程 慶

(杭州地方鐵路開(kāi)發(fā)有限公司，浙江杭州 310007)

0 引言

近年來(lái)，隨著鐵路網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，特別是高速鐵路得到了快速發(fā)展。目前世界上比較一致的看法是最高速度達(dá)到200 km/h以上、旅行速度超過(guò)150 km/h稱為高速;最高速度為140 km/h～150 km/h稱為快速;最高速度為120 km/h稱為常速［1］。我國(guó)將新建鐵路旅客列車設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度達(dá)到250 km/h、既有鐵路達(dá)到200 km/h及以上的鐵路稱為高速鐵路［2］。我國(guó)目前已開(kāi)通或正在建設(shè)的高速鐵路、客運(yùn)專線的列車運(yùn)行速度大多超過(guò)250 km/h，如武廣、鄭西、京滬、杭長(zhǎng)等。

目前，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷發(fā)展和全國(guó)鐵路網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的交通、市政、建筑工程交疊設(shè)計(jì)和施工，相互影響的情況不斷出現(xiàn)。臨近鐵路營(yíng)業(yè)線施工也越來(lái)越多，影響鐵路行車安全。特別高速鐵路列車運(yùn)行速度快、對(duì)線路要求高，對(duì)臨近高速鐵路的施工應(yīng)特別予以重視，在施工過(guò)程中，必須對(duì)施工影響區(qū)域內(nèi)鐵路線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以指導(dǎo)施工，確保行車安全。

本文以臨近既有高速鐵路深基坑工程為例，就臨近高速鐵路施工監(jiān)測(cè)進(jìn)行探討，為類似的工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

擬建項(xiàng)目位于杭州市，西側(cè)和北側(cè)緊鄰城市道路，東側(cè)為高速鐵路，南側(cè)為另一項(xiàng)目用地。

工程用地面積14 718 m2，總建筑面積66 515.02 m2，其中地上建筑面積45 625 m2，地下建筑面積20 890.02 m2。建筑物1幢商業(yè)辦公樓(北側(cè)為A座，南側(cè)為B座)，主樓為13層，商業(yè)裙房為2層，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)2層整體地下室?；娱_(kāi)挖深度約8.9 m。擬建工程地下室基坑采用一排φ1 000@1 250(東面靠近鐵路一側(cè)及南面需通行吊車區(qū)域)、φ700@950鉆孔灌注樁結(jié)合兩道鋼筋混凝土支撐支護(hù)。東側(cè)靠近鐵路一側(cè)的鉆孔灌注樁外側(cè)設(shè)雙排φ850@600三軸水泥攪拌樁止水止土，其余區(qū)域采用一排φ850@600三軸水泥攪拌樁止水止土。出土口、南面及北面的中間位置坑中坑鄰近圍護(hù)樁邊的區(qū)域坑底采用φ850@600三軸水泥攪拌樁加固。其中，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)東側(cè)距高速鐵路不足30 m。基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)主要為粉質(zhì)黏土和砂質(zhì)粉土，該基坑的施工對(duì)既有高速鐵路臨近段的安全可能產(chǎn)生影響，特別是基坑施工對(duì)鐵路路基、接觸網(wǎng)立柱、軌道等均會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此，在基坑施工期間，為保證鐵路行車安全，必須對(duì)鐵路路基、接觸網(wǎng)立柱、軌道等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 監(jiān)測(cè)方法

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，必須保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以確?；邮┕ぐ踩?。通過(guò)對(duì)基坑及其周邊建筑物的變形監(jiān)測(cè)來(lái)反饋信息，可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)危及建筑物、構(gòu)筑物和基坑支護(hù)安全的隱患，并能夠指導(dǎo)施工程序，充分體現(xiàn)科學(xué)的“信息化施工”，確保工程本身、周邊環(huán)境和建(構(gòu))筑物的安全。

通過(guò)對(duì)鐵路監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析整理，反映在基坑施工過(guò)程中所表現(xiàn)出的一些變形規(guī)律和特點(diǎn)，對(duì)可能發(fā)生的安全隱患或事故進(jìn)行分析和判斷，并提出建議，使有關(guān)方面能夠及時(shí)采取措施，避免事故的發(fā)生，保證既有鐵路的安全。

關(guān)于基坑及周邊地面、土體、建(構(gòu))筑物、地下管線等監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法規(guī)范中已有較明確規(guī)定，而關(guān)于運(yùn)營(yíng)期高速鐵路的監(jiān)測(cè)還沒(méi)有明確的規(guī)定，對(duì)高速鐵路線路的監(jiān)測(cè)應(yīng)盡量利用已有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)進(jìn)行，并積極采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，提高監(jiān)測(cè)精度。目前，我國(guó)高速鐵路均采用封閉運(yùn)營(yíng)，所以應(yīng)優(yōu)先選擇遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.1 路基沉降監(jiān)測(cè)

采用靜力水準(zhǔn)及遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)。

1)靜力水準(zhǔn)儀系統(tǒng)由多個(gè)精密液位計(jì)組成，通過(guò)連通管將所有液位計(jì)的液面連通，測(cè)量各液位計(jì)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的垂直向變形情況。靜力水準(zhǔn)儀的貯液容器相互用通液管完全連通，貯液容器內(nèi)注入液體，當(dāng)液體液面完全靜止后系統(tǒng)中所有連通容器內(nèi)的液面應(yīng)同在一個(gè)大地水準(zhǔn)面上，系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)的液位由靜力水準(zhǔn)儀傳感器測(cè)得，假設(shè)被測(cè)物體測(cè)點(diǎn)1作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算可得到其他測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的沉降，如果知道兩測(cè)點(diǎn)間的水平距離L，則兩測(cè)點(diǎn)間相對(duì)傾斜的變化也可算得，如圖1所示。

圖1 靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)工作原理圖

在靜力水準(zhǔn)儀的系統(tǒng)中，不但可以觀測(cè)兩測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)垂直位移，也可布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)并連成系統(tǒng)，并選一穩(wěn)定不動(dòng)的測(cè)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，來(lái)觀測(cè)各測(cè)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的垂直位移(沉降量)。

往往基準(zhǔn)點(diǎn)是相對(duì)恒定的或者是可用其他方式準(zhǔn)確測(cè)定的點(diǎn)，精確計(jì)算各點(diǎn)的絕對(duì)垂直位移，必須核定基準(zhǔn)點(diǎn)地基的沉降變化量。

對(duì)于多測(cè)點(diǎn)的靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的靜力水準(zhǔn)儀均需加接三通接頭，使各測(cè)點(diǎn)貯液容器用水管連通，各點(diǎn)容器上部與大氣連通，且各點(diǎn)安裝高程應(yīng)基本相同，基準(zhǔn)點(diǎn)必須穩(wěn)固。

2)自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)是一種功能強(qiáng)大的分布式全自動(dòng)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由上位機(jī)、采集模塊(MCU)、系統(tǒng)軟件及相關(guān)配件組成，現(xiàn)場(chǎng)采集模塊(MCU)配接傳感器，計(jì)算機(jī)作為自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)的上位機(jī)，與系統(tǒng)軟件組成監(jiān)測(cè)指揮系統(tǒng)，通過(guò)不同的數(shù)據(jù)傳輸方式與各采集模塊(MCU)聯(lián)系，完成系統(tǒng)管理、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、定時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、顯示或打印數(shù)據(jù)報(bào)表、繪圖、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。

2.2 接觸網(wǎng)立柱與鐵軌差異沉降監(jiān)測(cè)

采用電子水平尺及遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)。

1)電子水平尺及測(cè)試原理。固定式電子水平尺采用精密重力平衡伺服傾角傳感器，內(nèi)置CPU、電子編號(hào)、型號(hào)，測(cè)量結(jié)果可顯示傾角或位移值，采用全密封、高可靠設(shè)計(jì)，表面安裝，可單個(gè)或多個(gè)使用，分辨率0.01 mm。利用專門(mén)設(shè)計(jì)的安裝件進(jìn)行安裝(見(jiàn)圖2)。

圖2 電子水平尺安裝示意圖和實(shí)景圖

如圖3所示，若在被測(cè)體的表面分段安裝了兩個(gè)電子水平尺，安裝好后的測(cè)量初始值為β1，β2，隨著被測(cè)體發(fā)生傾斜，測(cè)量的角度為α1，α2，若轉(zhuǎn)換為相對(duì)沉降位移量變化，則計(jì)算公式為:L1［sin(α1)－sin(β1)］+L2［sin(α2)－sin(β2)］，若為一個(gè)電子水平尺，則相對(duì)沉降為 L1［sin(α1)－sin(β1)］。

圖3 電子水平尺測(cè)試原理圖

2)與靜力水準(zhǔn)儀使用同一套自動(dòng)化綜合測(cè)試系統(tǒng)。

2.3 水平位移監(jiān)測(cè)

采用基于Trimble S8磁驅(qū)伺服全站儀+Trimble 4D Control變形監(jiān)測(cè)軟件的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)。

1)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。Trimble S8全站儀具有的自動(dòng)搜索和自動(dòng)鎖定功能是實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。Trimble 4D Control監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件能夠無(wú)縫連接當(dāng)前Trimble S6，S8等磁驅(qū)伺服全自動(dòng)測(cè)量機(jī)器人以及GNSS設(shè)備，還可以連接巖土物理傳感器，例如坎貝爾的測(cè)斜儀、壓力計(jì)等設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)完好的情況下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)連接這些設(shè)備，并且自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)分析、自動(dòng)處理、自動(dòng)報(bào)告、自動(dòng)報(bào)警，全程無(wú)需人員干涉，真正的全自動(dòng)無(wú)人值守。并且無(wú)論是原始數(shù)據(jù)、處理過(guò)程數(shù)據(jù)，以及最終的結(jié)果數(shù)據(jù)，全程全部進(jìn)入MS SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。

2)監(jiān)測(cè)技術(shù)要求。采用Trimble S8全站儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并滿足表1～表3要求。

表1 水平方向觀測(cè)技術(shù)要求

表2 距離觀測(cè)技術(shù)要求

表3 主要技術(shù)指標(biāo)

為滿足測(cè)量精度的要求，統(tǒng)一采用反射面大、精度高的Leica GRP121精密原裝進(jìn)口棱鏡，棱鏡利用專門(mén)設(shè)計(jì)的安裝件進(jìn)行安裝，如圖4所示。

圖4 精密棱鏡

2.4 其他方法

其他還有激光沉降儀、近景攝影測(cè)量、傳感器自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等監(jiān)測(cè)方法，限于篇幅，不做一一介紹，對(duì)于高速鐵路線路的監(jiān)測(cè)方法和設(shè)備的選擇應(yīng)遵循高精度、高可靠性、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量及適應(yīng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的原則。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于臨近高速鐵路施工，對(duì)高速鐵路線路監(jiān)測(cè)是保證鐵路設(shè)備狀態(tài)和行車安全的重要工作，監(jiān)測(cè)要求高，須采用先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備和方法，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)完善，確保行車安全。

［1］趙洪勇，劉建坤，崔江余.高速鐵路路基沉降監(jiān)測(cè)方法的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)［J］.路基工程，2001(6):15-17.

［2］萬(wàn) 省，李曉穎.高填方軟土路基失穩(wěn)判據(jù)的研究［J］.山西建筑，2012，38(13):181-182.

［3］易思蓉.鐵道工程［M］.第2版.北京:中國(guó)鐵道出版社，2013.