地鐵隧道下穿既有線風險監(jiān)測分析

蔡少輝

（核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

作為城市人口流動的運輸工具，地鐵的運輸能力是公共汽車的好幾倍，而且基本在地下有專用軌道運行，不會受外界環(huán)境的影響，速度快，到站點也比較準時。地鐵的建設(shè)提高了城市的運輸能力，加大了城市輻射的運行速度，加速城市各個區(qū)域內(nèi)的彼此溝通，進而帶動城市主城區(qū)與周邊區(qū)域的經(jīng)濟，也減輕了主城區(qū)的壓力。地鐵不僅加快樂整個城市的節(jié)奏，對彼此區(qū)域的發(fā)展平衡起到很大的推動作用，而且還可以帶動地鐵站附近商業(yè)圈和居民區(qū)。地鐵線路縱橫交錯，有換成站、線路的互穿，而且各條線路不是一次性建成，要分好幾批來建設(shè)。這樣新線路就要下穿或者側(cè)穿既有線，在下穿區(qū)間對既有線將產(chǎn)生一定的影響。為確保既有線的安全運行，在這期間對既有線的變形監(jiān)測就顯得尤為必要。尤其是對既有線隧道結(jié)構(gòu)沉降、水平位移、道床軌道軌距等項目進行監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析研究，以便提出可行的意見和建議。該文以烏魯木齊地鐵2 號線二期下穿1 號既有線為例，對隧道下穿期間的既有線進行變形監(jiān)測，為既有線的安全運行提供了必要數(shù)據(jù)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

國際機場站～T4 航站樓站區(qū)間臨近既有線1 號線，線路出國際機場站后與既有1 號線直線并行一段之后，以S=450 彎折向東北方向延伸，線路下穿既有1 號線和機場辦公區(qū)建筑樓群，向北敷設(shè)下穿機場第一跑道之后到達T4 航站樓站。區(qū)間右線起終點里程：YDK33+057.598～YDK36+745.926，總長3688.328m（左線起終點里程：ZDK33+057.598～ZDK36+745.926，長鏈36.808m，短鏈37.634m，總長3687.502m）。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)主要地層由第四系上更新洪積圓礫、卵石構(gòu)成，場地地表普遍分布厚度不均的人工填土[1]。本場區(qū)范圍僅在強降雨時短時間內(nèi)在地面有少量地表徑流，但會迅速經(jīng)市政雨水管排走，夏季綠化帶中常見綠化灌溉用水。勘察期間勘探深度70m 范圍內(nèi)未見地下水。

2 施工監(jiān)測內(nèi)容及要求

2.1 監(jiān)測項目

由于區(qū)間隧道離既有地鐵線過近，區(qū)間隧道開挖帶來的形變會影響既有地鐵的結(jié)構(gòu)安全，導(dǎo)致既有地鐵結(jié)構(gòu)開裂，引起地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水。如果形變過大，會導(dǎo)致既有地鐵軌道結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，今而導(dǎo)致列車出軌，嚴重影響既有地鐵的運營安全。因此，保障工程自身圍護結(jié)構(gòu)及臨近的既有結(jié)構(gòu)安全是該工程的監(jiān)控重點。隧道下穿既有線期間采用測量機器人自動監(jiān)測技術(shù)方法，實時對機構(gòu)可能產(chǎn)生的變形因素進行監(jiān)測。主要的監(jiān)測項目包括隧道道床結(jié)構(gòu)沉降、水平位移、軌道軌距形態(tài)。

2.1.1 隧道道床結(jié)構(gòu)沉降

隧道道床結(jié)構(gòu)在新線路下穿時會產(chǎn)生一定的變形，變形會使兩條鐵軌發(fā)生傾斜，為火車通行埋下安全隱患，對隧道道床結(jié)構(gòu)的風險監(jiān)測是地鐵安全的主要指標之一。通過對結(jié)構(gòu)沉降進行監(jiān)測分析，可以判斷結(jié)構(gòu)沉降是否在規(guī)范要求的范圍內(nèi)、變形值過大要不要預(yù)警等。

2.1.2 道床水平位移

道床水平位移主要是兩條鐵軌在水平方向變形，如果水平位移變形過大，會使火車脫軌，發(fā)生安全事故，對道床水平位移的風險監(jiān)測是地鐵安全的主要指標之一。水平位移主要是監(jiān)測兩條鐵軌在水平方向的變形值，通過對水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，判斷水平方向的變形值是否在規(guī)范要求的范圍內(nèi)、變形值過大要不要預(yù)警等。

2.1.3 軌道軌距形態(tài)

軌道軌距形態(tài)變形主要是兩條鐵軌變形不一致，會使火車產(chǎn)生顛簸，嚴重時會使火車脫軌，發(fā)生安全事故，對軌道軌距形態(tài)風險監(jiān)測也是地鐵安全的主要指標之一。通過對軌距的監(jiān)測分析，可以判斷兩條斷軌道在水平及豎直方向影響情況下，產(chǎn)生的變形是否在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，變形值過大要不要預(yù)警等。

此三項監(jiān)測頻率與周期為：監(jiān)測施工關(guān)鍵期，1 次/30分鐘；一般施工狀態(tài)，1 次/2 小時。

2.2 監(jiān)測點布設(shè)

該既有線路結(jié)構(gòu)監(jiān)測點布置按相關(guān)規(guī)范要求進行。隧道水平位移：監(jiān)測點布置為沿地鐵線路方向，共布設(shè)了25個監(jiān)測斷面，50 個水平位移點；結(jié)構(gòu)沉降：結(jié)構(gòu)沉降與隧道水平位移同點位；道床沉降：監(jiān)測點布置為沿地鐵線路方向，共布設(shè)了25 個道床沉降點；軌道靜態(tài)幾何尺寸：軌道靜態(tài)幾何尺寸檢查點布置位置與道床沉降監(jiān)測斷面對應(yīng)，共布設(shè)了25 對軌道靜態(tài)幾何尺寸監(jiān)測點。

2.3 監(jiān)測方法

2.3.1 沉降監(jiān)測方法

對地表、地下管線的沉降監(jiān)測采用水準測量方法，使用Trimble DINI03 電子水準儀觀測。以穩(wěn)定區(qū)域的3 個地鐵精密水準點為基準點，為方便觀測，各監(jiān)測對象以遠離區(qū)間結(jié)構(gòu)影響范圍為相對穩(wěn)定位置布設(shè)工作基點，以便于現(xiàn)場作業(yè)，以基準點及工作基點為起算布設(shè)閉合水準路線，將監(jiān)測點納入其中，基準網(wǎng)及監(jiān)測網(wǎng)分別按《工程測量規(guī)范》（GB50026—2007）監(jiān)測技術(shù)要求觀測。

2.3.2 既有線監(jiān)測方法

既有線隧道結(jié)構(gòu)沉降、凈空收斂、水平位移、變形縫兩側(cè)差異沉降、道床沉降等監(jiān)測項目采用全站儀自動化監(jiān)測。自動變形監(jiān)測系統(tǒng)由以下幾部分組成，分別為基準點、工作基點、變形點和全站儀及控制計算機房。

基準點：在工程變形區(qū)以外，需要建至少兩個穩(wěn)定的基準點。

工作基點：直接用于監(jiān)測變形點的工作基準點，其坐標為已知。

變形點：根據(jù)實際監(jiān)測需要，在變形體上若干個特征部位選擇變形監(jiān)測點，在每個選取的監(jiān)測點上安裝有強制對準監(jiān)測站的棱鏡[2]。

全站儀：該次選用的是徠卡TS15 測量機器人，其標稱測角精度為0.5″，測距精度為（0.5mm+1×10-6×D）。全站儀配有馬達驅(qū)動，在望遠鏡中安有同軸自動目標識別裝置，經(jīng)過學(xué)習(xí)后能自動瞄準普通棱鏡進行測量。該全站儀有電子氣泡精確整平儀器系統(tǒng)，具有自動補償器裝置，提高了儀器整平精度，進而提高了全站儀的觀測精度。數(shù)據(jù)傳輸用通信電纜或數(shù)據(jù)電臺與計算機連接，并由計算機存貯，除了自動觀測外還可以由計算機在線控制全站儀監(jiān)測。

計算機機房：計算機房是用來觀察和控制監(jiān)測全站儀的場所。計算機機房設(shè)置在辦公區(qū)域，有較好的供電良好及網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域等條件。機房內(nèi)的計算機通過通信電纜或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)電臺和全站儀相聯(lián)，在控制機房能實時了解監(jiān)測站全站儀的運行情況[3]。

對軌道軌距、水平的靜態(tài)幾何尺寸使用軌道尺。對軌道高低監(jiān)測，采用全站儀碎部點監(jiān)測軌道上監(jiān)測點高程對比。

3 成果分析

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

國際機場站～T4 航站樓站區(qū)間（既有1 號線）典型數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析見表2。

由表1 分析可知，國際機場站～T4 航站樓站區(qū)間（既有1 號線）各項監(jiān)測點變形趨于-1mm～+1mm，無監(jiān)測預(yù)警，總體風險可控。

表1 監(jiān)測特征數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3.2 隧道結(jié)構(gòu)沉降、水平位移及軌道軌距變形分析

國際機場站～T4 航站樓站區(qū)間試驗段側(cè)穿既有1 號線，選取道床結(jié)構(gòu)沉降、水平位移及道軌距變形等3 項最主要的變形進行分析，從各項監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知，該次下穿時各項監(jiān)測數(shù)據(jù)變形值及變形速率均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，不會對既有線的運營產(chǎn)生影響。

3.2.1 道床結(jié)構(gòu)沉降

隧道下穿既有1 號線時對隧道道床結(jié)構(gòu)進行沉降監(jiān)測，共選取了2 個沉降變形較大點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，監(jiān)測點最大變形曲線如圖1 所示。DCJ-25-03 點累計變形值最大為-1.04mm，小于控制值±10mm。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，隧道下穿期間道床結(jié)構(gòu)的沉降量非常小，在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

圖1 道床結(jié)構(gòu)沉降時程曲線

3.2.2 道床水平位移監(jiān)測

隧道下穿既有1 號線時對隧道結(jié)構(gòu)水平位移進行監(jiān)測，左線選取了2 個變形較大點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，監(jiān)測點最大變形曲線如圖2 所示。累計變形值最大為JGS-28-01 點8月26 日-3.66mm，此時隧道正好下穿左線，完成下穿后有所回彈，逐漸趨于穩(wěn)定。右線選取了2 個變形較大點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，監(jiān)測點最大變形曲線如圖3 所示。累計變形值最大為JGS-62-01 點8 月23 日+3.44mm，完成下穿后變形逐漸趨于穩(wěn)定。左、右線水平位移最大變形量均小于控制值±10mm，在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

圖2 左線隧道結(jié)構(gòu)水平位移時程曲線

圖3 右線隧道結(jié)構(gòu)水平位移時程曲線

3.3.3 軌道軌距變形監(jiān)測

隧道下穿既有1 號線軌道軌距變形量為-1mm～1mm，延軌道方向高低變形為-1mm～2mm，小于規(guī)范要求的控制值±7mm，其監(jiān)測點最大變形曲線如圖4 所示。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判定，下穿期間對既有地鐵軌道受施工影響較小，屬于正常變形。

圖4 軌道軌距變形時程曲線

4 結(jié)語

烏魯木齊機場改擴建市政配套工程（軌道交通2 號線二期）區(qū)間1 號豎井-盾構(gòu)出土孔下穿既有1 號線開挖掌子面地層為卵石層，地層膠結(jié)度較好，施工單位嚴格按設(shè)計施工，地表、管線、既有1 號線各項監(jiān)測數(shù)據(jù)正常。

區(qū)間1 號豎井-盾構(gòu)出土孔左線大里程正在下穿既有1號線左線隧道，目前既有1 號線隧道左側(cè)結(jié)構(gòu)沉降與右側(cè)結(jié)構(gòu)沉降的差異沉降約為1.5mm，道床沉降約為-1.5mm。建議施工單位對初支背后注漿，并在注漿期間增加既有1 號線隧道自動化監(jiān)測頻率。