地鐵隧道下穿既有線對線路結構變形影響的研究

蓋忠奎，江春建

（河北建設勘察研究院有限公司，石家莊050031）

1 引言

隨著城鎮化的迅速發展，新建地鐵下穿既有線路的狀況不斷增多，地鐵隧道施工會對原有鐵路結構造成影響，工程建設中不僅要使新建地鐵處在安全狀態，同時還要確保不會對原有線路結構產生較大影響[1]。本文選取某市軌道交通工程1號線張營停車場—西王站區間下穿既有鐵路為研究對象，對既有鐵路線的軌道、路基、橋梁等結構進行監測，并對監測數據進行分析從而對既有地鐵的結構是否處于安全狀態做出判斷。

2 研究方法

通過文獻查閱，總結前人有關地鐵穿越既有線監測方面的研究成果，分析研究中存在的問題，提煉自己的觀點。借鑒相關理論研究變形的機理、破壞模式，分析變形、破壞產生的原因以及影響其沉降變形的主要因素[2]。

利用相應的儀器（全站儀、水準儀）采集地面路基沉降、軌道沉降、橋墩沉降等數據，并對監測數據進行分析從而對既有鐵路的結構是否在安全的范圍內做出相應的判斷[3]。

3 地鐵隧道施工對既有鐵路的影響

既有線路的軌道結構非常復雜，道床產生的形變以及鐵路線路表面的不平順則是地鐵隧道下穿既有鐵路造成的2個主要影響及損害。既有鐵路的道床組成材料主要是以碎石為主，在列車產生的負荷下，軌道枕木與道砟之間相互接觸，會對道砟變形量大小產生較大的影響。地鐵隧道的下穿可能會使路基發生沉降，列車運行時不同應力作用下，軌道會發生橫向或縱向的變形。

4 工程實例

4.1 工程概況

本文以某市地鐵1號線張西區間為研究對象，對其進行安全監測，區間總長度約905.9m，區間向下穿越中山西路及位于其南側的綠地，向南繞行鐵路橋并下穿鐵路路基段，區間頂覆土約4.0～10.0m。

4.2 監測內容及使用儀器

根據業主委托對地鐵1號線下穿既有鐵路結構、橋梁進行安全監測。觀測所用儀器為徠卡DNA03數字水準儀（S05級）。

4.3 監測實施及數據分析

變形監測工程較為復雜，根據某市地鐵1號線張西區間

的現場實際情況，考慮周邊環境情況，監測的內容主要有路基沉降、軌道沉降、橋墩沉降等。

4.3.1 監測實施

路基沉降測點埋設：為了使路基的沉降觀測點不遭到壓力的作用，監測點的標志采用窖井的形式，監測點的布置要與地面保持水平，并不能影響道路的正常通行。

軌道沉降測點埋設：為保護鐵路軌道安全狀態不受監測影響，選取軌道扣軌的帽釘作為監測點。監測點應選在帽釘突出的位置，測點應標記清晰，方便保存。

高架橋墩沉降測點埋設：地鐵隧道穿越既有鐵路位置處左右兩側橋墩上各布置2個觀測點，檢測儀器用特定的膠粘到橋墩布置測點上。

監測方法：上述監測項目均使用電子水準儀和因瓦尺進行觀測，利用幾何水準的測量方法進行觀測，所使用儀器經具有相應資質的儀器檢定單位鑒定合格并在檢定有效期內使用。

4.3.2 數據處理分析

在外業測量結束后，用U盤將數據傳輸到計算機，確認無誤后利用相關軟件進行平差計算，從而得到測點高程。本文選取軌道沉降、路基沉降、橋墩沉降監測項目進行數據分析。

1）軌道沉降。從2014年11月7日開始監測，截至2015年3月3日，共監測鐵路軌道沉降點33個，監測1 220次。累計沉降最大點為G2-04，沉降值為29.97mm，變形速率為0.23mm/d，軌道監測點沉降數據變化穩定，變化曲線如圖1所示。

圖1軌道沉降點監測變化曲線

2）路基沉降。2014年11月7日開始監測，截至2015年3月3日，共監測路基沉降點8個，監測768次。累計沉降最大點為Q13，累計變化值為1.48mm，變形速率為0.01mm/d，沉降監測點數據變化穩定，變化曲線如圖2所示。

3）橋墩沉降。2014年11月7日開始監測，截至2015年3月3日，共監測框架橋橋墩沉降點8個，監測769次。累計沉降最大點為Q12，沉降值為1.73mm，變形速率為0.01mm/d，框架橋橋墩沉降數據變化穩定，變化曲線如圖3所示。

圖2鐵路路基沉降監測點變化曲線

圖3橋墩沉降變化曲線

通過數據分析及現場巡視情況可知軌道沉降、路基沉降、橋墩沉降監測項目在整個地鐵隧道施工過程中，數據變化較穩定，沒有異常數據出現，分析主要原因為隧道支護采用復合襯砌形式。另外，隧道的開挖方式采用了臺階法，先開挖上部土體，開挖后馬上進行初次支護，并且在開挖過程中禁止超挖，隨挖隨支護。當初次支護施工完畢穩定后應及時施工二次襯砌。在施工時加強地下隧道施工中的監控量測，并將得到的數據及時進行分析并實時反饋結果。

以上采取的措施對隧道自身結構的穩定和既有鐵路結構的安全起著關鍵的作用，通過監測數據分析，能夠預判變形的趨勢，從而達到監測的預期效果。

5 結語

本文結合工程實例，利用當前國內常用的監測方式，對地鐵隧道下穿既有鐵路線區間進行了沉降監測及監控研究，并對監測數據進行分析，對危險事故進行較為及時和確切的預警和報告。