾构掘进施工，盾构机刀盘外缘直径为6.28 m，采用同步浆液进行管片背后回填。在盾构通过西环铁路段管片采用加强钢筋的II型管片，II 型管片使用长度为左右线各100 m。区间隧道在通过西环铁路前后处于直线段，坡度为2.2%的下坡段。

1.2 盾构隧道和西环铁路相互位置关系

1#桥墩扩大基础最外边距离右线区间隧道垂直最近距离为0.7 m，2#桥墩扩大基础最外边距离右线区间隧道垂直最近距离为1.51 m、距离左线区间隧道垂直最近距离为0.88 m，3#桥墩扩大基础最外边距离左线区间隧道垂直最近距离为1.04 m;桥墩基础底至地面距离为6.5 m，桥墩基础底距离区间隧道顶为6.78 m。

西环铁路土桥立交特大桥距离互助路站北端约300 m，右线区间隧道在1#和2#桥墩中间下穿、左线区间隧道在2#和3#桥墩中间下穿，1#、2#、3#桥墩之间目前为既有道路金周路，西环铁路土桥立交特大桥平面关系。

1.3 西环铁路特大桥1#、2#、3#桥墩和桥梁情况情况

西环铁路于1994年开工，1998年竣工，西环铁路土桥立交特大桥为单线电气化铁路，采用有砟道床，上部为简支T 梁(单孔两片梁)，1#墩与2#墩、2#墩与3#墩之间跨度约为20.7 m，桥梁下部为实心墩、扩大基础(两台阶，厚2 m)，基础埋深约6.5 m，桥下净空3.5～5 m。根据勘察资料，桥址附近地面以下5 m 为杂填土、素填土、细砂、粉土层，地面5 m 以下至33 m 为卵石层，目前地下水位埋深约为11.7 m。

2 桩基础+墩身加固梁施工顺序

本桥梁加固桩基础采用人工挖孔结合冲击钻钻孔成孔施工，在每个桥墩周边先人工挖孔至水位线位置，然后改用经过高度改造的冲击钻对称进行钻孔，钻至设计深度后清孔安放钢筋笼，浇注水下混凝土，完成桩基础施工;桩基施工完成后进行加固桥梁基础土石方开挖，桥梁基础凿毛及植筋施工;桥梁基础植筋完成后进行加固桥梁基础钢筋安装、模板安装和混凝土浇筑养生施工;加固桥梁基础施工完成后进行土石方回填和路面恢复施工。

3 监控量测

3.1 监测内容及方法

(1)监测点的布设

区间隧道上方监测点布设:区间隧道上方按5m 间距设置，为了使监测点能够真实反映地面的沉隆关系，监测点深入到土体中。监测点埋设时在地面钻挖一个直径10 cm 左右，深1 m 的柱状孔(孔底为原状土)，在孔中灌入细沙插入钢筋。每个点位埋设一根大约1 m 长顶部带十字的光圆钢筋，顶部略微底于地面，并在旁边用红色油漆标注里程

桥墩墩身监测点布置:在每个桥墩底部靠近地面0.5 m高4 个角方向布设沉降观测点，在顶部每个角布设倾斜、位移观测点。沉降监测点设置采用手持电钻钻孔，然后放入长200～300 mm、直径20～30 mm 的弯曲钢筋，四周用水泥砂浆填实，钢筋外露端磨成球状作为沉降监测点。每个桥墩的沉降监测点组成单一闭合水准路线，采用精密水准仪监测。桥墩沉降监测点结构图见图1。在每个桥墩墩身分别设置1个固定式倾斜仪，固定式倾斜仪固定于桥墩墩身表面，采用读数仪读取数据进行监测。

图1 桥墩沉降监测点结构图

(2)监测仪器

地表沉降、墩身沉降监测采用苏光DSZ2 精密水准仪+FS1 测微器及相应的铟钢水准标尺，读数精度为0.01 mm。倾斜观测点采用固定式倾斜仪固定于桥墩墩身表面，采用读数仪读取数据进行监测。

(3)测点埋设要求

①测点埋设位置、数量依照设计，各项目监测点埋设数量不少于设计。

②测点提前埋设，并在施工前(或工序施工前)获取初值(或监测基准值)，初值测量在测值稳定后进行，测量至少2 次，取其平均值作为初值。

③元器件埋设前，施工方先自检、率定，保证完好，并将产品合格证和率定表(加盖施工单位公章)在测点报检前交与本单位。

④监测点统一编号，现场测点有标记。

⑤监测点埋设能反映监测对象变形或受力状况，为验证设计数据而布设的测点布置在设计最不利位置和断面，为指导施工而布设的测点布置在相同工况下最先施工部位。

⑥监测点原则上按照设计位置布置，据现场实际情况在靠近设计测点位置设置测点，总体以能达到监测目的为原则。

⑦变形测点埋设位置既考虑反映对象的变形特征，又便于采用仪器进行观测，还有利于测点的保护。

⑧埋设测点不能影响和防碍结构的正常受力，不能削弱结构的变形、刚度和密度。

⑨各类监测点的布置在时间和空间上有机结合，同一监测部位能同时反映不同的物理变化量，以便找出其内在的联系和变化规律。

⑩监测点在施工过程中一旦破坏，尽快在原位置处补设测点，以保证该测点观测数据的连续性。

3.2 监测的要求

(1)监测精度

在施工期间，地表的沉降观测、隆起变形观测等，都严格按照国家测量规范(GB12897)的一等精度进行。其余量测项目参照国家相关规范确定量测精度。各项监测项目精度见表1。

表1 监测精度表

(2)监测控制值和预警值

铁路桥梁沉降要求很严，根据成都地铁2 号线二期工程(西延线)土建2 标地铁盾构下穿西环铁路土桥立交桥加固施工配合协调会有关精神，对监测提出的要求，按下表进行控制。

表2 监测控制值和预警值表

(3)监测频率和数据处理及信息反馈

①在桩基加固期间，正常情况下每天监测4～6 次，当监测发现变形速率较大或已经达到或接近预警值时连续监测间隔不超过3 h/次。

②在通过西环铁路桥梁期间，专人实行24 h 监测，每2 h 监测一次，当监测发现变形速率较大或已经达到或接近预警值时连续监测间隔不超过1 h/次。并通知成都工务段现场监管人员和安全调度室人员。

③及时进行监测信息反馈:监测结果在半小时内反馈给项目部领导。监测报表在2～3 h 内完成包括当次监测报表，及时上报监理。

④对时态曲线进行回归分析时，选择与实测数据拟合较好的函数，并对变形趋势进行预测。

⑤当实测变形值大于允许变形的2/3 时及时通报相关部门并采取措施控制变形。

3.3 监测时间

监测时间根据施工时间决定，初值测定于施工到达前1周内进行，且不少于2 次，过程监测随施工的进行按规定频率进行观测。随施工结束延长2～3月观测时间。在监测过程中根据以上各类监测结果及时反馈到设计、监理、业主和有关部门，以确保地表和桥梁的安全和施工顺利安全进行。

3.4 成果分析

1#桥墩于2011年10月16日桩基置换完成;2#桥墩于2011年10月5日桩基置换完成;3#桥墩于2011年10月28日桩基置换完成。盾构右线于2011年10月25日开始下穿西环铁路桥，并于2011年10月28日完成对西环铁路桥的下穿，盾构左线于2011年11月16日开始下穿西环铁路桥并于2011年11月18日完成对西环铁路桥的下穿。

(1)墩身沉降监测

1#、2#和3#桥墩均在桩基置换加固过程中产生了沉降，2#桥墩的测点在桩基置换完成后，产生了两次比较明显的沉降，分别是在右线盾构下穿西环铁路桥期间产生了约3.5 mm 的沉降，在左线盾构下穿西环铁路桥期间产生了约4 mm 的沉降，但沉降累计变化均处于规范允许范围内;1#桥墩测点仅在左线盾构下穿西环铁路桥期间产生了约4 mm的沉降，3#桥墩测点仅在右线盾构下穿西环铁路桥期间产生了约3.5 mm 的沉降;其余时段的变化曲线均比较平缓。因此，可以认为桥墩的沉降变化均在可控范围内。

(2)桥墩倾斜监测

在每个桥墩墩身分别设置1 个固定式倾斜仪，固定式倾斜仪固定于桥墩墩身表面，采用读数仪读取数据进行监测。

铁路桥在桩基脱换处理过程中，桥梁的倾斜得到有效控制，轨道经过调整后，盾构右线于2011年10月25日～2011年10月28日完成对西环铁路桥的下穿，1#和2#倾斜测点的斜率变化均小于控制标准;盾构左线于2011年11月16日～2011年11月18日完成对西环铁路桥的下穿。2#和3#倾斜测点的斜率变化均小于控制标准。在盾构下穿铁路桥期间，桥墩倾斜变换均很小，处于稳定状态，铁路桥经过桩基础托换加固后，盾构下穿的影响较小，处于可控状态。

(3)隧道正上方路面沉降监测

隧道正上方中线点的沉降在桩基置换加固影响较小，沉降累计变化主要发生盾构下穿过程中，而后期沉降均比较小，变化曲线总体比较平缓，可以看出桥墩桩基础托换加固后，盾构下穿西环铁路桥的沉降得到有效控制。

4 结 论

本桥梁桥墩桩基础托换加固后，盾构对西环铁路桥进行了左线和右线两次的下穿掘进，从桥墩沉降监测来看均处于规范允许范围内，在后续的监测中的沉降累计变化曲线变化平缓;桥墩倾斜的斜率变化处于规范允许范围内;隧道正上方中线点累计变化曲线比较平缓，在后续监测中处于平缓状态。因此，可以认为本桥梁桥墩桩基础托换加固后，盾构对西环铁路桥进行了左线和右线两次的下穿掘进未对桥墩造成明显的沉降变化和产生不均匀沉降变化。