地铁盾构穿越桥梁桩基加固措施和变形监测研究

李 丹

（南京市公共工程建设中心，江苏 南京 210019）

文章以地铁盾构近距离穿越高速公路桥梁桩基为背景，并结合施工监测过程进行分析探讨，对桥墩变形及地表沉降监测数据进行分析，研究盾构穿越加固措施及对周边环境的影响规律，为以后类似工程提供参考。

1 工程背景

1.1 工程概况

地铁盾构区间在DK3+620～DK3+660段侧穿高速公路桥桥桩，隧道埋深约11.1 m，两隧道水平中心间距约21.6 m，管片外径6.2 m，内径5.5 m，管片采用钢筋混凝土预制，强度等级为C50，厚度为0.35 m，环宽1.2 m，管片为通用环，采用错缝拼装。

高速公路上部结构采用装配式部分预应力简支小箱梁（桥面连续），全宽24.5 m，左、右幅分幅设计，宽12 m。横向4片通过湿接缝连接，梁高1.3 m。下部结构为柱式墩，钻孔灌注桩基础。墩帽长度为10.04 m，墩帽厚度1.5 m；墩帽下接两根直径1.2 m墩柱和直径1.5 m桩，桩长23～24 m，柱桩间距5.6 m，桥下净空为4.5～5 m，桩基按端承桩设计。

跨越处高速公路桥墩编号为N45～N47，线路以盾构形式于N45-1～N45-4、N46-1～N46-4、N47-1～N47-4桩间穿过，其中N46-4桥桩与右线盾构隧道距离最小为3.193 m。设计城际轨道交叉处为缓和曲线和R=650 m圆曲线，分两孔穿越，线路与高速公路的平面交角为65°。盾构与高速公路平面位置关系如图1所示。

图1 盾构和高速公路平面位置关系示意图

2 桥桩加固措施

根据桥下的地质条件和盾构隧道与高架钻孔桩基础的距离，采用袖阀管注浆的方法进行改良与隔离区间隧道、与桩基之间的土体，提高土层的强度、稳定性，降低其渗水性，隔断盾构隧道施工对高架桥钻孔桩桩基的影响。

（1）区间隧道距离桥桩小于1D（D为隧道直径6.2 m）时，采用4排隔离桩；区间隧道距离桥桩小于5d（d为桥桩直径1.5 m）时，采用3排隔离桩；区间隧道距离桥桩小于2D（D为隧道直径6.2 m）时，采用2排隔离桩。

隔离桩直径0.5 m，间距0.4 m，梅花形布置，隔离桩采用袖阀管注浆。注浆材料采用水泥浆，注浆压力约0.2～0.5 MPa，根据现场试验情况确定。

隔离桩与盾构区间隧道净距取0.5 m；为减少注浆对桥桩的影响，距离桥桩1d（d为桥桩直径1.5 m）范围内隔离桩可不施作。隔离桩长度18 m。

（2）区间隧道距离桥桩小于1D（D为隧道直径6.2 m）时，隧道上方地层满堂加固，加固深度自地面下1 m起，至隧道底部下方1 m结束，长度18 m；加固桩直径0.8 m，间距0.6 m，梅花形布置，隔离桩采用袖阀管注浆。注浆材料采用水泥浆，注浆压力约0.2～0.5 MPa，根据现场试验情况确定。

（3）隔离桩浆液填充率取45%，满堂加固桩浆液填充率取20%。

袖阀管注浆加固布置示意图如图2所示。

图2 袖阀管注浆加固平面示意图

3 监测方案

3.1 监测点布置

地表沉降监测点沿隧道中心线布置，每10 m布设一个点，穿越高速桥墩部分每20 m布设一个断面，每个断面上9个测点（含轴线测点），断面上测点距离隧道轴线分别为15 m、10 m、5 m、0 m（左轴线）、左右线轴线中点、0 m（右轴线）、5 m、10 m、15 m。

对穿越段左、右线隧道中线两侧1倍隧道埋深范围区域高速桥墩进行沉降监测，每个桥墩布设1个沉降监测点。

监测点位布设平面示意图如图3所示。

图3 监测点布设平面示意图

3.2 监测方法

沉降监测采用Ⅱ等垂直位移监测技术要求进行，并布设成附合水准路线。盾构穿越期间每天观测一次。

4 监测数据分析

为了全面掌握施工影响范围内的地表沉降和桥墩沉降变化规律，本项目布置了35个地表沉降监测点和12个桥墩沉降监测点，受篇幅所限，本文仅对重点监测点和典型横断面进行分析。

4.1 地表沉降

右线下穿时选取隧道轴线上的监测点K3+640-4和K3+650-4，左线下穿时选取隧道轴线上的监测点K3+640-6和K3+650-6，对地表沉降累计量和刀盘的距离关系进行分析。在盾构机刀盘距离地表沉降监测点30 m左右时，前方监测点开始逐渐轻微隆起，隆起量最大值为1.7 mm，这是由于盾构机向前推进时对土体的挤压造成的。在盾构机刀盘距离监测点10 m左右时，监测点开始逐渐沉降，在盾构机刀盘通过后10～20 m范围时，地表监测点沉降速率达到最大值，此过程处于盾构机通过和盾尾脱出阶段，对土体扰动较大。之后沉降速率开始逐渐变缓，直至最后趋于稳定，盾构机通过后50 m时，沉降量最大值为14.3 mm。地表沉降与刀盘距离关系曲线图如图4所示。

图4 地表沉降与刀盘距离关系曲线图

选取典型横断面K3+640地表沉降监测点，对盾构掘进引起的地表横断面沉降曲线进行分析。如图4所示，盾构掘进引起的地表沉降大致沿盾构隧道中心线呈对称分布，隧道中心线处地表沉降量大于隧道轴线两侧地表沉降量，并且随着与隧道中心线距离的增大而减小，形成类似于正态分布曲线的沉降槽，该规律也与Peck地表沉降槽理论相吻合。

4.2 桥墩沉降

盾构掘进过程中，距离盾构区间最近的四个桥墩（N45-4、N46-1、N46-4、N47-1）沉降监测时程曲线如图5所示，从图5中可以看出，盾构下穿过程中桥墩沉降变化趋势与地表沉降总体一致，呈现先轻微隆起后下沉的规律，盾构通过后最终沉降量趋于稳定。

图5 桥墩沉降时程曲线图

所有桥墩沉降监测点累计沉降量如图6所示，从图6中可以看出，桥墩沉降累计量总体较小，最大值为0.9 mm，对应的桥墩号为N46-2、N46-4、N47-1，其中N46-4、N47-1均距离盾构区间较近，距离盾构区间较远的桥墩沉降量相对较小。由于盾构区间所处的地层地质条件较好，桥梁桩基底部位于中风化安山岩中，属于端承桩，所以盾构掘进施工对地层的扰动较小，桥墩沉降总体较小。

图6 桥墩沉降累计变化量曲线图

5 结语

盾构掘进引起的地表沉降纵向呈先轻微隆起后下沉的规律，盾构机通过和盾尾脱出阶段，沉降速率达到最大值，横向沿隧道中心线呈对称分布，并且随着与隧道中心线距离的增大而减小，形成沉降槽。采用袖阀管注浆进行地基加固和隔离，对地表和桥墩沉降起到了较好的控制作用。