沉降監測技術在盾構隧道下穿京廣鐵路的應用

劉仁龍（深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳 518028）

沉降監測技術在盾構隧道下穿京廣鐵路的應用

劉仁龍?
（深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳 518028）

盾構機目前已廣泛應用于各種土建工程領域，盾構法隧道施工具有安全、快速、地表沉降小等優點，但如何控制建構構筑、地表沉降是工程的一大難題。沉降監測作為信息化施工的主要技術手段，能夠準確、及時、迅速、直接地反饋施工。本文介紹了武漢地鐵6號線下穿京廣鐵路沉降監測工程實例，通過下穿前監測模擬預報、試驗段監測以及下穿時鐵路監測等技術的應用，達到了信息化施工的目的。

沉降監測；監測技術；盾構隧道；試驗段監測；下穿鐵路

1 工程概況

本工程位于武漢市軌道交通六號線一期工程鐘琴區間，兩條隧道需要在列車正常運行的情況下通過京廣鐵路漢陽段。列車最高運行速度為 300 km/h，采用兩單線布置形式。原設計要求下穿前應采取路基、鐵路加固措施，但由于京廣鐵路武漢段列車流量較大無法進行限速，故無法進行加固，更增加了下穿難度。本工程鐘琴盾構區間起訖里程為K14+442.578～K14+769.409，總長 326.831 m（218環）。本區間為土壓平衡盾構法施工，采用維爾特復合式土壓平衡盾構機。線路最小平面曲線半徑為 350 m，線路最大縱坡3.2‰、最小2‰。區間最大埋深為 19.51 m，京廣鐵路路堤處覆土27.18 m，最小埋深為 10.58 m。下穿京廣鐵路路堤范圍:YK14+600.000～YK14+644.893，下穿長度: 44.893 m（83環-113環），鐵路路堤高出地面約13.4 m，寬約 50 m，隧道結構頂距地面約 18.4 m。

根據《鐵路線路修理規則》（鐵運［2006］146號），結合武漢地區地鐵盾構隧道施工穿越鐵路線、鐵路站場施工經驗和控制標準，本區間穿越鐵路線主要控制指標如表1所示。為保證施工中監測技術能夠達到主要控制指標，設計了監測模擬預報、試驗段監測和施工監測三個階段，以保證施工監測的順利實施和可靠性。

主要控制指標 表1

2 下穿前監測模擬預報

通過收集、整理和分析各種地質、設計和現狀調查、檢測資料，運用數值分析、工程類比和專家評議等多種方法，預測施工引起既有鐵路京廣鐵路路基和鐵路橋結構的變形，在此基礎上評價鐵路橋結構是否安全，鐵路是否滿足運營要求。

? 收稿日期:2016—03—08

作者簡介:劉仁龍（1983—），男，工程師，主要從事軌道交通工程測量工作。

基金項目：國家自然科學基金項目（41374011）

圖1　分析結果圖

本次計算運用FLAC2D軟件對隧道施工與鐵路的關系進行模擬分析，如圖1所示。通過對既有軌道結構進行變形計算、分析，可以得出以下結論:盾構區間隧道下穿京廣鐵路路基和鐵路橋的施工過程中，既有京廣鐵路路基和鐵路橋結構會產生一定的豎向和橫向變形。其中，軌道的最大豎向變形值為-4.75 mm；路基的最大豎向變形值為-7.53 mm；鐵路橋的最大豎向變形值為-4.21 mm。對照表1，相關數值均滿足控制指標要求。

3 下穿前試驗段地面監測

選取部分區間作為試驗段，進行了試驗性地面監測。具體內容為地表隆陷監測，監測頻率為1次/d；，總工作量共計565點·次，完成時間為 16 d（2014-3-21～2014-4-5）。

具體下穿鐵路試驗段監測范圍為，在原有地表隆陷監測第4、5、6斷面基礎上按每 5 m加密8個監測斷面，里程為:K14+720（M1斷面）、K14+715（M2斷面）、K14+711（4斷面）、K14+706（M3斷面）、K14+ 691（M4斷面）、K14+K14+686（5斷面）、K14+681 （M5斷面）、K14+676（M6斷面）、K14+671（M7斷面）、K14+666（6斷面）、K14+661（M8斷面），如圖2所示。

圖2　試驗段監測點平面布設圖

從日沉降量數據分析可得出，盾構施工到達處地表均有不同程度下沉。3月21日～3月25日絕大部分點位下沉在 4 mm內，只有M3-4下沉為 7.4 mm。3月26日監測數據普遍略有上升，上升最大值2.8 mm（M3-2）。3月27日～3月30日監測數據沒有變化。3月31日監測數據普遍下沉，下沉最大值4.4 mm（M3-4）。4月1日監測數據沒有變化。4月 2日～4月4日監測數據變化較大，尤其是4月4日普遍下沉較大，下沉最大值19.8（M4-4）。4月5日監測數據下沉較小，最大值 2.3 mm（M4-3）。

從累計沉降量數據分析可以得出:由累計沉降量成果表可看出，盾構施工到達處地表累計沉降普遍達到 30 mm。其中最大值為下沉 40.2 mm（M3-4，4月5日）。

根據上述數據及分析可知，盾構施工到達處地表均有不同程度下沉。其中3月21日～3月25日、3月27日～4月1日各監測點沉降量控制較好。3月26日監測數據普遍略有上升。4月2日～4月4日監測數據變化較大，尤其是4月4日普遍下沉較大，下沉最大值 19.8 mm。4月5日監測數據趨于穩定。

可以認為，盾構施工到達處地表均有不同程度下沉是必然的，但是可控的。摸清盾構機部件完好狀況，把容易出故障的部件全部更換，結合試驗段地面沉降監測數據和盾構推進參數進行比對，調整參數，控制推進速度，勻速推進。同步注漿及二次注漿對地表下沉的影響明顯；根據監測數據選擇合理的同步注漿及二次注漿的速度、注漿壓力、注漿材料的配比，達到控制地面沉降的效果。結合下穿區域主要是黏土區域，粉土自身具有較高的細顆粒含量，施工時加入適當的泡沫以改善土體的塑流性，調整泡沫的流量、FER和FIR值。

4 下穿鐵路監測

經上述模擬監測和試驗監測后，開展了全面的施工監測，主要內容包括鐵路軌道沉降監測，鐵路路基沉降監測，鐵路橋沉降監測。監測頻率定為盾構穿越前4次/d、盾構穿越中6次/d、盾構穿越后4次/d、監測人員 24 h待命。總工作量520點·天，完成時間為13 d（2014-5-3～2014-5-15）。

監測中布設的點位包括橋墩沉降監測點、路基沉降監測點和軌道沉降監測點。其中橋墩沉降監測點情況為，在橋墩橋臺上布設4個沉降點，分別編號Q1、 Q2、Q3、Q4。采用鉆孔澆筑埋設的方法，埋設L型沉降觀測標志。路基沉降監測點情況為，沿路基兩肩布設2個監測斷面，共計16沉降監測點，分別編號D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8。采用鉆孔澆筑埋設的方法，在路肩埋設小棱鏡。軌道沉降監測點情況為，沿上下行線布設2個監測斷面，共計20沉降監測點，分別編號X1-1、X1-2、X1-3、X1-4、X1-5、X1-6、X1-7、X1-8、X1-9、X1-10、X2-1、X2-2、X2-3、X2-4、X2-5、X2-6、X2-7、X2-8、X2-9、X2-10。采用澆筑的方法，將小棱鏡澆筑軌在枕上，如圖4所示。

圖4　鐵路監測點平面布設圖

圖5　鐵路路基沉降、軌道沉降、橋墩沉降監測累計沉降量走勢圖

鐵路路基沉降、軌道沉降、橋墩沉降監測累計沉降量數據及走勢圖如圖5所示。可以看出，5月4日盾構刀盤到達鐵路時，鐵路路基、軌道、橋墩均開始下沉。隨著盾構推進各監測點累計沉降量呈現增大趨勢，5 月9日盾構刀盤已穿越鐵路，各監測點開始穩定。5 月4日～5月9日期間，各監測點日平均沉降速率最大為 -0.6 mm/d，最大沉降速率為 -1.7 mm/d，路基累計沉降最大值為 -5.9 mm，軌道累計沉降最大值為-4.8 mm，橋墩累計沉降最大值為 -1.8 mm。由上述鐵路各監測數據、走勢圖數據分析可知，盾構隧道下穿鐵路的推進過程中，各監測點均出現了下沉現象，但各監測值均未超出監測控制值，屬于可控狀態。

5 結 論

新建工程與既有鐵路的交叉處是影響鐵路運營安全的重要敏感點，監測技術的應用對鐵路的運營安全、新建工程的施工指導意義重大，做好充分的論證與研究是工程施工的必要前提。

本文介紹了沉降監測技術在盾構隧道下穿既有鐵路的應用過程，通過下穿前監測模擬預報、試驗段監測以及下穿時鐵路監測等監測技術在工程實例中的應用，達到了指導施工的作用，為盾構下穿鐵路提供了技術保障。

［1］鐵運［2006］146號.鐵路線路修理規則.2006［S］.

［2］GB50911-2013.城市軌道交通工程監測技術規范［S］.

［3］劉祖強，張正祿，鄒啟新.工程變形監測分析預報的理論與實踐［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.

［4］李林.盾構隧道下穿既有鐵路信息化施工技術研究［D］.成都：西南交通大學，2006.

［5］連長江.城市地鐵隧道盾構施工產生的地層沉降分析［J］.廣東建材，2007（2）：46～47.

Application of Settlement Monitoring Technology in Beijing Guangzhou Railway in the Shield Tunnel Under

Liu Renlong
（Shenzhen Geotechnical Investigation&Surveying Institute，Shenzhen 518028，China）

Shield machine has been widely used in various civil engineering fields.It has the advantages of safe，rapid，and small ground settlement in shield tunneling construction.But how to control the construction and surface settlement is a major problem.Settlement monitoring as the main technical means of information construction，can be accurate，timely，rapid and direct feedback construction.This paper introduces the Wuhan Metro Line 6 wear Jingguang Railway Settlement Monitoring Project，the wear monitoring application of simulation and forecast，test segment monitoring wear railway monitoring technology，to achieve the purpose of information construction.

settlement monitoring；monitoring technique；shield tunnel；test section monitoring；under railway

1672-8262（2016）02-125-04中圖分類號：P258，TU196.2

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