盾构侧穿既有桥梁的监测分析

文｜中国铁路设计集团有限公司 徐亚军

1.工程概况

盾构侧穿的凤栖桥位于常州地铁1 号线沿江城际站～科教城南站区间（SK8+362.828m ～SK9+821.830m，右线贯通里程）范围内，区间隧道左、右线从桥两侧平行绕避桥梁，绕避处曲线半径 R=800m。盾构侧穿凤栖桥范围：左线为XK9+441.12m ～SK9+521.12m，右线为SK9+436.15m ～SK9+474.15m；盾构侧穿桥梁为桩基础，桩基埋置深度为 36m，桩基底部标高为-30m,盾构顶部标高为-10m；左线盾构离桥桩最小距离为3.08m，右线盾构离桥桩最小距离为3.31m。区间盾构埋深范围为10.74 ～16.61m，隧道施工采用小松土压平衡盾构机，盾体外直径φ为6.34m，主机长8.68m，整机长度为61.38m，最大推力3773T。衬砌管片采用内径为5.5m，厚度0.35m，宽度1.2m。盾构由沿江城际站始发，科教城南站接收。

2.监测情况及隆起的原因分析

针对盾构侧穿既有桥桩所存在的风险，现场采取两类不同的布点方式，桥面及河堤处为沉降观测标，如Jc43、Jc56 等；布设在河床中的钢管，管长约5m，深插至河道稳定土层中，如Jc135、Jc136 等。盾构侧穿凤栖桥，左线为先行施工。现场监测点布置如图1所示。

图1 监测布点图

如图1所示，左线线掘进面靠近河道的护堤时，首先进入的是Jc53 所在的监测断面。现场监测数据反映，周边河堤监测点出现变化速率超过设计控制值的险情，于3月2日河堤监测点Jc53、Jc54、Jc55的变化速率均超过设计控制值；到3月3日掘进面以上的点隆起明显，且速率变化很大，平均日变化速率达到20mm/d，隆起趋势明显，且现现场巡视也发现对应掘进面地表有明显裂缝，发现相关情况后，及时进行盾构参数调整控制隆起趋势。

针对监测数据变化情况，从3月1日监测数据较为平稳到后续发生明显隆起，分别对靠近左线一侧处于桥面、河堤、河床不同位置处监测点的累计值进行分析，河堤变化曲线如图2、河床变化曲线如图3所示。

图2 河堤监测点沉降变化图

图3 河床监测点沉降变化图

由以上监测数据变化图可知，盾构左线线侧穿深桩桥时，造成河堤、河床监测点明显的隆起，左线掘进面先靠近的河堤监测点Jc53、Jc54、Jc55、Jc56 在3月3日隆起量最大，其中Jc53 最值达到35mm，速率接近20mm/d，相关监测数据均已超预警值；左线隧道内河床的监测点Jc135、Jc136分别在3月3日和3月4日产生明显的隆起，累计量最值分别为29.08mm、49.26mm，速率最值分别为26.63 mm/d、46.92 mm/d；采取措施后，通过河道掘进面到达河道对岸的河堤监测点变化量在控制值范围内；靠近左线的桥面监测点（如图4）从盾构准备侧穿至通过，监测数据均较为平稳。

图4 桥面西侧监测点沉降变化图

对比以上监测点布置情况及各位置处监测数据可知，在堤护墙上的沉降观测标，以及深插入河床土层中的钢管都能较好的反映盾构通过时土层的隆沉情况，但直接布设在桥面的监测点却相对平稳，这是由于桥桩底部标高为-30m，而盾构的顶部标高为-10.33m，当土层在盾构掘进施工的影响下，盾构埋深以上的土层较为敏感。盾构穿越河道及桥梁，布点方式较大程度上影响监测数据的及时性、准确性，所以盾构侧穿桥梁深桩时，堤护墙和河道中的监测点能更好的反映土层变化情况。

盾构法施工中地层损失、盾构施工区域土体受扰动或重塑土再固结是引起地面沉降的主要因素。结合监测数据及现场巡视情况进行分析，造成以上监测点出现隆起的原因是盾构在侧穿河道时，由于堤护墙为浆砌片石结构，砌筑于填土层上，对地面隆沉非常敏感，而盾构上方的覆土厚度在河岸与河床交界的位置存在一个急剧的落差，覆土厚度产生突变，先前盾构的土仓压力值凸显偏大与掘进面前方土体土压力不匹配，进而导致开挖面失衡；其次侧穿既有桥梁深桩时，盾构姿态需在进入河道影响区间前及时进行调整，避免盾构姿态调整造成的掘进面土压失衡。结合监测数据对盾构掘进参数进行调整，通过降低土仓压力值、严格控制同步注浆压力、掘进速度等措施，并加大监测和现场巡视频率，后续隆起减缓并稳定。

3.总结

（1）监测布点需结合穿越桥梁的结构进行针对性的布设。对于侧穿桥梁深桩基础，对河堤进行加密布设，并在河床布设插入稳定土层中的沉降监测点，可使用适合长度的钢管直接插入河道中，以管顶作为监测点，能直接对盾构掘进区间上部土层的隆沉情况进行观测。

（2）盾构施工造成地表土层的隆沉主要源于土层损失和土体扰动，施工过程中建议：施工前进一步核实风险源与隧道相互关系；盾构穿越过程中，加大开挖面泡沫注入量，改善开挖面土体和易性，减少对前方土体的挤压作用；区间在过河堤时，覆土厚度可能产生突变，应及时调整土仓压力，减少河底隆沉，防止河堤开裂；制定有效的应急预案，并加强监测及巡视。