盾構(gòu)下穿西環(huán)鐵路橋工程監(jiān)測

李子忠，段 強，胡文兵

(成都暢達通地下工程科技發(fā)展有限公司)

1 工程概況

1.1 區(qū)間隧道情況

成都地鐵2 號線(西延線)盾構(gòu)隧道分左、右線，在通過西環(huán)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(nèi)徑5.4 m)，采用土壓平衡盾構(gòu)掘進施工，盾構(gòu)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(gòu)通過西環(huán)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(qū)間隧道在通過西環(huán)鐵路前后處于直線段，坡度為2.2%的下坡段。

1.2 盾構(gòu)隧道和西環(huán)鐵路相互位置關(guān)系

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

西環(huán)鐵路土橋立交特大橋距離互助路站北端約300 m，右線區(qū)間隧道在1#和2#橋墩中間下穿、左線區(qū)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(huán)鐵路土橋立交特大橋平面關(guān)系。

1.3 西環(huán)鐵路特大橋1#、2#、3#橋墩和橋梁情況情況

西環(huán)鐵路于1994年開工，1998年竣工，西環(huán)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(chǔ)(兩臺階，厚2 m)，基礎(chǔ)埋深約6.5 m，橋下凈空3.5～5 m。根據(jù)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(chǔ)+墩身加固梁施工順序

本橋梁加固樁基礎(chǔ)采用人工挖孔結(jié)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(jīng)過高度改造的沖擊鉆對稱進行鉆孔，鉆至設(shè)計深度后清孔安放鋼筋籠，澆注水下混凝土，完成樁基礎(chǔ)施工;樁基施工完成后進行加固橋梁基礎(chǔ)土石方開挖，橋梁基礎(chǔ)鑿毛及植筋施工;橋梁基礎(chǔ)植筋完成后進行加固橋梁基礎(chǔ)鋼筋安裝、模板安裝和混凝土澆筑養(yǎng)生施工;加固橋梁基礎(chǔ)施工完成后進行土石方回填和路面恢復(fù)施工。

3 監(jiān)控量測

3.1 監(jiān)測內(nèi)容及方法

(1)監(jiān)測點的布設(shè)

區(qū)間隧道上方監(jiān)測點布設(shè):區(qū)間隧道上方按5m 間距設(shè)置，為了使監(jiān)測點能夠真實反映地面的沉隆關(guān)系，監(jiān)測點深入到土體中。監(jiān)測點埋設(shè)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(shè)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(jiān)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(shè)沉降觀測點，在頂部每個角布設(shè)傾斜、位移觀測點。沉降監(jiān)測點設(shè)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(jiān)測點。每個橋墩的沉降監(jiān)測點組成單一閉合水準路線，采用精密水準儀監(jiān)測。橋墩沉降監(jiān)測點結(jié)構(gòu)圖見圖1。在每個橋墩墩身分別設(shè)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(shù)儀讀取數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。

圖1 橋墩沉降監(jiān)測點結(jié)構(gòu)圖

(2)監(jiān)測儀器

地表沉降、墩身沉降監(jiān)測采用蘇光DSZ2 精密水準儀+FS1 測微器及相應(yīng)的銦鋼水準標尺，讀數(shù)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(shù)儀讀取數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。

(3)測點埋設(shè)要求

①測點埋設(shè)位置、數(shù)量依照設(shè)計，各項目監(jiān)測點埋設(shè)數(shù)量不少于設(shè)計。

②測點提前埋設(shè)，并在施工前(或工序施工前)獲取初值(或監(jiān)測基準值)，初值測量在測值穩(wěn)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(shè)前，施工方先自檢、率定，保證完好，并將產(chǎn)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(jiān)測點統(tǒng)一編號，現(xiàn)場測點有標記。

⑤監(jiān)測點埋設(shè)能反映監(jiān)測對象變形或受力狀況，為驗證設(shè)計數(shù)據(jù)而布設(shè)的測點布置在設(shè)計最不利位置和斷面，為指導(dǎo)施工而布設(shè)的測點布置在相同工況下最先施工部位。

⑥監(jiān)測點原則上按照設(shè)計位置布置，據(jù)現(xiàn)場實際情況在靠近設(shè)計測點位置設(shè)置測點，總體以能達到監(jiān)測目的為原則。

⑦變形測點埋設(shè)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(shè)測點不能影響和防礙結(jié)構(gòu)的正常受力，不能削弱結(jié)構(gòu)的變形、剛度和密度。

⑨各類監(jiān)測點的布置在時間和空間上有機結(jié)合，同一監(jiān)測部位能同時反映不同的物理變化量，以便找出其內(nèi)在的聯(lián)系和變化規(guī)律。

⑩監(jiān)測點在施工過程中一旦破壞，盡快在原位置處補設(shè)測點，以保證該測點觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

3.2 監(jiān)測的要求

(1)監(jiān)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(guī)范(GB12897)的一等精度進行。其余量測項目參照國家相關(guān)規(guī)范確定量測精度。各項監(jiān)測項目精度見表1。

表1 監(jiān)測精度表

(2)監(jiān)測控制值和預(yù)警值

鐵路橋梁沉降要求很嚴，根據(jù)成都地鐵2 號線二期工程(西延線)土建2 標地鐵盾構(gòu)下穿西環(huán)鐵路土橋立交橋加固施工配合協(xié)調(diào)會有關(guān)精神，對監(jiān)測提出的要求，按下表進行控制。

表2 監(jiān)測控制值和預(yù)警值表

(3)監(jiān)測頻率和數(shù)據(jù)處理及信息反饋

①在樁基加固期間，正常情況下每天監(jiān)測4～6 次，當監(jiān)測發(fā)現(xiàn)變形速率較大或已經(jīng)達到或接近預(yù)警值時連續(xù)監(jiān)測間隔不超過3 h/次。

②在通過西環(huán)鐵路橋梁期間，專人實行24 h 監(jiān)測，每2 h 監(jiān)測一次，當監(jiān)測發(fā)現(xiàn)變形速率較大或已經(jīng)達到或接近預(yù)警值時連續(xù)監(jiān)測間隔不超過1 h/次。并通知成都工務(wù)段現(xiàn)場監(jiān)管人員和安全調(diào)度室人員。

③及時進行監(jiān)測信息反饋:監(jiān)測結(jié)果在半小時內(nèi)反饋給項目部領(lǐng)導(dǎo)。監(jiān)測報表在2～3 h 內(nèi)完成包括當次監(jiān)測報表，及時上報監(jiān)理。

④對時態(tài)曲線進行回歸分析時，選擇與實測數(shù)據(jù)擬合較好的函數(shù)，并對變形趨勢進行預(yù)測。

⑤當實測變形值大于允許變形的2/3 時及時通報相關(guān)部門并采取措施控制變形。

3.3 監(jiān)測時間

監(jiān)測時間根據(jù)施工時間決定，初值測定于施工到達前1周內(nèi)進行，且不少于2 次，過程監(jiān)測隨施工的進行按規(guī)定頻率進行觀測。隨施工結(jié)束延長2～3月觀測時間。在監(jiān)測過程中根據(jù)以上各類監(jiān)測結(jié)果及時反饋到設(shè)計、監(jiān)理、業(yè)主和有關(guān)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(gòu)右線于2011年10月25日開始下穿西環(huán)鐵路橋，并于2011年10月28日完成對西環(huán)鐵路橋的下穿，盾構(gòu)左線于2011年11月16日開始下穿西環(huán)鐵路橋并于2011年11月18日完成對西環(huán)鐵路橋的下穿。

(1)墩身沉降監(jiān)測

1#、2#和3#橋墩均在樁基置換加固過程中產(chǎn)生了沉降，2#橋墩的測點在樁基置換完成后，產(chǎn)生了兩次比較明顯的沉降，分別是在右線盾構(gòu)下穿西環(huán)鐵路橋期間產(chǎn)生了約3.5 mm 的沉降，在左線盾構(gòu)下穿西環(huán)鐵路橋期間產(chǎn)生了約4 mm 的沉降，但沉降累計變化均處于規(guī)范允許范圍內(nèi);1#橋墩測點僅在左線盾構(gòu)下穿西環(huán)鐵路橋期間產(chǎn)生了約4 mm的沉降，3#橋墩測點僅在右線盾構(gòu)下穿西環(huán)鐵路橋期間產(chǎn)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(nèi)。

(2)橋墩傾斜監(jiān)測

在每個橋墩墩身分別設(shè)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(shù)儀讀取數(shù)據(jù)進行監(jiān)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(jīng)過調(diào)整后，盾構(gòu)右線于2011年10月25日～2011年10月28日完成對西環(huán)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(gòu)左線于2011年11月16日～2011年11月18日完成對西環(huán)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(gòu)下穿鐵路橋期間，橋墩傾斜變換均很小，處于穩(wěn)定狀態(tài)，鐵路橋經(jīng)過樁基礎(chǔ)托換加固后，盾構(gòu)下穿的影響較小，處于可控狀態(tài)。

(3)隧道正上方路面沉降監(jiān)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(fā)生盾構(gòu)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(chǔ)托換加固后，盾構(gòu)下穿西環(huán)鐵路橋的沉降得到有效控制。

4 結(jié) 論

本橋梁橋墩樁基礎(chǔ)托換加固后，盾構(gòu)對西環(huán)鐵路橋進行了左線和右線兩次的下穿掘進，從橋墩沉降監(jiān)測來看均處于規(guī)范允許范圍內(nèi)，在后續(xù)的監(jiān)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(guī)范允許范圍內(nèi);隧道正上方中線點累計變化曲線比較平緩，在后續(xù)監(jiān)測中處于平緩狀態(tài)。因此，可以認為本橋梁橋墩樁基礎(chǔ)托換加固后，盾構(gòu)對西環(huán)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(chǎn)生不均勻沉降變化。