劉 喆,倪光斌,林傳年,霍建勛

(中國鐵路經濟規(guī)劃研究院有限公司,北京 100038)

截至2020年底，全國鐵路營業(yè)里程已達到14.6萬km。隨著我國城鎮(zhèn)化建設的持續(xù)推進和鐵路運營里程的快速增加，鄰近鐵路營業(yè)線施工建設需求與工程數量日益增多[1-5]，但對判別鄰近鐵路營業(yè)線施工對鐵路運營設備設施安全的影響，長期缺乏完整、統(tǒng)一的技術標準。

目前，針對普速鐵路營業(yè)線要求主要依據TG/GW102—2019《普速鐵路線路維修規(guī)則》[6]，高鐵營業(yè)線則遵循《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》(鐵運〔2012〕83號)[7]及《高速鐵路有砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》(鐵運〔2013〕29號)[8]，規(guī)則中并未對鄰近營業(yè)線不同監(jiān)測等級監(jiān)測頻率、停測標準和變形監(jiān)測控制指標提出要求；TB10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》[9]，首次對下穿高鐵的監(jiān)測提出了解決框架，但主要適用于高速鐵路橋梁，鐵路隧道、路基等設備設施尚未涵蓋。因此，亟需編制適用于鐵路工程的鄰近營業(yè)線施工安全監(jiān)測技術規(guī)范。TB 10314—2021《鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測技術規(guī)程》(以下簡稱“《規(guī)程》”)結合鐵路行業(yè)自身特點，在現有規(guī)范標準基礎上，參考全國已有鄰近鐵路營業(yè)線施工項目的大量成功實施案例[10-16]，規(guī)范了鄰近營業(yè)線施工技術要求，統(tǒng)一了鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測的監(jiān)測項目、監(jiān)測頻率和監(jiān)測控制值，作為判定鄰近施工對鐵路運營設備設施安全影響的重要依據，為保障鐵路運營設備設施的安全，進一步規(guī)范和引導鄰近施工合理、有序開展奠定了良好的制度基礎，經國家鐵路局組織審查并批準發(fā)布，于2021年6月1日起實施。

1 編制原則

(1)貫徹國家法律法規(guī)對鐵路建設和設施保護的要求，適應鐵路改革與發(fā)展的需要，保障鐵路設施安全，促進鄰近施工順利有序進行。

(2)注重規(guī)程的可操作性、系統(tǒng)性和完整性，細化安全監(jiān)測標準，明確監(jiān)測設備使用條件。

(3)進一步適應施工安全監(jiān)測技術發(fā)展需要，總結吸納新技術、新材料、新設備、新方法相關安全技術要求，強化鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測管理。

(4)認真執(zhí)行國家、行業(yè)有關規(guī)范要求，與TB 10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》等有關標準相協(xié)調。

2 《規(guī)程》適用范圍

本規(guī)程適用于鄰近鐵路營業(yè)線的上跨、下穿及近距離并行等施工期間鐵路運營設備設施的變形監(jiān)測，主要包括基坑開挖、路基填筑、隧道掘進、橋梁架設、樁基施工、降水、重型機械作業(yè)、臨時堆載、河道拓寬及疏浚等施工作業(yè)。

鄰近施工安全監(jiān)測范圍、監(jiān)測等級、監(jiān)測方法、監(jiān)測頻率、監(jiān)測預警值、報警值及控制值等可按高速鐵路、普速鐵路分類確定，城際鐵路宜按高速鐵路標準執(zhí)行。高速鐵路部分適用于200 km/h及以上的鐵路和200 km/h以下僅運行動車組的鐵路，200 km/h客貨共線鐵路也參照高速鐵路部分執(zhí)行，其余均按照普速鐵路執(zhí)行。市域(郊)鐵路根據速度等級參照高速鐵路或普速鐵路標準執(zhí)行。

3 《規(guī)程》主要內容

TB 10314—2021《鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測技術規(guī)程》共分為7章，包括：總則，術語，基本規(guī)定，監(jiān)測項目及測點布置，人工監(jiān)測，自動化監(jiān)測，檢測頻率、預警值、報警值及控制值，另有5個附錄。本文主要對監(jiān)測技術主要章節(jié)進行闡述。

3.1 提出監(jiān)測等級

3.1.1 監(jiān)測項目

鄰近鐵路項目施工會對既有鐵路設備設施的服役狀態(tài)產生影響，根據影響程度的差異，運營鐵路需采取限速或停運等措施[17-19]。監(jiān)測項目的選取，要有助于鐵路運輸企業(yè)采取合適的措施。

為確保鐵路設備設施在鄰近施工過程中和完成后的運營安全，首選需要明確監(jiān)測內容，即監(jiān)測項目，這些監(jiān)測項目能直接反映監(jiān)測對象的位移、變形或受力狀態(tài)，主要包括路基、橋涵、隧道、站房(附屬設施)等重點監(jiān)測區(qū)段的必測和選測項目。必測項目為鐵路營業(yè)線安全密切相關的項目，選測項目則根據現場實際情況進行確定。

3.1.2 監(jiān)測區(qū)域

《規(guī)程》規(guī)定鄰近鐵路施工重點影響區(qū)主要包括鐵路營業(yè)線路堤坡腳、路塹坡頂、橋涵(含公鐵兩用橋)、隧道以及站房等鐵路運營設備設施豎向投影的區(qū)域；一般影響區(qū)主要包括鐵路營業(yè)線路堤坡腳、路塹坡頂、橋涵(含公鐵兩用橋)、隧道以及站房等鐵路運營設備設施外側起向外延伸一定距離的區(qū)域。

通過以監(jiān)測目標為研究對象的靜態(tài)影響區(qū)域劃分方法，確定了重點影響區(qū)與一般影響區(qū)，便于工程人員清晰把握鄰近施工監(jiān)測的重點內容、重點區(qū)域。

3.1.3鄰近施工影響區(qū)

《規(guī)程》在參考GB 50911—2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》的基礎上，結合工程所處的地質條件、環(huán)境情況，確定了以鄰近鐵路施工作業(yè)范圍為研究對象的動態(tài)影響區(qū)域劃分方法。

對于基坑工程，主要影響區(qū)、一般影響區(qū)和輕微影響區(qū)以0.7H、(2.0～3.0)H和(3.0～4.0)H為分界點，具體劃分如圖1所示。對于高速鐵路，主要影響區(qū)、一般影響區(qū)和輕微影響區(qū)以H、(3.0～4.0)H和(4.0～5.0)H為分界點，具體劃分如圖2所示。

注：H為基坑深度

圖2 高速鐵路基坑工程影響分區(qū)

對于隧道工程，鑒于其施工橫向穿越與縱向穿越既有鐵路影響的差異，影響區(qū)域劃分采用不同的方式。橫向穿越普速鐵路施工，采用應用范圍較廣的隧道地表沉降曲線Peck計算公式預測的方式，劃分隧道工程的不同影響區(qū)域。主要影響區(qū)、一般影響區(qū)和輕微影響區(qū)以Peck曲線的反彎點i和2.5倍i作為分界點，如圖3所示。根據目前工程經驗和相關研究成果，縱向穿越普速鐵路施工主要影響區(qū)、一般影響區(qū)和輕微影響區(qū)以(1.0～2.0)(H+D)和(2.0～3.0)(H+D)為分界點，如圖4所示。

圖3 普速鐵路隧道工程橫向影響分區(qū)

注：R為隧道半徑；D為隧道直徑；H為隧道拱頂埋深；i為Peck曲線的反彎點與隧道中心線的水平距離。

由于高速鐵路控制變形的幅值很小，在長期監(jiān)測過程中發(fā)現其沉降斷面曲線與Peck曲線的有一定差異。為確保安全，以埋深和隧道直徑作為范圍劃分的主要技術參數，橫向與縱向影響分區(qū)如圖5、圖6所示。在粉砂層地層、淤泥質地層下臥層、高承壓水、斷層及斷裂帶等復雜地質情況的鄰近施工，可以根據設計或安全評估綜合確定。

圖5 高速鐵路隧道工程橫向影響分區(qū)

圖6 高速鐵路隧道工程縱向影響分區(qū)

3.1.4 監(jiān)測等級

在綜合確定了以監(jiān)測目標為研究對象的靜態(tài)影響區(qū)(重點影響區(qū)、一般影響區(qū))及以鄰近鐵路施工作業(yè)范圍為研究對象的動態(tài)影響區(qū)(主要影響區(qū)、一般影響區(qū)和輕微影響區(qū))后，考慮高速和普速鐵路的差異，提出了鄰近施工安全監(jiān)測等級，如表1所示。

表1 鄰近施工安全監(jiān)測等級

3.2 測點布置

監(jiān)測對象、監(jiān)測區(qū)域確定后，需進一步確定測點布置。鑒于各類監(jiān)測對象的技術差異性，《規(guī)程》對主要監(jiān)測對象的測點和間距進行了規(guī)定。監(jiān)測對象主要包括軌道、路基、橋梁、隧道等[20-22]。

3.2.1 軌道

軌道變形產生的附加作用力直接對列車產生影響，因此，軌道變形是鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測的重要內容?？紤]到運營線路安全和各類設施自身結構性差異，在便于監(jiān)測實際操作的情況下，對于無砟軌道，路基段無砟軌道監(jiān)測點建議布置在軌道支承層上(圖7)，路基段有砟軌道監(jiān)測點宜布置于軌枕適宜部位(圖8)。測點布置主要針對自動化測量方法，當采用人工監(jiān)測時，可以采用測釘等方式布置軌枕測點。為保證監(jiān)測順利進行，需要確保測點穩(wěn)固、通視順暢，同時必須滿足運營線路不侵限的基本要求。因此，測點安裝位置僅作為建議提出。

圖7 無砟軌道測點布置示意

圖8 有砟軌道測點布置示意

由于橋梁整體結構剛度較大，同時鐵路運營單位在一般情況下不允許在橋上布點監(jiān)測，因此，對于橋梁段軌道的監(jiān)測主要依據對橋梁墩臺的監(jiān)測結果進行換算。同樣的，隧道段軌道監(jiān)測主要依據隧道結構監(jiān)測結果進行換算。

3.2.2 路基

路基測點要保證穩(wěn)固且與路基表層變形一致，同時為提高監(jiān)測數據的可靠性，建議路基監(jiān)測點與軌道監(jiān)測點布置在同一斷面?？紤]到鐵路營業(yè)線路基段路肩和路基坡腳附近往往密布各種線纜，布置測點時需避讓相關設備設施，無砟軌道和有砟軌道路基監(jiān)測點如圖9、圖10所示。

圖9 無砟軌道路基測點布置示意

圖10 有砟軌道路基測點布置示意

3.2.3 橋梁與隧道

橋梁監(jiān)測點的布置可結合梁體形式、環(huán)境影響因素及監(jiān)測設備安裝方式等進行選擇。為監(jiān)測墩臺多個方向的傾斜和沉降，每個墩臺布置的監(jiān)測點不少于4個，如圖11所示。

圖11 橋墩測點布置示意

運營隧道拱頂位置設置有接觸網等設施，出于安全和監(jiān)測實際情況考慮，監(jiān)測點布置主要考慮拱腰及拱底部位。隧道監(jiān)測點每個監(jiān)測斷面不宜少于4個，其中，隧道拱腰兩側應各布置至少1個監(jiān)測點，道床兩側側墻應各布置至少1個變形監(jiān)測點。在隧道段每個監(jiān)測斷面的4個監(jiān)測點中，上部兩個監(jiān)測點為結構變形監(jiān)測點，下部兩個監(jiān)測點為軌道變形監(jiān)測點，如圖12所示。目前，鐵路隧道多為礦山法施工，《規(guī)程》主要針對采用礦山法進行施工的鐵路隧道，盾構法、掘進機法隧道監(jiān)測點可參照布置。

圖12 隧道測點布置示意

3.2.4 斷面間距分析

測點間距的選擇根據鄰近施工安全監(jiān)測等級的差異，給出了各等級情況下間距布置的建議范圍。路基段軌道和路基的監(jiān)測斷面間距一致，橋梁、隧道段軌道分別與橋梁、隧道結構斷面間距一致?？紤]到橋梁結構監(jiān)測的特殊性，一般可認為監(jiān)測斷面間距為施工影響區(qū)范圍內墩臺的間距。

將《規(guī)程》中各設施或結構的高速鐵路和普速鐵路監(jiān)測斷面間距均值繪制成圖13、圖14。其中，軌道和路基監(jiān)測斷面均值一致；橋梁由于監(jiān)測點布置在墩臺位置，監(jiān)測斷面間距可認為是梁跨，目前我國鐵路主要梁跨為32 m，所以認為橋梁監(jiān)測斷面間距在各監(jiān)測等級下均為32 m。

圖13 高速鐵路設施監(jiān)測斷面間距

圖14 普速鐵路設施監(jiān)測斷面間距

由圖13可知，高速鐵路除橋梁結構外，監(jiān)測斷面間距差異較小，軌道/路基監(jiān)測斷面間距比隧道監(jiān)測斷面間距略小。由圖14可知，對于普速鐵路，軌道/路基監(jiān)測斷面間距與雙線隧道監(jiān)測斷面間距基本一致，比單線隧道監(jiān)測斷面間距都要小。規(guī)定上述監(jiān)測斷面間距的主要原因有：(1)橋梁結構剛度大，整體性最好，考慮監(jiān)測實際等因素，監(jiān)測斷面間距最大，且不隨監(jiān)測等級變化而變化；(2)高速鐵路軌道變形對安全和舒適度影響很大，除橋梁外，各設施和結構的高速鐵路監(jiān)測斷面間距比普速鐵路監(jiān)測斷面間距??；除橋梁外，在監(jiān)測等級降低時，各設施和結構的高速鐵路監(jiān)測斷面間距比普速鐵路監(jiān)測斷面間距增大的幅度?。?3)單線隧道相對雙線隧道斷面一般較小，整體結構受變形影響小，在普速鐵路情況下，單線隧道監(jiān)測斷面間距更大。

3.3 監(jiān)測頻率的確定

監(jiān)測頻率的確定是監(jiān)測工作的重要內容，與地質條件、周邊環(huán)境條件、施工方法、施工進度、監(jiān)測對象及其自身特點等密切相關。監(jiān)測頻率過低，無法保證對監(jiān)測目標狀態(tài)及時掌握；監(jiān)測頻率過高，可能會影響現場施工。因此，確定合適的監(jiān)測頻率是確保施工安全、高效的關鍵。

TB10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》第11.0.7條規(guī)定[9]，監(jiān)測頻率應符合表2要求，并未根據監(jiān)測等級劃分監(jiān)測頻率。

表2 《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》監(jiān)測頻率

《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》發(fā)布以來，已經積累了大量下穿高鐵橋梁工程案例。工程實踐表明，由于高鐵墩臺基礎較深，4～8次/d的監(jiān)測頻率能夠滿足工程實際需求。因此，對于U形槽下穿橋梁等類似工程，若已有類似工程成功經驗，監(jiān)測頻率可以適當下調監(jiān)測等級。對于盾構下穿高鐵橋梁這類工程，穿越過程中影響區(qū)域內土體的應力狀態(tài)變化難以預測，這種情況下必須堅持1次/2 h乃至實時的監(jiān)測頻率。因此，《規(guī)程》在考慮高速、普速鐵路情況下，結合提出的監(jiān)測等級，規(guī)定了監(jiān)測頻率的具體要求，如表3所示。本規(guī)程的監(jiān)測頻率要求對不同等級的監(jiān)測項目進行了區(qū)分，細化了監(jiān)測要求，使監(jiān)測工作更具操作性。

表3 《規(guī)程》監(jiān)測頻率

3.4 預警值、報警值及控制值

監(jiān)測控制值是工程施工過程中對工程自身及周邊環(huán)境的安全狀態(tài)或正常使用狀態(tài)進行判定的重要依據，也是工程設計、工程施工及施工監(jiān)測等工作的重要控制點?？紤]高速鐵路與普速鐵路的結構特點及變形要求，針對軌道、橋梁、路基、隧道等結構確定不同的監(jiān)測控制值。由于施工對結構變形的影響具有一定的滯后性，如發(fā)現監(jiān)測對象變形量接近監(jiān)測報警值時再采取控制措施，可能會很快超過監(jiān)測控制值，無法起到警報作用，增加了后續(xù)施工難度及鐵路運營風險。因此，通過增設監(jiān)測預警值，有利于分階段控制監(jiān)測對象的變形，保障工程自身和鄰近鐵路營業(yè)線運營安全。

以高速鐵路監(jiān)測預警值、報警值及控制值舉例，根據TG/GW 115—2012《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》，高速鐵路200～250 km/h無砟軌道線路靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值，其作業(yè)驗收規(guī)定的高低、水平、軌向變化控制值均為±2 mm；對于鋪設無砟軌道橋墩，控制值與軌道一致，為±2 mm。對于鋪設有砟軌道橋墩，根據工程經驗，允許變形控制值相對無砟軌道可略有增大，為±3 mm；QCR405.2—2019《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準 第2部分：隧道》規(guī)定，高速鐵路隧道整體道床變形、錯牙、下沉、上拱小于3 mm時劣化等級為“嚴重”，大于3 mm時劣化等級為“極嚴重”；規(guī)范中提出鐵路隧道整體道床變形、錯牙、下沉、上拱3～5 mm時劣化等級為“嚴重”，大于5 mm時為“極嚴重”?！兑?guī)程》在結合劣化評定標準的基礎上，考慮鐵路營業(yè)線隧道結構對鄰近施工的敏感程度和自身穩(wěn)定能力，提出了高速鐵路的隧道結構豎向位移及水平位移監(jiān)測控制值為±5 mm。

確定監(jiān)測控制值后，結合相關國家標準和其他行業(yè)標準，吸納大量現階段工程經驗后，按照預警值、報警值分別為控制值的60%、80%設定。

4 結語

《規(guī)程》在借鑒相關國家和行業(yè)等標準基礎上，吸納大量工程實踐經驗，在綜合確定了以監(jiān)測目標為研究對象的靜態(tài)影響區(qū)(重點影響區(qū)、一般影響區(qū))及以鄰近鐵路施工作業(yè)范圍為研究對象的動態(tài)影響區(qū)(主要影響區(qū)、一般影響區(qū)和輕微影響區(qū))后，考慮高速和普速鐵路的差異，系統(tǒng)性地提出了鄰近施工安全監(jiān)測等級，監(jiān)測等級的劃分對于測點布置，監(jiān)測頻率等內容的提出起到了關鍵核心的作用。《規(guī)程》創(chuàng)新成果主要體現在以下4個方面。

(1)統(tǒng)一了鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測項目。將鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測區(qū)段分為路基段、橋涵段、隧道段和站房段(附屬設施)，并提出了各個區(qū)段的必測項目和選測項目。

(2)明確了鄰近施工安全監(jiān)測的作業(yè)內容和要求。將鄰近施工影響區(qū)范圍分為主要影響區(qū)、一般影響區(qū)和輕微影響區(qū)，提出了基坑、隧道及其他復雜工程的鄰近施工影響區(qū)和監(jiān)測等級劃分方法。

(3)實現了不同鐵路營業(yè)線區(qū)段的針對性監(jiān)測。明確了路基段、橋梁段和隧道段的監(jiān)測斷面間距設置要求、監(jiān)測點布置方法及布置示意圖。

(4)填補了鄰近鐵路營業(yè)線監(jiān)控指標的空白。明確了高速鐵路和普速鐵路不同監(jiān)測等級的監(jiān)測頻率及停測標準，提出了軌道位移、鐵路橋梁變形、鐵路路基變形、隧道位移變形和站房變形監(jiān)測的預警值、報警值和控制值。

綜上所述，TB 10314—2021《鄰近鐵路營業(yè)線施工安全監(jiān)測技術規(guī)程》完善了鄰近鐵路營業(yè)線施工安全保障措施要求，為保障鐵路運營設備設施的安全，發(fā)揮規(guī)范和引導鄰近施工合理、有序開展具有重要的作用。