季清清

(中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇南京211899)

近年來我國公共基礎(chǔ)交通事業(yè)發(fā)展迅猛，我國的高鐵線路總里程不斷增加，隨之出現(xiàn)了一大批高鐵隧道。高鐵隧道修建過程中不免會出現(xiàn)下穿既有工程的情況，此時必須對既有工程進(jìn)行監(jiān)測，以保證其工程安全性。在隧道下穿施工和監(jiān)控量測方面國內(nèi)已有許多專家和學(xué)者進(jìn)行了研究。唐文棟［1］等在了解現(xiàn)有隧道監(jiān)控量測發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)有監(jiān)測的主要問題，介紹了新型監(jiān)控量測技術(shù)手段及實(shí)際應(yīng)用，最后提出對現(xiàn)存問題的解決意見；張棟［2］基于實(shí)際工程提出周邊的深基坑工程開挖會導(dǎo)致地鐵出現(xiàn)變形，從而造成質(zhì)量隱患；并以此對緊鄰地鐵隧道深基坑開挖時隧道變形監(jiān)測進(jìn)行分析，具有一定參考價值。胡貴松［3］以上跨既有隧道施工為例，探討了在既有隧道內(nèi)進(jìn)行自動監(jiān)測，總結(jié)了自動監(jiān)測的優(yōu)越性，能為類似工程提供參考；關(guān)清輝［4］以某鐵路隧道下穿既有橋梁施工為依托，對施工前檢測，施工中監(jiān)控量測進(jìn)行研究，為此類工程的施工提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考實(shí)例；張新［5］以金牛山隧道為例，對隧道下穿既有公路的綜合施工技術(shù)進(jìn)行研究，通過合理的監(jiān)控量測技術(shù)指導(dǎo)施工，保證下穿施工段的沉降符合標(biāo)準(zhǔn)；曾繼光［6］結(jié)合龍洞堡機(jī)場隧道下穿既有建筑施工，綜合多種監(jiān)控量測方法，將監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果應(yīng)用至實(shí)際施工中，保證了既有建筑的安全運(yùn)營；彭放枚［7］以實(shí)際工程為背景，對鄰近橋樁隧道施工監(jiān)測方案進(jìn)行設(shè)計(jì)并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出了對保證隧道鄰近橋樁安全施工建議措施；賀文濤［8］以實(shí)際地鐵工程為依托，提出對地鐵下穿施工時對周邊建筑沉降的監(jiān)控量測進(jìn)行管理，保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，輔助施工任務(wù)的順利完成；張英［9］以重慶市大坪地鐵車站為例，介紹了隧道下穿施工時監(jiān)控量測方法，并與隧道拱頂下沉和拱架應(yīng)力量測結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了隧道圍巖支護(hù)的穩(wěn)定性；齊衛(wèi)濤［10］以隧道下穿環(huán)城高速為例，對淺埋暗挖CRD法下穿施工時進(jìn)行監(jiān)控量測，并以此為基礎(chǔ)提出相應(yīng)的施工措施，保障了隧道安全施工及高速公路的安全運(yùn)營。

以上各位專家和學(xué)者對隧道下穿施工及監(jiān)控量測的研究已取得許多成果，但在大直徑盾構(gòu)隧道下穿既有工程方面的研究不多，本文即以新建北京至張家口鐵路JZSG-1標(biāo)段大直徑盾構(gòu)隧道為工程依托進(jìn)行隧道下穿施工監(jiān)控量測，探究下穿施工各階段對既有工程沉降變化的影響，揭示下穿施工對既有工程的影響規(guī)律，以保證上覆地鐵區(qū)間的安全運(yùn)營，同時為以后類似工程提供相關(guān)借鑒。

1 工程概況

1.1 既有隧道情況

新建京張鐵路清華園隧道盾構(gòu)段于DK15+826～DK15+847下穿緊鄰地鐵10號線知春路站的區(qū)間段，清華園隧道與10號線區(qū)間段交叉角度為79°，垂直凈距為6.5 m；清華園隧道距離地鐵10號線知春路站西側(cè)最小水平間距為1.5 m，具體位置關(guān)系可見圖1。

圖1 京張高鐵下穿地鐵10號線位置關(guān)系剖面

清華園隧道下穿的10號區(qū)間段采用暗挖施工，馬蹄形斷面高度為6.7 m，寬度為6.5 m，采用φ377夯管管棚支護(hù)，上下兩個臺階開挖，襯砌采用C25噴射早強(qiáng)混凝土厚度為30 cm。

10號線知春路地鐵站沿東西走向長度約172 m，南北方向西側(cè)寬度約為24 m、東側(cè)寬度約為37 m，清華園隧道從地鐵站西側(cè)區(qū)間段下穿；10號線知春路地鐵站左線(北側(cè)線)為單層結(jié)構(gòu)、右線(南側(cè)線)為雙層結(jié)構(gòu)，站廳層位于右線第一層。左線采用暗挖法施工，采用馬蹄形斷面高度為9.25 m，寬度為10.3 m，初支采用30 cm厚C25早強(qiáng)噴射混凝土，二襯采用50 cm厚C30模筑防水鋼筋混凝土。右線(南側(cè))采用明挖法施工，采用雙層矩形斷面，西側(cè)頂板厚度為80 cm，西側(cè)邊墻厚度為70 cm，西側(cè)底板厚度為90 cm，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ800@1.4 m鉆孔樁，臨近清華園隧道樁底標(biāo)高為22.127 m，樁底距離盾構(gòu)管片最小距離為1.75 m。

1.2 工程重難點(diǎn)

(1)盾構(gòu)機(jī)直徑大，本工程修建高鐵隧道選用盾構(gòu)機(jī)直徑為12.64 m。

(2)本工程采用泥水平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行高鐵隧道施工。

(3)下穿施工風(fēng)險(xiǎn)大，本工程是為高鐵隧道下穿既有地鐵線路10號線，垂直凈距僅6.5 m，下穿施工時必須保證既有地鐵線路的安全運(yùn)營。

2 監(jiān)測方案及監(jiān)測結(jié)果

2.1 監(jiān)測項(xiàng)目及頻率

本次監(jiān)測采用自動化監(jiān)測方式對10號線軌道結(jié)構(gòu)及車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測項(xiàng)目及頻率見表1。

表1 監(jiān)測項(xiàng)目及頻率

2.2 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)及監(jiān)測方法

2.2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)的埋設(shè)

基準(zhǔn)點(diǎn)采用城勘院給定的水準(zhǔn)網(wǎng)控制點(diǎn)或自行制作。基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在沉降影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)；其次應(yīng)埋設(shè)最少兩個基準(zhǔn)點(diǎn)和若干工作基點(diǎn)，以便基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)互相校核；基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)的埋設(shè)要牢固可靠，采用標(biāo)準(zhǔn)地表樁，必須將其埋入原狀土，并做好井圈和井蓋。在堅(jiān)硬的道面上埋設(shè)地表樁，應(yīng)鑿出道面和路基，將地表樁埋入原狀土，或鉆孔打入1 m以上的螺紋鋼筋做地表觀測樁，并同時打入保護(hù)鋼管套，如圖2所示。

圖2 基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)示意

基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)完畢并穩(wěn)定后，按國家精密水準(zhǔn)測量的要求進(jìn)行高程的引測。基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的聯(lián)測也應(yīng)按國家二等水準(zhǔn)測量的要求進(jìn)行。監(jiān)測工作開始后也應(yīng)對基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)進(jìn)行定期的檢測，檢測時間間隔一般不超過3個月，具體也可視聯(lián)測結(jié)果作適當(dāng)調(diào)整。

利用水準(zhǔn)儀，采用幾何水準(zhǔn)測量方法，將監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)組成閉合環(huán)或附合水準(zhǔn)路線，條件不具備時采用支點(diǎn)觀測。

監(jiān)測期每月不少于一次對水準(zhǔn)儀i角進(jìn)行檢查校正，觀測時嚴(yán)格控制各項(xiàng)限差，每測點(diǎn)讀數(shù)高差不超過0.3 mm，對不在水準(zhǔn)路線上的觀測點(diǎn)，一個測站不宜超過2個，超過時應(yīng)重讀后視點(diǎn)讀數(shù)，以作核對。

2.2.2 地表沉降及管線沉降監(jiān)測

(1)測點(diǎn)布置與埋設(shè)

嚴(yán)格按照審查后的監(jiān)測圖紙布點(diǎn)，運(yùn)營道路沉降監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)置在輔路上，其次是道路兩側(cè)路邊及應(yīng)急停車帶，在道路中間的監(jiān)測點(diǎn)，應(yīng)盡量避免將測點(diǎn)布置在道路中間。地表沉降點(diǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)點(diǎn)或淺層設(shè)點(diǎn)兩種方式，由于周邊環(huán)境和城市主干道交通十分繁忙無法或不允許按照標(biāo)準(zhǔn)法埋設(shè)監(jiān)測時宜采用淺層埋設(shè)方法進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)，布設(shè)時可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活布設(shè)。

(2)監(jiān)測方法

利用水準(zhǔn)儀，采用幾何水準(zhǔn)測量方法，將監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)或工作基點(diǎn)組成閉合環(huán)或附合水準(zhǔn)路線，條件不具備時采用支點(diǎn)觀測。

監(jiān)測期每月不少于一次對水準(zhǔn)儀i進(jìn)行檢查校正，觀測時嚴(yán)格控制各項(xiàng)限差，每測點(diǎn)讀數(shù)高差不超過0.3mm，對不在水準(zhǔn)路線上的觀測點(diǎn)，一個測站不宜超過2個，超過時應(yīng)重讀后視點(diǎn)讀數(shù)，以作核對。

具體監(jiān)測點(diǎn)布置方式見圖3，本次監(jiān)測分別在地鐵車站縱向、地鐵管線上方橫向地表、地鐵線軌道床布置測點(diǎn)。

圖3 監(jiān)控量測平面布置

3 監(jiān)測結(jié)果

本工程監(jiān)測采用自動化監(jiān)測技術(shù)，監(jiān)測時間從高鐵隧道掘進(jìn)施工影響既有工程到既有工程完全脫離盾構(gòu)掘進(jìn)影響范圍結(jié)束。

3.1 地鐵車站監(jiān)測結(jié)果

自動化監(jiān)測時間從地鐵車站開始沉降至高鐵隧道完全穿過車站，測試時間為2018年9月20日～2018年11月12日，測得數(shù)據(jù)54個。

對于知春路地鐵站監(jiān)測時測點(diǎn)是沿盾構(gòu)隧道掘進(jìn)方向布置，本文沿縱向選取8個測點(diǎn)提取監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行沉降變化分析。具體沉降變化見圖4。

圖4 知春路站時間沉降曲線

由圖4可知，隨高鐵隧道的施工推進(jìn)，各個測點(diǎn)逐步開始出現(xiàn)沉降，并且隨著高鐵隧道推進(jìn)的過程中地鐵車站沉降變化趨勢為先增大后有輕微回彈然后保持平穩(wěn)。在第15 d時，各個測點(diǎn)沉降基本已達(dá)到平穩(wěn)，第30 d時，沉降值已經(jīng)全部平穩(wěn)，基本再變化。8個測點(diǎn)所測得的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本相同，但各個測點(diǎn)沉降最大值并不一致，其中測點(diǎn)2和測點(diǎn)3沉降較小，且基本相同，最后沉降值穩(wěn)定1.3 mm左右，而測點(diǎn)1/5/7的最終沉降大小基本相同，最后穩(wěn)定在2 mm左右，在8個監(jiān)測點(diǎn)中，測點(diǎn)4沉降值是最大的，接近2.5 mm，出現(xiàn)各個測點(diǎn)測得沉降值這種變化的原因是地鐵車站本身結(jié)構(gòu)并不是處處相同，在車站下方有承重基礎(chǔ)的地方，車站本身的沉降越小。

3.2 地鐵管線地表監(jiān)測結(jié)果

此類監(jiān)測測點(diǎn)布置在地鐵管線對稱面上方地表，測點(diǎn)沿地鐵線縱向布置，即布置方向與高鐵隧道施工方向垂直，布置范圍為高鐵隧道中線左右50 m，向右為正，向左為負(fù)。本文監(jiān)測即針對高鐵隧道施工影響分的五個階段進(jìn)行監(jiān)測分析；即第一階段為盾構(gòu)施工達(dá)到下穿影響區(qū)，第二階段為盾構(gòu)切口到達(dá)下穿點(diǎn)，第三階段為盾構(gòu)機(jī)施工穿過下穿點(diǎn)，第四階段為盾構(gòu)機(jī)尾部空隙沉降，第五階段便是下穿點(diǎn)盾構(gòu)施工完成后出現(xiàn)的后續(xù)長期沉降。具體監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5所示。由圖5可以看出盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工時各個階段地鐵線上方的地表沉降變化規(guī)律。各個階段施工影響獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致，沉降最大值發(fā)生位置為高鐵隧道中線正上方，發(fā)生階段為第五階段，大小為2.71 mm。隨高鐵隧道的推進(jìn)施工，各個測點(diǎn)逐漸開始沉降，且越靠近高鐵隧道中線，沉降值越大，位于中線正上方測點(diǎn)測得沉降值最大；而在盾構(gòu)施工影響的各個階段中，隨階段的發(fā)展地表沉降值也隨之增加，即各個測點(diǎn)第一階段的沉降值最小，第五階段的沉降值最大。

由圖5可以看出沿測點(diǎn)分布線各階段測點(diǎn)測得整體沉降值變化規(guī)律基本相同，且鄰近階段沉降值變化最大的是第二階段到第三階段，即為盾構(gòu)下穿施工時期沉降變化最大其中第二階段最大沉降值為2 mm，第三階段最大沉降值為2.5 mm。從第四階段至第五階段測得沉降值變化很小，監(jiān)測獲得最大沉降值均在2.7 mm左右，這說明本工程在沉降控制方面的措施效果很好，盾構(gòu)施工結(jié)束后后續(xù)沉降基本沒有發(fā)生。

圖5 地鐵線上方橫向地表沉降

3.3 地鐵管線軌道床監(jiān)測結(jié)果

本文在對軌道床受施工影響方面選擇軌道床沉降、高低、扭曲等軌道不平順值進(jìn)行研究，在這里選取地鐵10號線的左線進(jìn)行研究，具體的對左線軌道床監(jiān)測獲得的不平順值見表2。

表2 地鐵10號線軌道不平順計(jì)算值

表2即為地鐵10號線左線軌道床監(jiān)測獲得的不平順值計(jì)算結(jié)果，其中扭曲最大值是選取3 m為一個階段進(jìn)行計(jì)算。由表可知，地鐵10號線的軌道床不平順計(jì)算值最大值均發(fā)生在盾構(gòu)施工的第三階段，即盾構(gòu)施工下穿階段，同時通過對照以往工程發(fā)現(xiàn)本工程中地鐵線軌道不平順值均未超過控制值，保證了既有地鐵線路的安全運(yùn)營。

4 結(jié)論

本文通過自動化監(jiān)測技術(shù)對高速鐵路大直徑盾構(gòu)隧道下穿既有地鐵線進(jìn)行監(jiān)測研究，重點(diǎn)監(jiān)測地鐵車站、地鐵管線上方地表等的沉降以及地鐵管線軌道床不平順值變化。

通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和研究，揭示了大直徑高鐵盾構(gòu)隧道下穿施工時的影響規(guī)律，同時通過實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)分析對施工進(jìn)行指導(dǎo)，保證了既有工程的正常運(yùn)營，對以后類似工程修建時保證既有隧道安全運(yùn)營具有提供參考借鑒。