郭 輝

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162）

0 引言

北京市通州區(qū)天然氣管網下穿京津城際鐵路工程為鄰近鐵路施工工程?；娱_挖和頂管頂進過程中，會引起基坑周邊地層的不均勻位移，并會對臨近建筑的安全構成威脅，可能會導致土體位移、橋墩變形等，為保證鐵路營業(yè)線及施工安全，在施工過程中必須采取相應的監(jiān)控措施[1]。

基于此，以北京市通州區(qū)天然氣管網下穿京津城際鐵路施工項目為例，對市政天然氣管網下穿既有京津城際鐵路施工監(jiān)測展開研究，通過安全監(jiān)測、安全巡視和安全狀態(tài)警戒，較全面地掌握施工工點的施工安全情況，對施工過程實施全面監(jiān)控和有效地控制與管理。

1 工程概況

通州區(qū)市政天然氣管網項目位于京津城際高鐵亦莊站至永樂站之間。天然氣管道在京津城際高鐵涼水河特大橋125#～126#橋墩之間通過，管道中心線與京津城際高鐵中心線交叉處鐵路里程為K42+456.66，交角為68°。京津城際高鐵為雙線電氣化鐵路，直線區(qū)段，鐵路呈南北走向，自西向東分別為京津城際高鐵上行線和下行線，線間距為5.0m。京津城際高鐵上、下行線均為無砟軌道，區(qū)段以橋梁形式通過，縱坡為1.0‰上坡。該處橋梁為簡支箱梁，橋墩采用圓端形墩及矩形承臺，橋墩基礎均采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.0m。燃氣管道保護涵采用一孔內徑2.8m圓管涵。管涵兩端均位于鐵路安全保護區(qū)范圍以外（按橋梁投影兩側各20m范圍控制），總長65.8m。

2 監(jiān)測方案與預警方案設計

2.1 監(jiān)測點布設

2.1.1 監(jiān)測基準點布設

監(jiān)測基準點布設涉及自動化監(jiān)測基準點和人工復核監(jiān)測基準點的布設。

（1）自動化監(jiān)測基準點：該工程使用自動化監(jiān)測設備進行監(jiān)測，計劃在施工工程影響區(qū)以外，在京津城際鐵路123號橋墩上布置監(jiān)測基準點；

（2）人工復核監(jiān)測基準點：該工程采用自動化監(jiān)測設備進行監(jiān)測，為保證數據的準確性，在位移變化超過預警值時或變化值呈明顯變化趨勢時，再進行人工復核。

人工復核監(jiān)測基準點分為豎向位移基準點和水平位移基準點，點位布設原則為：點位需穩(wěn)定、可靠，便于觀測，且與測區(qū)距離適當。其中橋墩豎向位移監(jiān)測基準點，計劃在施工工程影響區(qū)以外，在123號橋墩、128號橋墩上各布置2個監(jiān)測基準點，共計4個基準點位，并在周圍設立警示標志。橋墩水平位移監(jiān)測基準點，計劃在兩側施工工程影響區(qū)以外堅固位置上各布設水平位移基點3個，兩側共計6個監(jiān)測基準點，并在周圍設立警示標志[2]。

2.1.2 監(jiān)測點布設

（1）自動化監(jiān)測測點布設，包括橋墩豎向位移監(jiān)測，本次監(jiān)測擬定在每個橋墩墩身布設一個測點，監(jiān)測范圍為124#橋墩～127#橋墩，共計4個監(jiān)測點，還有橋墩水平位移監(jiān)測，本次監(jiān)測擬定在每個橋墩墩身布設一個測點，監(jiān)測范圍為124#橋墩～127#橋墩，共計4個監(jiān)測點；

（2）人工復核監(jiān)測測點布設，包括橋墩豎向位移監(jiān)測，計劃在124#～127#橋墩上，每個橋墩布置4個監(jiān)測點，共計16個監(jiān)測點，并在周圍設立警示標志。還有橋墩水平位移監(jiān)測，計劃在124#～127#橋墩上，每個橋墩布置2個監(jiān)測點，共計8個水平位移監(jiān)測點，并在周圍設立警示標志。測點布置見圖1。

圖1 測點布置圖

2.1.3 監(jiān)測點布置形式

（1）自動化監(jiān)測：橋墩監(jiān)測點布置橋墩豎向位移監(jiān)測點與橋墩水平位移監(jiān)測點布置方式一致，本次測點布置位置為橋墩墩底，固定方式為采用結構膠水將傳感器粘貼在橋墩墩底。在粘貼之前，用砂紙打磨粘貼面，清理浮灰后，再進行固定，在監(jiān)測任務全部結束后，拆除傳感器。

（2）人工監(jiān)測：橋墩豎向位移監(jiān)測點布置，為減小對橋墩損害，該工程橋墩豎向位移人工復核監(jiān)測點布置方式擬采用粘貼式沉降釘，使用結構膠將沉降釘固定在橋墩上，如橋墩上既有測點并符合方案要求，則使用既有測點；橋墩水平位移監(jiān)測點布置，為減小對橋墩損害，該工程橋墩水平位移監(jiān)測點布置方式采用L型直角棱鏡使用結構膠固定在橋墩距地面3m左右位置處。如橋墩上既有測點并符合方案要求，則使用既有測點。

2.1.4 監(jiān)測點保護措施

在沉降監(jiān)測、位移監(jiān)測工作中，監(jiān)測點的保護工作至關重要，監(jiān)測點的保存完好與否直接關系到監(jiān)測數據的真實性與準確性，所以對于監(jiān)測點的保護工作不容疏忽，做好監(jiān)測點保護工作。

（1）監(jiān)測點主要安裝在橋墩四周，容易接觸到，在實施過程中需加強巡視；

（2）監(jiān)測點在布設過程中盡量選擇不易被擾動，觀測面廣的地方布設，這樣既利于監(jiān)測點的保護又能便于觀測；

（3）定期檢查基準點有無變動，如有變動要及時處理，以免影響觀測數據的真實性；

（4）如有監(jiān)測點不慎被破壞，及時處理，以便于測量工作的順利進行[3]。

2.2 監(jiān)測頻率設定

根據設計說明及相關規(guī)范要求，監(jiān)測工作應貫穿于工程施工全過程，施工前鐵路、監(jiān)理等相關部門在場的情況下，完成監(jiān)測標和監(jiān)測儀器的安裝調試工作，具體監(jiān)測頻率要求：

（1）施工準備期間預觀測一周，采集首期觀測值；

（2）施工期間1次/2h；

（3）竣工1個月內，4次/d；

（4）竣工1個月后，根據監(jiān)測數據分析，若變形趨于穩(wěn)定，變形速率不大于0.5mm/月，達到停測標準，否則應繼續(xù)監(jiān)測直至變形穩(wěn)定[4]。

2.3 監(jiān)測預警方案與預警值設計

2.3.1 監(jiān)測預警值設定

考慮到鐵路運營的安全性，設置一定的安全系數。具體預警值的設定見表1。

表1 預警級別及預警值控制表

2.3.2 變形變化判定標準

因為測量工作中誤差不可避免，所以監(jiān)測項目的位移變化判定應結合各項指標統(tǒng)一確定。判定規(guī)則為：

（1）單日變化是否超限，應根據連續(xù)2d的監(jiān)測數值分析判斷，如果呈現明顯變化趨勢且均超限，則判定為單日超限；

（2）累積變化是否超限應根據當前累積變化值確定，如果呈現出明顯趨勢且超限，則判定為累積超限；

（3）預警、報警信息應綜合各項監(jiān)測指標數值確定，并且采用必要的復核，確認無誤后啟動預警、報警程序。

2.3.3 預警機制處理

超出黃色預警值情況處理：進行數據自查工作，校核監(jiān)測數據，上報施工及監(jiān)理方，具體處理措施為：

（1）檢查測量數據：首先聯測沉降觀測的起算點，檢查起算點是否有變動，然后將突變較大的觀測點進行重測，確定測量數據無誤；

（2）觀察現場情況：觀察現場鐵路橋梁監(jiān)測對象是否受到影響，如橋梁是否有新的裂痕、橋墩是否有傾斜的趨勢等現場情況，加以記錄，采用數碼相機進行拍照，及時反映給鐵路、監(jiān)理等相關單位。

3 監(jiān)測數據分析與成果上報

3.1 監(jiān)測數據分析

3.1.1 數據處理要求

監(jiān)測數據計算和處理滿足相應規(guī)范要求。人工測量數據采用設備自動記錄方式，對測量數據進行平面和高程平差計算，平差計算時滿足相應等級精度要求，并進行復核計算。計算合格后填入相應監(jiān)測報表，生成變化圖形，便于分析。

由于該工程地面距墩頂較高，考慮到監(jiān)測點布置的便捷性以及不必要的資源浪費，本次鐵路橋墩水平位移監(jiān)測點布置位置為地面以上3m左右位置，具體測量方法如下：首先使用全站儀對橋墩地面到測點的高度h進行測量，再對地面至墩頂的高度H進行測量，實際測得橋墩位移d，根據三角形定理得出墩頂位移L=Hd/h墩頂位移由于地面至墩頂的高度H地面到測點的高度h均為定值，所以兩數相除亦為定值，計算簡便，將測得測點位移與定值相乘即可。三角原理示意圖見圖2。

圖2 三角原理示意圖

3.1.2 數據處理分析

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

（1）數據采集：通過現場監(jiān)測取得的數據和與之相關的其它資料的搜集、記錄等，將量測值自動傳輸到數據庫管理系統(tǒng)；

（2）數據整理：每次觀測后應立即對原始觀測數據進行校核和整理，包括原始觀測值的檢驗、物理量的計算、填表制圖，異常值的剔除、初步分析和整編等，并將檢驗過的數據輸入相應報表；

（3）數據分析：采用比較法、作圖法和數學、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)和應采取的措施進行評估決策。

繪制時間位移曲線散點圖和距離位移曲線散點圖，如果位移的變化隨時間而漸趨穩(wěn)定，說明橋墩處于穩(wěn)定狀態(tài)，平衡系統(tǒng)是穩(wěn)定、可靠的。在圖中的反常曲線中，出現了突變點，這說明位移出現反常的急驟增長現象，表明橋墩平衡系統(tǒng)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應立即采取相應的工程措施。在出具報告時，應根據散點圖的數據分布狀況，對監(jiān)測結果進行分析，并根據最大位移值、變化趨勢等，對施工過程中對在橋墩造成的影響做出結論。

3.1.3 信息處理與反饋

施工過程中應進行監(jiān)控量測數據的實時分析和階段分析：

（1）實時分析，每天根據監(jiān)測數據及時進行分析，發(fā)現工程結構、周邊環(huán)境等變形、受力異常時，應第一時間告知各參建單位相關監(jiān)測信息，為施工決策和方案優(yōu)化提供科學依據；

（2）階段分析，按階段總結監(jiān)控量測數據的變化規(guī)律，對結構平衡狀態(tài)進行評價，提交階段分析報告，指導后續(xù)施工。根據監(jiān)測數據分析成果及時進行監(jiān)控量測信息反饋，對工程結構、周邊環(huán)境被監(jiān)測對象的安全狀態(tài)進行合理、科學評價，并提出相應的工程對策與建議。

3.2 成果上報

3.2.1 反饋信息內容

（1）測量信息：監(jiān)測項目、測點布置圖、監(jiān)測數據分析說明、監(jiān)測成果報表、監(jiān)測時程變化曲線圖等，根據相關單位要求可以提供相應成果資料；

（2）巡視信息：主要包括施工現場環(huán)境巡視信息、儀器設備狀態(tài)巡視信息和鐵路巡視信息，成果主要為巡視成果表、巡視照片等。

3.2.2 反饋信息上報

（1）日報：每天的監(jiān)測情況（量測信息）當天反饋到管理單位、業(yè)主、監(jiān)理及其他相關單位；

（2）急報：如遇量測數據異常及險情，以緊急報告或異常報告的形式向設備管理單位、業(yè)主、監(jiān)理、設計等有關單位匯報，以指導施工現場是否啟動應急預案；

（3）巡視報告：監(jiān)測單位分定期（按時報送周報、月報）及不定期（項目突發(fā)事件的及時報送）；

（4）總結報告：監(jiān)測期結束后一個月內，向業(yè)主及相關單位提供監(jiān)測技術總結報告。

4 結束語

本文通過對北京市通州區(qū)天然氣項目下穿京津城際鐵路工程監(jiān)測工作的實施，掌握了下穿工程施工對既有鐵路線路的影響程度，及時發(fā)現了影響鐵路正常運營的安全隱患，為鐵路運營和建設單位提供準確的監(jiān)測數據和信息，為后續(xù)工程施工工藝、工序安排提供參考數據；對施工過程實施全面監(jiān)控和有效地控制與管理，可以確保既有鐵路安全平穩(wěn)的運行。