盾構下穿運營高鐵隧道監控量測技術研究＊

費瑞振，張舵，周吉濤

盾構下穿運營高鐵隧道監控量測技術研究＊

費瑞振，張舵，周吉濤

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251）

盾構下穿運營高鐵隧道施工具有較大風險，超過控制標準的軌道沉降、水平位移和幾何狀態均可能威脅高鐵列車行車安全，對施工控制和監控量測要求極高。基于長沙地鐵3號線湘龍站—星沙站區間下穿京廣高鐵瀏陽河隧道工程，提出了監測范圍、項目、方法、頻率、周期、控制值等監測設計要點，探討了監測數據分析、處理、共享、校核等信息反饋程序，研究了監測信息與行車指揮控制系統的聯動機制，為盾構下穿高鐵隧道信息化施工提供了技術支撐。

盾構；盾構下穿；高鐵隧道；監控量測

隨著高鐵隧道和地鐵隧道的大規模建設，必然會出現地鐵盾構下穿或者上跨高速鐵路城市隧道工程。盾構施工不可避免地會對既有隧道結構產生一定的擾動，并影響既有高鐵的安全運營。關于盾構下穿高鐵，國內外研究成果多集中在盾構下穿對高鐵橋梁段和路基段的影響分析，而盾構下穿隧道工程多表現為盾構下穿地鐵區間，關于盾構下穿高鐵隧道的相關研究很少。

鐵路由于其運營安全的重要性，應分外重視下穿工程，尤其是高速鐵路運營速度快，對軌道變形要求極其嚴格，是工程控制的重點及難點。高鐵隧道結構斷面與地鐵區間存在較大差異，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構安全，有必要對盾構下穿高鐵隧道監控量測技術進行針對性研究。

1 工程概況

京廣高速鐵路武漢至廣州段于2009-12-26開通運營，設計速度350 km/h。瀏陽河隧道內鋪設無砟軌道，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號線的湘龍站—星沙站區間，沿開元西路向東掘進在右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、星沙湘繡城南側。地鐵區間采用盾構法施工，內徑5.4 m，外徑6.0 m，襯砌采用0.3 m厚C50鋼筋混凝土。盾構區間與瀏陽河隧道的豎向間距約11.9 m，下穿地層為中風化泥質粉砂巖及礫巖，地下水主要為基巖裂隙水，穩定地下水位埋深1.80～7.40 m。

湘龍站—星沙站區間采用土壓平衡盾構直接下穿京廣高鐵瀏陽河隧道，為全國首例，且無洞外工程保護措施，具有極大施工風險。

2 監測方案設計

2.1 監測對象及范圍

本次監測對象為該項目盾構隧道施工影響范圍內的鐵路隧道。瀏陽河隧道范圍內盾構隧道左、右線中心線外各30 m，約80 m的范圍，對應里程為K1566+775～K1566+855。在監測區域內無砟軌道結構沉降、無砟軌道結構水平位移、底部隆起三個項目監測斷面按間隔5 m布置，共17個監測斷面；隧道整體沉降在變形縫左右0.5 m位置各布置一個斷面，其余斷面布置與無砟軌道結構沉降一致，共20個斷面。

2.2 監測項目及方法

監測項目及儀器如表1所示。

表1 監測項目及儀器表

監測對象監測項目儀器設備 鐵路隧道無砟軌道結構沉降自動全站儀 無砟軌道結構水平位移自動全站儀 隧道整體沉降靜力水準儀 底部隆起自動全站儀 軌道幾何狀態 隧道結構支護情況觀察 盾構區間拱頂隆沉精密水準儀 水平收斂收斂計 地層監測地表隆沉精密水準儀 土體內部垂直位移磁環分層沉降儀 土體內部水平位移側斜儀 地下水位地下水位觀測水位儀

本次監測對象為該項目盾構隧道施工影響范圍內的高鐵隧道，監測斷面如圖1所示。

圖1 運營高鐵隧道監測斷面圖

2.3 監測項目控制值

監測項目控制值如表2所示。監測預警值為監測控制值的70%。

2.4 監測頻率及周期

監測頻率根據監測數據變化情況、盾構施工情況、監測

斷面距掘進面的距離等情況綜合考慮，當出現監測速率發展變化較大等異常情況時，應提高監測頻率。

施工關鍵期指盾構正式下穿鐵路線路期間，同時包含下穿鐵路范圍管片壁后深孔注漿作業期間；一般施工狀態指盾構穿越鐵路前的準備期和穿越后的前期。

人工監測：施工關鍵期3～4次/天；一般施工狀態2～3次/天；之后1次/天，視變形穩定情況調整。

自動化監測：施工關鍵期1次/10分鐘；一般施工狀態1次/30分鐘；之后1次/小時，視變形穩定情況調整，必要時應連續采集。

監測周期依據現場實際情況確定。

盾構從中間風井二次始發時開始監測，盾構通過后，應持續觀測直至測點沉降變化量連續3周不超過0.5 毫米/周即停止監測工作。

表2 監測項目控制值表

監測對象監測項目控制值 鐵路隧道無砟軌道結構沉降隆起量0 mm，沉降量控制在2 mm以內，每條線路的兩條軌道高差不大于2 mm 無砟軌道結構水平位移2 mm 隧道整體沉降5 mm 底部隆起0 軌道幾何狀態根據《高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）》（TG/GW 115—P2012）及鐵路部門的要求執行 隧道結構支護情況觀察— 盾構區間拱頂隆沉10 mm 水平收斂10 mm 地層監測地表隆沉10 mm 土體內部垂直位移5 mm 土體內部水平位移5 mm 地下水位地下水位觀測—

2.5 沉降穩定期監測

沉降穩定期監測是指正常監測后2個月，沉降穩定期監測主要對較長時間的工后沉降進行評估，僅對整體道床板沉降進行監測，監測頻率為1次/3天。

3 監測信息反饋

3.1 監測數據的分析與處理

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

3.1.1 數據采集

現場監測取得數據并進行相關資料的搜集、記錄等。本監測項目采用的儀器如水準儀需人工讀數、記錄，然后將實測數據輸入計算機；全站儀則自動進行數據采集，并將量測值自動傳輸到數據庫管理系統。

3.1.2 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計算機的數據庫管理系統。

3.1.3 數據分析

采用比較法、作圖法和數學、物理模型，分析各監測物理量值大小、變化規律、發展趨勢，以便對工程的安全狀態和應采取的措施進行評估決策。

3.2 監測信息共享

建立鐵路、建設、施工、監理、設計、監測單位聯合工作組，第三方監測數據、施工監測數據、工務監測數據均應及時上傳，實現監測數據及時共享，各方可根據共享數據進行分析和相關校核，但應確保該共享數據對外保密。第三方檢測數據、施工監測數據除在聯合工作組進行共享外，同時需將監測數據發送給中國鐵路廣州局集團有限公司指定聯系人，具體信息共享機制以現場實際組織機構為準。施工單位需將現場施工信息及時反饋給監測單位。

3.3 監測信息與行車指揮控制系統的聯動

3.3.1 第三方監測數據、施工監測數據與行車指揮控制系統的聯動

本工程在施工前，編制專項監測方案，明確監測內容及要求，盾構下穿施工期間對鐵路范圍內主要設施進行全方位、自動化實時監測。對軌道結構位移的監測以臨時補修為起點，由于臨時補修后軌道幾何尺寸偏差達到作業驗收標準，因此，每次臨時補修后，軌道結構位移應歸0。

3.3.2 軌道靜態檢查信息與行車指揮控制系統的聯動

根據《高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）》（鐵運[2012]83號，高速鐵路無砟軌道數字道尺、軌檢小車等工具檢查。軌道靜態檢查由鐵路工務部門在天窗期組織實施。

檢測中軌道靜態幾何尺寸偏差達到經常保養管理值，工務段要利用當天天窗安排調查、處理，并及時上報工務處線路病害的調查處理情況。

3.3.3 軌道動態檢查信息與行車指揮控制系統的聯動

根據《高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）》（鐵運[2012]83號），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備對線路進行周期性檢查，按局部不平順（峰值）和區段整體不平順（均值）進行動態質量管理。軌道動態檢查由鐵路工務部門實施。

京廣高鐵線路動態檢查工具包括車載便攜式線路檢查儀、確認車、動檢車、軌檢車等，綜合第三方監測、施工監測、工務監測。

3.4 自動監測數據定期人工校核

為了保證監測數據的可靠性，需要對自動監測數據進行校核。

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定一個基準點，待所有監測點布置完成后，在接近各監測點位置噴漆標點用水準儀測取初始值，當對某個點或某些區域的機器人測量結果存在懷疑時，利用天窗點時間對這個點或區域進行人工測量，與自動監測數據進行對比。1個月至少進行1次人工測量。

4 結論

2018-12—2019-04，長沙地鐵3號線盾構成功下穿瀏陽河隧道，盾構通過后應持續觀測3個月，沉降變化量趨于穩定后方可停止監測工作。

通過對鐵路隧道、盾構區間、周邊地層的監控量測實踐，可以得出如下結論：本工程制定的鐵路隧道、盾構區間、周邊地層監測項目和控制標準可以滿足盾構下穿高鐵隧道期間高鐵列車安全運營要求。長沙地鐵3號線盾構下穿結束后，京廣高鐵瀏陽河隧道無砟軌道結構豎向位移最大值為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3周不超過每周 0.5 mm，可認為既有線變形已經進入穩定階段。盾構勻速穩步不停機掘進，控制同步注漿量和注漿壓力，及時進行二次注漿，確保管片背后空隙及時填充密實，有利于對既有高鐵隧道的變形控制。

［1］羅馳恒.盾構施工對既有鐵路隧道影響研究［J］.鐵道勘測與設計，2017（3）：54-58.

［2］譚林波，陶津，沈圣，等.基于長標距FBG的既有地鐵隧道縱向變形監測與數值模擬［J］.建筑技術，2016（5）：453-456.

［3］楊文棟.地鐵穿越工程的風險管理研究［D］.北京：北京交通大學，2011.

［4］路平.基于模糊理論的盾構掘進參數對周圍土體變形影響的研究［D］.天津：天津大學，2014.

［5］玄龍德.富水砂層盾構下穿西寶高鐵道岔涵洞施工技術研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2014.

［6］徐文星.全站儀自由設站非接觸量測技術在蘭新高鐵隧道監控量測中的應用［J］.科技創新與應用，2016（15）：23-24.

［7］王旭.長大干線高速鐵路自動化沉降監測系統研究［J］.高速鐵路技術，2017（6）：68-73，83.

［8］左玉良.軌道幾何狀態檢測技術的應用研究［D］.上海：同濟大學，2007.

［9］王霆.盾構施工突發地面沉降事故技術處理探討［J］.地下工程與隧道，2013（2）：22-25.

U455

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.029

2095－6835（2019）24－0071－03

費瑞振（1988—），男，工程師，從事隧道及地下工程研究。

中國鐵路設計集團有限公司科技開發課題（編號：721239）

〔編輯：嚴麗琴〕