朱茂國++何曉輝

摘 要：以哈大高鐵受臨近地鐵基坑施工影響所產生的形變分析預測為前提，結合兩者現場施工實際情況開展高鐵保護監(jiān)測方案設計，同時，提出幾條監(jiān)測注意要點，希望對類似監(jiān)測工程提供參考借鑒。

關鍵詞：高鐵；監(jiān)測；方案設計；實施要點

Ming dig pit across the operating high-speed rail security protection monitoring design

Zhu Mao-guo，He Xiao-hui

（China RailWay Tunnel Survey & Design Institute Co.，Ltd. TianJin 300133）

Abstract： With Harbin High-speed Rail near subway foundation pit construction influence produced by the deformation analysis to predict the premise， in combination with the practical situation of the field construction to carry out high-speed protection monitoring scheme design， at the same time， puts forward several monitoring points， hope to provide reference for similar engineering monitoring.

Keywords： High-speed rail； Monitoring； Monitoring design； The point of implementation

引言

明挖基坑施工的開挖過程會引起基坑圍護結構側向位移形變和坑底隆起回彈，擾動周邊土體從而改變周邊土體初始應力狀態(tài)，對周邊環(huán)境產生一定的形變影響，而高鐵路基及線路設備變形控制標準極其嚴格，變形超標且處理不當可能影響鐵路的運營，甚至嚴重的安全事故，所以，臨近高鐵的基坑施工全程必須對既有高鐵路基及線路開展嚴格的監(jiān)控測量，掌握既有線路變形程度及發(fā)展趨勢。

1.工程概況

某合同段地鐵區(qū)間設計采用明挖基坑施工型式，設計總長377.1m、相對標高-22.61m～-16.7m，與已投入試運營的哈大高鐵線路垂直交叉，高鐵路基頂面相對標高約-1.89m，正線線間距5m，路基頂部寬度12m，路基邊坡坡度為1：1.5，由于封閉式運營，因此路基外側設有柵欄。

地鐵穿越高鐵線路施工過程采用先放坡至地鐵區(qū)間頂標高位置，而后灌注樁和內支撐聯(lián)合支護型式，為保證哈大高鐵正常運營不受影響，正線開挖期間高鐵采用過渡便線方案，同時，地鐵區(qū)間分A、B、C和D四個區(qū)段依次施作：先期施工A區(qū)82m范圍，而后高鐵轉線至過渡便線，施工B區(qū)81m范圍和C區(qū)129m范圍，最后高鐵轉線至正線，施工D區(qū)85m范圍。詳見圖1：

圖1 地鐵區(qū)間施工分區(qū)示意圖

2.形變分析預測及監(jiān)測控制

為確保高鐵長期安全運營，必須厘清地鐵基坑施工對哈大高鐵的形變影響及監(jiān)測控制重點，繼而實施監(jiān)測方案設計。

2.1地鐵項目開始之前，高鐵正處于建設期，其正線的沉降基本穩(wěn)定，但過渡便線的施工工期很短，在列車動荷載及路基本體的靜載作用下路基自身可能存在蠕變趨勢，參見圖2。圖中可以看出路基本體會發(fā)生沉降的同時路基坡腳會發(fā)生外傾，而在過渡便線側旁又要開挖地鐵B區(qū)及C區(qū)，兩者的變形趨勢一致，形變疊加。

圖2 過渡便線蠕變趨勢示意圖

因此在本階段必須加強過渡便線監(jiān)測及數據分析工作，厘清形變發(fā)生的主要因素和次要因素，為判別引發(fā)形變的責任方提供科學依據。建立暢通信息渠道把施工引起的一系列動態(tài)變化信息第一時間反饋到施工現場，使現場及時調整施工參數，優(yōu)化改進施工方法，以避免危及鐵路行車運營安全的事故發(fā)生。

2.2地鐵基坑開挖采用2級放坡開挖，場地內正線的填筑復原范圍長達66m，B區(qū)及C區(qū)施工后期，高鐵正線的復原性施工開始，考慮此段路基屬于高鐵今后的永久構筑物，因此相關部門應嚴格把控地基填筑質量，同時依據路基監(jiān)測形變速率來確定是否滿足轉線并運營的條件。

2.3在高鐵轉到正線后，考慮正線的填筑受工期所限，填筑速度較快，易造成新填筑的地基與兩側的高鐵原地基土質密實度和土體結構不同，兩者的固結度也不完全相同，列車的動應力作用等同于“打夯”施工，將進一步“夯實”回填土部分，從而使新填筑路基呈現沉降槽，參見圖3。同時，考慮地鐵區(qū)間兩側屬混凝土結構與回填土的軟硬交接處，若處理不好極易引發(fā)路基不均勻沉降，導致高速列車出現“跳車”現象。因此在轉線后應加強地鐵區(qū)間施工影響范圍內，尤其是回填土范圍內的路基變形監(jiān)測，來判斷前期施工質量，同時預測滿足高速列車正常開行的時間。

圖3 隧道頂部不均勻沉降示意圖

3.監(jiān)測方案設計

為保證哈大高鐵結構自身安全及運營安全，地鐵施工全程應開展高鐵結構多方位保護性監(jiān)測，實現多道防線，層層設防。

第一道防線：由于地鐵區(qū)間隧道明挖基坑上部采用放坡開挖，因此掌握上部基坑外側土體穩(wěn)定情況十分關鍵，必須在高鐵周邊布置土體深層位移觀測裝置，及時預測土體的變形情況。

第二道防線：由于高鐵全線處于全封閉試運營狀態(tài)，監(jiān)測人員只能在“天窗期”進入相關區(qū)域內工作，根據設計部門技術文件，本次監(jiān)測不以直接監(jiān)測軌道形變?yōu)橹?，而以路基邊坡的豎向和水平變形來間接反映軌道形變，進而預測高鐵線路所受影響。具體監(jiān)測設計如下：endprint

3.1監(jiān)測范圍

根據設計部門技術文件，本工程以地鐵區(qū)間結構邊緣線為界，沿高鐵線路方向兩端各取85m，即有效長度170m作為監(jiān)測范圍。

3.2監(jiān)測服務階段及監(jiān)測項目

根據高鐵兩次變線的實際進展，擬將本工程的監(jiān)測服務工作劃分為四個階段：

1）地鐵A區(qū)施工階段

高鐵正線已處于試運營階段，路基填筑時間較長，判定路基基本穩(wěn)定，因此本階段以觀測基坑開挖導致的線路形變?yōu)橹鳎唧w如下：

土體深層位移監(jiān)測：高鐵線路與基坑之間直接影響范圍內布設5處，兩端各延長15m布設1處，共計7處，孔深不低于23.35m，距離基坑30m，盡可能涵蓋所有的潛在土體滑裂面。

路基沉降監(jiān)測：在臨近地鐵區(qū)間施工側高鐵路堤邊坡坡腳處布設13處沉降測點，遵循近密遠疏的布點原則。

路基水平位移監(jiān)測：臨近路基沉降監(jiān)測點布設固定的配套萊卡專用棱鏡，加設保護蓋，測點共計13處。

2）轉過渡便線后地鐵B區(qū)及C區(qū)施工階段

由于過渡便線施工時間較短，路基本體的工后沉降尚未穩(wěn)定，因此本階段監(jiān)測工作的重點是厘清過渡便線未受施工干擾段的路基形變及受基坑開挖影響段的路基形變，便于對比分析地鐵施工段線路變形的成因及構成比例，具體如下：

土體深層位移監(jiān)測：在高鐵過渡便線兩側布設，埋點位置參照第一階段，測點共計14處。

路基沉降監(jiān)測：在高鐵過渡便線兩側布設，埋點位置參照第一階段，為厘清填筑質量誘發(fā)沉降與基坑開挖誘發(fā)沉降之間的關系，在影響范圍之外兩側各布置3個沉降監(jiān)測點，測點共計38處。

路基水平位移監(jiān)測：在高鐵過渡便線兩側布設，埋點位置臨近路基沉降測點，為厘清填筑質量誘發(fā)位移與基坑開挖誘發(fā)位移之間的關系，在影響范圍之外兩側各布置3個位移監(jiān)測點，測點共計38處。

3）地鐵B區(qū)及C區(qū)施工后期高鐵正線填筑復原階段

本階段應以監(jiān)測正線填筑時期的路基本體及地基的形變?yōu)橹鳎荚谠u估達到二次轉線并開行列車的時機，同時判斷路基填筑復原質量，具體如下：

路基沉降監(jiān)測：在路基中央布設深層沉降標，以監(jiān)測路基沉降情況，測點共計13處，遵循近密遠疏的布點原則。

回填土沉降監(jiān)測：在路基中央及兩邊各布設一組沉降板，以監(jiān)測回填土部分的沉降情況，埋點位置與路基沉降標同斷面，共計39處。

坡腳沉降監(jiān)測：在高鐵正線兩側布設，與路基沉降點同斷面，共計26處。

坡腳水平位移監(jiān)測：臨近坡腳沉降監(jiān)測點布設固定的配套萊卡專用棱鏡，共計26處。

4）高鐵二次轉線后正線監(jiān)測階段

本階段監(jiān)測重點關注運營狀態(tài)下填土段在列車動應力作用下沉降和側向變形。

由于列車運營，路基面上測點無法監(jiān)測，僅對坡腳處即有沉降及水平位移測點實施監(jiān)測。

3.3監(jiān)測頻率

監(jiān)測頻率遵循設計文件要求，正常頻率如下表：

對沉降或位移變化異常的特殊工況要適當加密觀測次數，具體監(jiān)測頻率根據現場具體情況或專題會議及時調整，并第一時間電話通知相關各方，隨后報送書面成果資料。

3.4監(jiān)測安全控制標準

參考《上海鐵路局京滬高鐵無砟軌道線路維修管理辦法（暫行）》（高工函[2011]118號）及類似工程監(jiān)測經驗，擬定線路沉隆預警值為±1.0mm/d，報警值為±2.0mm/d，施工期高鐵線路24m范圍內高低與水平累積變形量以5mm為安全控制標準。

路基沉降和土體側向監(jiān)測報警值見下表。

3.5監(jiān)測數據管理及信息反饋

全部監(jiān)測數據均由計算機管理，數據及時整理分析，綜合判斷監(jiān)測對象的安全穩(wěn)定狀態(tài)，并繪制位移隨時間或空間的變化曲線圖。在取得某點充足的數據后，根據散點圖的數據分布

情況，對監(jiān)測結果進行回歸分析，以預測該測點可能的變形趨勢和最終變形量。

4.監(jiān)測實施要點

4.1布點要點

1）監(jiān)測基準點必須穩(wěn)固可靠、視野開闊、通視較好，數量不少于3個，便于相互校核，為提高監(jiān)測精度，采用強制對中裝置；

2）考慮東北冬季凍脹影響，監(jiān)測點埋深不應小于1.5m，盡量減弱土體凍脹對監(jiān)測點位的形變影響，水平觀測點位采用強制對中裝置；

3）布點過程做好監(jiān)測點位保護措施，點位信息及時標識、標記。

4.2觀測要點

1）監(jiān)測點位初始值必須于降水或開挖前全部取得，獨立測量三次取平均值；

2）現場安全巡視內容不僅包括高鐵坡腳、路基、線路及周邊地表，同時還應密切關注基坑開挖支護安全狀態(tài)，盡可能掌握基坑支護結構監(jiān)控量測數據；

3）本工程施工處于秋冬季節(jié)，早晚溫差較大，現場監(jiān)測盡量在每天相同時刻實施，并進行溫度、氣壓改正；

4）高鐵處于試運營階段，進入防護區(qū)時間受到嚴格控制，每次監(jiān)測必須與養(yǎng)護人員保持聯(lián)系，遵照對方的指令行動；

5）高鐵線路本身沉降和開挖誘發(fā)的沉降需要辨別清楚，條件允許時于臨近區(qū)段布設一處新的試驗段，以觀測在無基坑施工影響的軌道及路基形變，同時進行科學的分析。

4.3數據分析與信息反饋要點

1）高鐵監(jiān)測數據必須結合現場安全巡視情況分析，如有條件還應結合基坑支護結構安全狀態(tài)數據；

2）監(jiān)測安全控制標準應以變形速率與累積變形量“雙控”指標衡量，及時預測變形發(fā)展趨勢及安全狀態(tài)；

3）監(jiān)測信息特別注重“時效性”，應盡快將監(jiān)測信息反饋到相關部門，為管理者決策提供數據依據。

5.結束語

哈大高程保護性監(jiān)測方案體現了方案設計的全面性、合理性、可行性和科學性的指導思想，為現場監(jiān)測充當工程安全的透視眼，實現工程信息化施工和動態(tài)管理提供了作業(yè)指導依據。

參考文獻

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