地鐵盾構施工穿越高速鐵路車站變形監測技術

孟祥凱

摘? ? 要：現階段，隨著我國經濟的快速發展，鐵路的建設也十分迅速。地鐵盾構穿過鐵路車站時，對于車站有著較大的影響范圍。本文首先對于工程概況進行闡述，同時對于盾構工程對鐵路車站變形影響情況進行分析，最后對于相關的監測技術進行研究。希望通過本文，能夠為地鐵盾構穿過鐵路車站的變形監測提供一些參考和幫助。

關鍵詞：地鐵盾構施工;高速鐵路車站;變形監測技術

1? 引言

地鐵盾構下穿滬寧高速鐵路常州站，對車站的影響范圍較大。首先，數值計算盾構施工引起的高速鐵路結構和附屬設施的變形;其次，高速鐵路控制保護標準提出監控測量的范圍、內容和頻率，制定了監控測量方案;最后，施工過程中依據監測數據及時調整盾構施工參數，采用了測量機器人實時了解動態自動化監測系統，效果良好，經實踐檢驗完全可行并具有應用推廣價值。

2? 工程概況

天津地鐵6號線工程東北起自大畢莊，南至水上東路，線路全長31.772km，全線共設25座車站，設車輛段一座。本合同段為第12合同段，主要包括天泰路站、北運河站2座車站以及南口路站～天泰路站～北運河站～北竹林站等3個區間隧道盾構工程。本合同段北運河站采用明挖順做法施工，標準段基坑深度約24.2m，采用1000mm厚地連墻，深度42m;端頭井基坑深25.7m，采用1200mm厚地連墻，深度45m。車站位于北運河河道轉彎處，車站小里程端頭井側墻距離河堤岸最近距離74m，活塞風井距離河堤岸最近距離約61m。因此車站圍護結構地下連續墻超深、超厚，車站主體結構又距離北運河道較近是本工程第一特點。

3? 地鐵盾構穿越高速鐵路變形影響分析

高速鐵路行車對軌道不平順性要求嚴格，需嚴格控制地鐵盾構工程所引起的鐵路沉降與變形以及對附屬建筑物的變形影響。因此需要對盾構施工影響高速鐵路變形進行理論分析和模擬計算，主要內容為：①計算分析地鐵盾構施工對高速鐵路的影響，評價軌道沉降與變形是否滿足鐵路安全運營要求，分析混凝土筏板與樁基的變形是否滿足安全要求，并提出鐵路安全保護措施與建議。②計算分析地鐵區間盾構施工對高速鐵路相關建構筑物的影響，評價建構筑物沉降與變形是否滿足安全要求，并提出保護措施與建議。③提出鐵路保護監測要求。

4? 監測技術研究

4.1? 監測頻率及范圍分析

在進行盾構工程的過程當中，應根據現場的實際情況來對于監測頻率進行制定，并對于某些異常的情況變化以及較為特殊的工程狀況進行監測頻率的增加，在必要的情況下應采取跟蹤監測的方式來對其進行監測。進行監測時所獲得的結果應及時向相關部門進行上報。另外一方面，在盾構工程施工的過程當中，應設立專門的工作人員來對現場進行24h的巡視工作。

4.2? 監測標準

在對高速鐵路車站變形的監測過程當中，對于監測控制標準的制定上應建立在進行周邊環境調查的前提條件下，根據該環境當中所具備的安全程度和重要程度來對于監測標準進行準確評估和制定，并充分考慮到產權單位的相關要求。本工程的監控標準以設計文件中所要求的內容為準。

4.3? 自由測站監測精度分析

自由測站監測技術的主要特點在于可對監測精度進行隨時調整和控制，并能夠自動的設置站點。通過利用自由測站監測技術，能夠根據實際的監測要求，并以監測交匯次數及設站位置為依據，來對于監測過程進行控制，從而符合鐵路車站變形的監測要求。因為在監測區域當中通常會存在一定程度的施工干擾情況，在加上施工區域地質情況不具備穩定性，因此應專門設置出科學合理的對應該區域實際情況的平面位移監測網絡。在具體的測量過程中，可利用精度非常高的機器人來進行測量過程，可將測量精度控制在1mm以內。

4.4? 三維自動化監測

三維自動化監測系統，通過對于全站儀的驅動來完成對于盾構穿越區域的多次監測，并在監測的過程中，能夠對于所有的限差參數進行控制。首先將監測的原始文件通過互聯網傳送到服務器當中，然后再將其從服務器轉移到數據庫當中，接著對于數據庫中的文件進行平差程序，最終能夠計算出監測位置的具體坐標。在得出坐標后，可將其按照實踐順序進行保存，接著三維自動化監測系統會生成報表，通過電腦可對各項數據及報表進行隨時的查詢。一旦監測結果超過的時限，那么系統將會進行報警。

4.5? 實時三維動態自動化監測技術

全站儀三維自由設站法由于變形監測區域不穩定且環境復雜，因此基準點或工作基點通常設置在距離變形監測區域較遠的相對穩定區域，從而限制了變形監測網的網形設計，實際觀測中也易受到更多的誤差源影響。而全站儀自由設站法不需要在基準點或工作基點上設站，可通過靈活的設站選擇來優化監測網形，削弱誤差源的影響，有效提高控制網的可靠性和精度。自由設站三維整體平差函數模型三維整體平差的全站儀自由設站方法理論嚴密，將全站儀的直接觀測值（天頂距、斜距和水平方向值）作為原始數據建立觀測方程，從而得到誤差方程并依據最小二乘原理進行求解。三維整體平差模型是一種對全站儀的水平方向值、天頂距和斜距進行直接處理的平差函數模型。全站儀三維自由設站時，需后視不少于2個已知控制點，即已知值一般多于6個，而全站儀設站的未知值僅4個，故需采用最小二乘平差的方法來求解全站儀設站的未知參數。在實際進行監測時，為確保成果的可靠性，已知控制點要多于2個，同時，為了實時的顯示監測成果，必須實時解算。首先利用已知點坐標，運用最小二乘法計算設站點的坐標（X，Y，Z）及定向角（T），然后便可利用極坐標法計算出監測點的坐標。實時三維動態自動化監測系統采用自主研發的實時三維動態自動化監測軟件系統，程序自動驅動LEICATM30全站儀完成多測回觀測，觀測時可完成各項限差指標控制。電子原始觀測文件通過網絡傳輸至服務器，在服務器端，將原始觀測數據存放至數據庫，并對其進行嚴密平差，得出各監測點的三維坐標。將結果按時序存儲，系統會自動生成成果報表，客戶端可查詢監測的各項數據和報表。當監測成果超限時系統還會自動提醒報警。

5? 結語

在處于運營狀態之下的高速鐵路中進行盾構工程，在缺乏較為成熟的變形監控標準及規范的前提條件下，在進行盾構工程監測過程中，應首先對盾構工程對于高速鐵路所造成的影響進行計算和分析，然后通過與鐵路保護措施中的相關標準和內容相結合，來對于變形監測的方式、頻率、覆蓋范圍等方面進行明確，并以此為依據來設計出符合實際情況的合理監測方案。另外，要積極的進行使用三維自動化監測技術和三維自由設站監測技術以及機器人監測等等，通過對于這些監測技術的應用來獲得更加充分的實踐操作經驗，并對其進行相應的推廣，從而幫助監測工作能夠得到更加高效的開展。

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