費(fèi)瑞振，張舵，周吉濤

盾構(gòu)下穿運(yùn)營高鐵隧道監(jiān)控量測技術(shù)研究＊

費(fèi)瑞振，張舵，周吉濤

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251）

盾構(gòu)下穿運(yùn)營高鐵隧道施工具有較大風(fēng)險(xiǎn)，超過控制標(biāo)準(zhǔn)的軌道沉降、水平位移和幾何狀態(tài)均可能威脅高鐵列車行車安全，對施工控制和監(jiān)控量測要求極高?；陂L沙地鐵3號(hào)線湘龍站—星沙站區(qū)間下穿京廣高鐵瀏陽河隧道工程，提出了監(jiān)測范圍、項(xiàng)目、方法、頻率、周期、控制值等監(jiān)測設(shè)計(jì)要點(diǎn)，探討了監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、處理、共享、校核等信息反饋程序，研究了監(jiān)測信息與行車指揮控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，為盾構(gòu)下穿高鐵隧道信息化施工提供了技術(shù)支撐。

盾構(gòu)；盾構(gòu)下穿；高鐵隧道；監(jiān)控量測

隨著高鐵隧道和地鐵隧道的大規(guī)模建設(shè)，必然會(huì)出現(xiàn)地鐵盾構(gòu)下穿或者上跨高速鐵路城市隧道工程。盾構(gòu)施工不可避免地會(huì)對既有隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，并影響既有高鐵的安全運(yùn)營。關(guān)于盾構(gòu)下穿高鐵，國內(nèi)外研究成果多集中在盾構(gòu)下穿對高鐵橋梁段和路基段的影響分析，而盾構(gòu)下穿隧道工程多表現(xiàn)為盾構(gòu)下穿地鐵區(qū)間，關(guān)于盾構(gòu)下穿高鐵隧道的相關(guān)研究很少。

鐵路由于其運(yùn)營安全的重要性，應(yīng)分外重視下穿工程，尤其是高速鐵路運(yùn)營速度快，對軌道變形要求極其嚴(yán)格，是工程控制的重點(diǎn)及難點(diǎn)。高鐵隧道結(jié)構(gòu)斷面與地鐵區(qū)間存在較大差異，且高鐵列車對軌道平順度要求更高，為確保下穿期間高鐵行車安全和結(jié)構(gòu)安全，有必要對盾構(gòu)下穿高鐵隧道監(jiān)控量測技術(shù)進(jìn)行針對性研究。

1 工程概況

京廣高速鐵路武漢至廣州段于2009-12-26開通運(yùn)營，設(shè)計(jì)速度350 km/h。瀏陽河隧道內(nèi)鋪設(shè)無砟軌道，采用CRTS-I型雙塊式整體道床，扣件采用300-1型。瀏陽河隧道寬 14.9 m，高12.78 m，采用C35防水鋼筋混凝土襯砌，拱部厚0.8 m，仰拱厚0.9 m。

長沙市軌道交通3號(hào)線的湘龍站—星沙站區(qū)間，沿開元西路向東掘進(jìn)在右DK34+856處下穿京廣高鐵瀏陽河隧道（國鐵里程K1566+828），地鐵區(qū)間線間距20 m，相交位置位于京珠高速與開元西路交口西側(cè)、星沙湘繡城南側(cè)。地鐵區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，內(nèi)徑5.4 m，外徑6.0 m，襯砌采用0.3 m厚C50鋼筋混凝土。盾構(gòu)區(qū)間與瀏陽河隧道的豎向間距約11.9 m，下穿地層為中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及礫巖，地下水主要為基巖裂隙水，穩(wěn)定地下水位埋深1.80～7.40 m。

湘龍站—星沙站區(qū)間采用土壓平衡盾構(gòu)直接下穿京廣高鐵瀏陽河隧道，為全國首例，且無洞外工程保護(hù)措施，具有極大施工風(fēng)險(xiǎn)。

2 監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測對象及范圍

本次監(jiān)測對象為該項(xiàng)目盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)的鐵路隧道。瀏陽河隧道范圍內(nèi)盾構(gòu)隧道左、右線中心線外各30 m，約80 m的范圍，對應(yīng)里程為K1566+775～K1566+855。在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)無砟軌道結(jié)構(gòu)沉降、無砟軌道結(jié)構(gòu)水平位移、底部隆起三個(gè)項(xiàng)目監(jiān)測斷面按間隔5 m布置，共17個(gè)監(jiān)測斷面；隧道整體沉降在變形縫左右0.5 m位置各布置一個(gè)斷面，其余斷面布置與無砟軌道結(jié)構(gòu)沉降一致，共20個(gè)斷面。

2.2 監(jiān)測項(xiàng)目及方法

監(jiān)測項(xiàng)目及儀器如表1所示。

表1 監(jiān)測項(xiàng)目及儀器表

監(jiān)測對象監(jiān)測項(xiàng)目儀器設(shè)備 鐵路隧道無砟軌道結(jié)構(gòu)沉降自動(dòng)全站儀 無砟軌道結(jié)構(gòu)水平位移自動(dòng)全站儀 隧道整體沉降靜力水準(zhǔn)儀 底部隆起自動(dòng)全站儀 軌道幾何狀態(tài) 隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)情況觀察 盾構(gòu)區(qū)間拱頂隆沉精密水準(zhǔn)儀 水平收斂收斂計(jì) 地層監(jiān)測地表隆沉精密水準(zhǔn)儀 土體內(nèi)部垂直位移磁環(huán)分層沉降儀 土體內(nèi)部水平位移側(cè)斜儀 地下水位地下水位觀測水位儀

本次監(jiān)測對象為該項(xiàng)目盾構(gòu)隧道施工影響范圍內(nèi)的高鐵隧道，監(jiān)測斷面如圖1所示。

圖1 運(yùn)營高鐵隧道監(jiān)測斷面圖

2.3 監(jiān)測項(xiàng)目控制值

監(jiān)測項(xiàng)目控制值如表2所示。監(jiān)測預(yù)警值為監(jiān)測控制值的70%。

2.4 監(jiān)測頻率及周期

監(jiān)測頻率根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況、盾構(gòu)施工情況、監(jiān)測

斷面距掘進(jìn)面的距離等情況綜合考慮，當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)測速率發(fā)展變化較大等異常情況時(shí)，應(yīng)提高監(jiān)測頻率。

施工關(guān)鍵期指盾構(gòu)正式下穿鐵路線路期間，同時(shí)包含下穿鐵路范圍管片壁后深孔注漿作業(yè)期間；一般施工狀態(tài)指盾構(gòu)穿越鐵路前的準(zhǔn)備期和穿越后的前期。

人工監(jiān)測：施工關(guān)鍵期3～4次/天；一般施工狀態(tài)2～3次/天；之后1次/天，視變形穩(wěn)定情況調(diào)整。

自動(dòng)化監(jiān)測：施工關(guān)鍵期1次/10分鐘；一般施工狀態(tài)1次/30分鐘；之后1次/小時(shí)，視變形穩(wěn)定情況調(diào)整，必要時(shí)應(yīng)連續(xù)采集。

監(jiān)測周期依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

盾構(gòu)從中間風(fēng)井二次始發(fā)時(shí)開始監(jiān)測，盾構(gòu)通過后，應(yīng)持續(xù)觀測直至測點(diǎn)沉降變化量連續(xù)3周不超過0.5 毫米/周即停止監(jiān)測工作。

表2 監(jiān)測項(xiàng)目控制值表

監(jiān)測對象監(jiān)測項(xiàng)目控制值 鐵路隧道無砟軌道結(jié)構(gòu)沉降隆起量0 mm，沉降量控制在2 mm以內(nèi)，每條線路的兩條軌道高差不大于2 mm 無砟軌道結(jié)構(gòu)水平位移2 mm 隧道整體沉降5 mm 底部隆起0 軌道幾何狀態(tài)根據(jù)《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》（TG/GW 115—P2012）及鐵路部門的要求執(zhí)行 隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)情況觀察— 盾構(gòu)區(qū)間拱頂隆沉10 mm 水平收斂10 mm 地層監(jiān)測地表隆沉10 mm 土體內(nèi)部垂直位移5 mm 土體內(nèi)部水平位移5 mm 地下水位地下水位觀測—

2.5 沉降穩(wěn)定期監(jiān)測

沉降穩(wěn)定期監(jiān)測是指正常監(jiān)測后2個(gè)月，沉降穩(wěn)定期監(jiān)測主要對較長時(shí)間的工后沉降進(jìn)行評估，僅對整體道床板沉降進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次/3天。

3 監(jiān)測信息反饋

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與處理

監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析反饋的方法和內(nèi)容通常包括監(jiān)測資料的采集、整理、分析、反饋及評判決策等方面。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場監(jiān)測取得數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)資料的搜集、記錄等。本監(jiān)測項(xiàng)目采用的儀器如水準(zhǔn)儀需人工讀數(shù)、記錄，然后將實(shí)測數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)；全站儀則自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將量測值自動(dòng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3.1.2 數(shù)據(jù)整理

每次觀測后應(yīng)立即對原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行校核和整理，包括原始觀測值的檢驗(yàn)、物理量的計(jì)算、填表制圖，異常值的剔除、初步分析和整編等，并將檢驗(yàn)過的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

3.1.3 數(shù)據(jù)分析

采用比較法、作圖法和數(shù)學(xué)、物理模型，分析各監(jiān)測物理量值大小、變化規(guī)律、發(fā)展趨勢，以便對工程的安全狀態(tài)和應(yīng)采取的措施進(jìn)行評估決策。

3.2 監(jiān)測信息共享

建立鐵路、建設(shè)、施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、監(jiān)測單位聯(lián)合工作組，第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)、施工監(jiān)測數(shù)據(jù)、工務(wù)監(jiān)測數(shù)據(jù)均應(yīng)及時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)共享，各方可根據(jù)共享數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和相關(guān)校核，但應(yīng)確保該共享數(shù)據(jù)對外保密。第三方檢測數(shù)據(jù)、施工監(jiān)測數(shù)據(jù)除在聯(lián)合工作組進(jìn)行共享外，同時(shí)需將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給中國鐵路廣州局集團(tuán)有限公司指定聯(lián)系人，具體信息共享機(jī)制以現(xiàn)場實(shí)際組織機(jī)構(gòu)為準(zhǔn)。施工單位需將現(xiàn)場施工信息及時(shí)反饋給監(jiān)測單位。

3.3 監(jiān)測信息與行車指揮控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)

3.3.1 第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)、施工監(jiān)測數(shù)據(jù)與行車指揮控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)

本工程在施工前，編制專項(xiàng)監(jiān)測方案，明確監(jiān)測內(nèi)容及要求，盾構(gòu)下穿施工期間對鐵路范圍內(nèi)主要設(shè)施進(jìn)行全方位、自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測。對軌道結(jié)構(gòu)位移的監(jiān)測以臨時(shí)補(bǔ)修為起點(diǎn)，由于臨時(shí)補(bǔ)修后軌道幾何尺寸偏差達(dá)到作業(yè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，因此，每次臨時(shí)補(bǔ)修后，軌道結(jié)構(gòu)位移應(yīng)歸0。

3.3.2 軌道靜態(tài)檢查信息與行車指揮控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)

根據(jù)《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》（鐵運(yùn)[2012]83號(hào)，高速鐵路無砟軌道數(shù)字道尺、軌檢小車等工具檢查。軌道靜態(tài)檢查由鐵路工務(wù)部門在天窗期組織實(shí)施。

檢測中軌道靜態(tài)幾何尺寸偏差達(dá)到經(jīng)常保養(yǎng)管理值，工務(wù)段要利用當(dāng)天天窗安排調(diào)查、處理，并及時(shí)上報(bào)工務(wù)處線路病害的調(diào)查處理情況。

3.3.3 軌道動(dòng)態(tài)檢查信息與行車指揮控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)

根據(jù)《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》（鐵運(yùn)[2012]83號(hào)），高速鐵路無砟軌道采用綜合檢測列車、車載式線路檢查儀等檢測設(shè)備對線路進(jìn)行周期性檢查，按局部不平順（峰值）和區(qū)段整體不平順（均值）進(jìn)行動(dòng)態(tài)質(zhì)量管理。軌道動(dòng)態(tài)檢查由鐵路工務(wù)部門實(shí)施。

京廣高鐵線路動(dòng)態(tài)檢查工具包括車載便攜式線路檢查儀、確認(rèn)車、動(dòng)檢車、軌檢車等，綜合第三方監(jiān)測、施工監(jiān)測、工務(wù)監(jiān)測。

3.4 自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)定期人工校核

為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，需要對自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。

校核的方法為：在斷面K1566+705、K1566+925位置兩股軌道中心用噴漆分別標(biāo)定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，待所有監(jiān)測點(diǎn)布置完成后，在接近各監(jiān)測點(diǎn)位置噴漆標(biāo)點(diǎn)用水準(zhǔn)儀測取初始值，當(dāng)對某個(gè)點(diǎn)或某些區(qū)域的機(jī)器人測量結(jié)果存在懷疑時(shí)，利用天窗點(diǎn)時(shí)間對這個(gè)點(diǎn)或區(qū)域進(jìn)行人工測量，與自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。1個(gè)月至少進(jìn)行1次人工測量。

4 結(jié)論

2018-12—2019-04，長沙地鐵3號(hào)線盾構(gòu)成功下穿瀏陽河隧道，盾構(gòu)通過后應(yīng)持續(xù)觀測3個(gè)月，沉降變化量趨于穩(wěn)定后方可停止監(jiān)測工作。

通過對鐵路隧道、盾構(gòu)區(qū)間、周邊地層的監(jiān)控量測實(shí)踐，可以得出如下結(jié)論：本工程制定的鐵路隧道、盾構(gòu)區(qū)間、周邊地層監(jiān)測項(xiàng)目和控制標(biāo)準(zhǔn)可以滿足盾構(gòu)下穿高鐵隧道期間高鐵列車安全運(yùn)營要求。長沙地鐵3號(hào)線盾構(gòu)下穿結(jié)束后，京廣高鐵瀏陽河隧道無砟軌道結(jié)構(gòu)豎向位移最大值為1.12 mm，軌道隆起量為0 mm，確保了京廣高鐵列車行車安全。京廣高鐵瀏陽河隧道變形主要以沉降為主，縱向位移和水平位移相對較小。沉降變化量連續(xù)3周不超過每周 0.5 mm，可認(rèn)為既有線變形已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段。盾構(gòu)勻速穩(wěn)步不停機(jī)掘進(jìn)，控制同步注漿量和注漿壓力，及時(shí)進(jìn)行二次注漿，確保管片背后空隙及時(shí)填充密實(shí)，有利于對既有高鐵隧道的變形控制。

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U455

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.029

2095－6835（2019）24－0071－03

費(fèi)瑞振（1988—），男，工程師，從事隧道及地下工程研究。

中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司科技開發(fā)課題（編號(hào)：721239）

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕