張祥善 曹丙海

(1.中鐵十局集團投資開發(fā)有限公司，山東 濟南 250101; 2.中鐵十局集團建筑工程有限公司，山東 濟南 250000)

監(jiān)測技術在地鐵隧道下穿廈門火車站中的應用

張祥善1曹丙海2

(1.中鐵十局集團投資開發(fā)有限公司，山東 濟南 250101; 2.中鐵十局集團建筑工程有限公司，山東 濟南 250000)

針對廈門火車站隧道下穿既有鐵路站改工程，從監(jiān)測基準網(wǎng)測設、既有鐵路監(jiān)測以及火車站內(nèi)環(huán)境設施監(jiān)測三方面進行了隧道下穿既有鐵路施工過程中的監(jiān)測設計，為工程的安全施工提供了相關技術參數(shù)以及理論支持，對今后類似工程具有重要的參考價值。

隧道，基準網(wǎng)，既有鐵路，站內(nèi)設施，監(jiān)測技術

1 工程概況

廈門火車站地鐵全長355.73 m，采用單洞雙線斷面(A型斷面12 m×9.06 m；B型斷面14.1 m×9.66 m)。

區(qū)間隧道下穿廈門火車站南、北站房、站臺出站地道及軌道，從廈門火車站旅客地道正下方通過，軌道交通軸線與旅客地道軸線投影重合，區(qū)間隧道拱頂距火車站旅客地道底板距離約9.0 m～10.0 m(見圖1)。

根據(jù)廈門火車站站改工程情況及施工進度，將下穿隧道工程分為六個區(qū)段，其中區(qū)段一下穿市政改移道路及南廣場地下空間，長149 m；區(qū)段二下穿已施作新建南站房，長40 m；區(qū)段三下穿新建南站臺7線～9線及線下旅客地道，長40 m；區(qū)段四下穿改建北站臺1線～6線及線下旅客地道，長53 m；區(qū)段五下穿改建北站房，長40 m；區(qū)段六下穿北廣場落客平臺，長35 m。

2 監(jiān)測目的

廈門站列車密度大，旅客集中，地處鬧市區(qū)，軌道采用寬枕板。地鐵施工中，必須采用嚴密的監(jiān)控措施，確保站房、站臺、線路的安全。

通過監(jiān)測工作，達到以下目的：

1)保證施工期間鐵路的正常運營，及時分析反饋監(jiān)測信息，

優(yōu)化施工方案，最終確保工程安全順利完成。

2)由于土體成分以及結構的不均勻性、各向異性及不連續(xù)性導致土體力學性質比較復雜[1]，再加上復雜多變的自然環(huán)境因素對土體產(chǎn)生的影響，為了保證施工過程的安全性及穩(wěn)定性，必須運用有效的監(jiān)測手段為工程施工提供合理的判斷依據(jù)。

3)在對站臺結構、既有路基、立柱、站房、旅客通道及接觸網(wǎng)桿等監(jiān)測數(shù)據(jù)進行歸納整理分析的基礎上，了解各監(jiān)測對象的實際變形情況及施工對車站環(huán)境的影響程度，分析區(qū)域性施工特征，尤其關注既有鐵路沉降和不均勻沉降的大小和發(fā)展情況。

3 監(jiān)測項目

施工監(jiān)測內(nèi)容包括監(jiān)測基準網(wǎng)的測設、既有鐵路線路監(jiān)測以及火車站內(nèi)部設施和站內(nèi)環(huán)境監(jiān)測。

依據(jù)工程監(jiān)測設計資料及工程實際情況，施工監(jiān)測項目如表1所示。

表1 施工監(jiān)測項目一覽表

4 監(jiān)測方案設計

4.1 沉降監(jiān)測基準網(wǎng)測設

4.1.1 沉降監(jiān)測基準點布設原則

1)沉降監(jiān)測基準網(wǎng)在折返線隧道下穿廈門火車站既有鐵路的施工高程系統(tǒng)的基準上進行建立，起始點和閉合點均位于施工控制網(wǎng)的水準點上面。

2)基準點需要埋設在不受施工影響的外圍且地點比較穩(wěn)固的區(qū)域。

3)在施工過程中，工作基點作為直接測定變形觀測點的依據(jù)，需要設置在穩(wěn)固不變且不受施工影響的位置，因此在施工過程中采用基準點作為工作基點進行沉降變形觀測。

4)沉降監(jiān)測基準點共埋設3個，所在位置需要滿足準確、方便的引測施工區(qū)域所有觀測點。

5)地表或建筑物上面的基準點需要布置在沉降變形已經(jīng)穩(wěn)定的密實土層或建筑物上。

6)每隔一段時間就需要對沉降監(jiān)測的基準網(wǎng)點進行一次復測校核，以確保監(jiān)測具有較高的可靠性。

4.1.2 沉降監(jiān)測基準點埋設方法

1)地表基準點或工作基點埋設。

運用人工開挖或者機械鉆孔的方式埋設沉降監(jiān)測基準點，施工工序為：a.在地表部位運用專門工具開挖直徑為80 mm左右，不低于1 m深的孔洞；b.對孔洞的底部進行夯實處理；c.清理干凈孔洞內(nèi)部的渣土，并往孔洞內(nèi)灌入適量的清水以便對孔洞進行養(yǎng)護；d.在孔洞內(nèi)澆筑強度等級為C20的混凝土，混凝土的表面位置需要低于地表50 mm，并且需要機械振動密實；e.把長度達800 mm以上的鋼筋標志放入孔洞的中心位置，上部標志需要位于混凝土面以上10 mm～20 mm處；f.上部加裝鋼制保護蓋；g.養(yǎng)護15 d以上，如圖2所示。

2)建筑物上基準點埋設。

需要運用鉆具成孔的方式在建筑物上埋設基準點，施工工序為：a.在選定的建筑物上面用工具鉆直徑65 mm、深度122 mm的孔洞；b.清理干凈孔洞內(nèi)部的磚渣石塊，并往孔洞內(nèi)灌入適量的清水以便對孔洞進行養(yǎng)護；c.向建筑物上面的孔洞內(nèi)灌入適量的錨固劑；d.在建筑物上面的孔洞內(nèi)放入沉降變形觀測點的標志；e.沉降變形觀測標志與孔洞之間的間隙需要用適量的錨固劑進行填充；f.養(yǎng)護15 d以上，如圖3所示。

4.2 既有鐵路監(jiān)測

4.2.1 鐵道線路的平順性監(jiān)測

鐵路的正常行車對線路平順性有著很高的要求，若下穿隧道工程施工對線路結構產(chǎn)生影響，致使線路產(chǎn)生沉降變形，勢必影響列車的安全運營。因此需要根據(jù)折返線隧道下穿施工形式，對影響范圍內(nèi)軌道的平順性進行監(jiān)測。

1)監(jiān)測點布設及監(jiān)測方法。

a.每條運營線100 m范圍進行軌道靜態(tài)測量，點間距20 m，采用在軌道頂面設監(jiān)測點，在軌道側面標示點名，使用二等水準的觀測方法。

b.測量過程中，需做好起算的穩(wěn)定性檢核及復測。

c.火車站區(qū)域下穿隧道施工前，完成軌道靜態(tài)初始值的采集工作，該數(shù)據(jù)將作為后期測量數(shù)據(jù)的比對基準。

2)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理。

a.建立項目及線路相關參數(shù)；b.將軌道幾何狀態(tài)測量儀內(nèi)部的測量數(shù)據(jù)導入到數(shù)據(jù)處理軟件；c.通過軟件計算便能得到各項偏差情況。

通過與初始值的比較，得到線路結構累計變形情況。如果既有鐵路線路的平順性不能滿足相關規(guī)范要求，必須進行相應的軌道調(diào)整。

4.2.2 鐵路路基沉降監(jiān)測

1)監(jiān)測點布設及監(jiān)測方法。

a.沿鐵路左右兩側的路基邊布置監(jiān)測斷面，每個斷面的間距為5 m。b.在鐵路路基的沉降監(jiān)測位置布設一定長度的鋼筋作為標志點，并用水泥砂漿填充標志點的周圍；運用人工開挖或者機械鉆孔的方式埋設地表沉降監(jiān)測標志，將沉降監(jiān)測標志用窖井進行保護。c.路基沉降觀測使用天寶DiNi03電子水準儀進行幾何水準測量。

2)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理。

根據(jù)各期次的監(jiān)測成果數(shù)據(jù)，繪制出每個觀測點的沉降—時間曲線以及在某一特定的時間點內(nèi)所有地表沉降斷面的整體曲線。沉降—時間變化曲線能夠反映出整個施工過程對該觀測點的影響，而測定同一個斷面不同點的沉降變化有利于了解周圍環(huán)境受施工影響程度的變化情況。

4.3 火車站內(nèi)環(huán)境設施監(jiān)測

4.3.1 站臺結構沉降監(jiān)測

對施工影響范圍內(nèi)的站臺結構進行沉降觀測?？紤]到站臺運營及美觀的影響，在反映站臺結構變形特征和結構特點的基礎上，監(jiān)測點在側面進行優(yōu)先布設。監(jiān)測點位選擇在站臺結構墻體側面10 m處埋設，以下穿線位中心向兩側布置，左右兩側各埋至50 m處(見圖4)。

4.3.2 隧道上部接觸網(wǎng)桿傾斜觀測

通過對接觸網(wǎng)桿傾斜監(jiān)測點進行觀測，可計算求得接觸網(wǎng)桿傾斜變形值。

4.3.3 隧道上部旅客地道結構沉降監(jiān)測

旅客通道位于隧道正上方，故需要對站內(nèi)整個通道結構穩(wěn)定性進行監(jiān)測。分別在通道沉降縫兩側墻體下部和通道墻體大轉角處布設沉降觀測點。在旅客通道的中心地面上，沿平行于下穿隧道方向軸線每隔20 m的距離就設置一個沉降觀測點。

4.3.4 隧道上部高架候車室沉降監(jiān)測

高架候車室采用立柱平臺支撐，故在每個高架平臺立柱上埋設沉降監(jiān)測點，以對候車室整體結構進行監(jiān)測。

4.3.5 南、北站房沉降監(jiān)測

在站房出站層墻體四角及與隧道中軸線垂直的墻體中部分別布設沉降監(jiān)測點，以對站房整體結構變形進行監(jiān)測。

4.3.6 隧道上部樓梯沉降監(jiān)測

各樓梯底部及中部位置分別布設沉降觀測點，以對樓梯整體結構變形進行監(jiān)測。

4.3.7 站內(nèi)結構物裂縫監(jiān)測

對需要觀測的裂縫進行編號并做好標記。每條裂縫應至少布設兩組觀測標志，其中一組應在裂縫的最寬處，另一組在裂縫的末端。每組應使用兩個對應的標志，分別設在裂縫的兩側。裂縫觀測可以用比例尺、小鋼尺或游標卡尺等工具直接進行測量，裂縫觀測數(shù)據(jù)需要量測至0.1 mm。

4.3.8 數(shù)據(jù)處理與分析

平差前檢核觀測數(shù)據(jù)并按嚴密平差的方法使用精密工程測量平差軟件進行計算。通過變形觀測點各期高程值計算各期階段沉降量、階段變形速率、累計沉降量等數(shù)據(jù)。

4.4 現(xiàn)場安全巡視

隧道開挖過程中，對鐵路設施及車站內(nèi)環(huán)境進行定期巡視。

4.4.1 工前巡視

在施工前對現(xiàn)場做工前調(diào)查。工前初次巡視的重點是調(diào)查鐵路及車站結構物現(xiàn)狀，巡視鐵路設施及結構物有無受損情況。有受損或破壞的地方做好標識，記錄其位置、形態(tài)，并采用拍照的方式進行影像資料存檔。

4.4.2 過程巡視

在施工過程中巡視的主要內(nèi)容有：

1)結構物有無明顯變形或裂縫；

2)既有鐵路軌道有無明顯變形或損壞；

3)隧道施工過程中站內(nèi)結構物有無新增裂縫；

4)隧道施工過程中支柱及接觸網(wǎng)桿有無明顯變形；

5)周邊地面有無裂縫、沉陷；

6)明挖段開挖后暴露的土質情況；

7)場地地表水、地下水排放狀況是否正常；

8)站內(nèi)及周邊地面有無超載。

4.4.3 工后巡視

主要對下穿工程區(qū)域既有鐵路、路基、站內(nèi)結構物等進行巡視，觀察是否有變形和裂縫。

巡檢過程中，做好巡檢記錄，并對巡檢記錄及時整理，發(fā)現(xiàn)異常情況應及時通知建設、設計、施工、監(jiān)理等單位，并按照安全預案采取緊急應急措施。

5 監(jiān)測周期與頻率

5.1 監(jiān)測周期

本工程監(jiān)測周期以工程開工日期為起點，工程完工且監(jiān)測點進入穩(wěn)定階段(包括附屬工程完工及資料移交完畢)為終點。

5.2 監(jiān)測頻率

依據(jù)施工監(jiān)測圖，各監(jiān)測項目監(jiān)測頻率如表2所示。

表2 施工監(jiān)測頻率表

6 結語

在隧道下穿既有鐵路施工過程中，通過建立沉降監(jiān)測基準網(wǎng)，對既有鐵路線路、火車站既有設施及站內(nèi)環(huán)境進行沉降變形監(jiān)測，有助于及時、有效的為安全施工提供技術參數(shù)和判別依據(jù)，是信息化安全施工必不可少的組成部分。

[1] 邵龍?zhí)?土力學的幾個基本問題[A].第十一屆全國土力學及巖土工程學術會議論文集[C].2011.

Application of the monitoring technology in the tunnel under the existing railway of Xiamen railway station

Zhang Xiangshan1Cao Binghai2

(1.TheInvestmentandDevelopmentCompanyofChinaRailwayNo.10EngineeringGroupCo.,Ltd,Jinan250101,China; 2.TheConstructionEngineeringCompanyofChinaRailwayNo.10EngineeringGroupCo.,Ltd,Jinan250000,China)

The monitoring technology of the tunnel under the existing railway in the Xiamen railway station improvement project is developed, considering the monitoring datum network setting, existing railway monitoring and environmental monitoring in railway station. This design project has improved the safety of construction. This paper can provide the technical parameters and theoretical support for the construction and has a great reference value for similar projects in the future.

tunnel, reference net, existing railway, station facilities, monitoring technology

1009-6825(2017)20-0170-03

2017-04-19

張祥善(1975- )，男，高級工程師

U455

A