市政天然氣管網下穿既有京津城際鐵路施工監測研究

郭 輝

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162）

0 引言

北京市通州區天然氣管網下穿京津城際鐵路工程為鄰近鐵路施工工程。基坑開挖和頂管頂進過程中，會引起基坑周邊地層的不均勻位移，并會對臨近建筑的安全構成威脅，可能會導致土體位移、橋墩變形等，為保證鐵路營業線及施工安全，在施工過程中必須采取相應的監控措施[1]。

基于此，以北京市通州區天然氣管網下穿京津城際鐵路施工項目為例，對市政天然氣管網下穿既有京津城際鐵路施工監測展開研究，通過安全監測、安全巡視和安全狀態警戒，較全面地掌握施工工點的施工安全情況，對施工過程實施全面監控和有效地控制與管理。

1 工程概況

通州區市政天然氣管網項目位于京津城際高鐵亦莊站至永樂站之間。天然氣管道在京津城際高鐵涼水河特大橋125#～126#橋墩之間通過，管道中心線與京津城際高鐵中心線交叉處鐵路里程為K42+456.66，交角為68°。京津城際高鐵為雙線電氣化鐵路，直線區段，鐵路呈南北走向，自西向東分別為京津城際高鐵上行線和下行線，線間距為5.0m。京津城際高鐵上、下行線均為無砟軌道，區段以橋梁形式通過，縱坡為1.0‰上坡。該處橋梁為簡支箱梁，橋墩采用圓端形墩及矩形承臺，橋墩基礎均采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.0m。燃氣管道保護涵采用一孔內徑2.8m圓管涵。管涵兩端均位于鐵路安全保護區范圍以外（按橋梁投影兩側各20m范圍控制），總長65.8m。

2 監測方案與預警方案設計

2.1 監測點布設

2.1.1 監測基準點布設

監測基準點布設涉及自動化監測基準點和人工復核監測基準點的布設。

（1）自動化監測基準點：該工程使用自動化監測設備進行監測，計劃在施工工程影響區以外，在京津城際鐵路123號橋墩上布置監測基準點；

（2）人工復核監測基準點：該工程采用自動化監測設備進行監測，為保證數據的準確性，在位移變化超過預警值時或變化值呈明顯變化趨勢時，再進行人工復核。

人工復核監測基準點分為豎向位移基準點和水平位移基準點，點位布設原則為：點位需穩定、可靠，便于觀測，且與測區距離適當。其中橋墩豎向位移監測基準點，計劃在施工工程影響區以外，在123號橋墩、128號橋墩上各布置2個監測基準點，共計4個基準點位，并在周圍設立警示標志。橋墩水平位移監測基準點，計劃在兩側施工工程影響區以外堅固位置上各布設水平位移基點3個，兩側共計6個監測基準點，并在周圍設立警示標志[2]。

2.1.2 監測點布設

（1）自動化監測測點布設，包括橋墩豎向位移監測，本次監測擬定在每個橋墩墩身布設一個測點，監測范圍為124#橋墩～127#橋墩，共計4個監測點，還有橋墩水平位移監測，本次監測擬定在每個橋墩墩身布設一個測點，監測范圍為124#橋墩～127#橋墩，共計4個監測點；

（2）人工復核監測測點布設，包括橋墩豎向位移監測，計劃在124#～127#橋墩上，每個橋墩布置4個監測點，共計16個監測點，并在周圍設立警示標志。還有橋墩水平位移監測，計劃在124#～127#橋墩上，每個橋墩布置2個監測點，共計8個水平位移監測點，并在周圍設立警示標志。測點布置見圖1。

圖1 測點布置圖

2.1.3 監測點布置形式

（1）自動化監測：橋墩監測點布置橋墩豎向位移監測點與橋墩水平位移監測點布置方式一致，本次測點布置位置為橋墩墩底，固定方式為采用結構膠水將傳感器粘貼在橋墩墩底。在粘貼之前，用砂紙打磨粘貼面，清理浮灰后，再進行固定，在監測任務全部結束后，拆除傳感器。

（2）人工監測：橋墩豎向位移監測點布置，為減小對橋墩損害，該工程橋墩豎向位移人工復核監測點布置方式擬采用粘貼式沉降釘，使用結構膠將沉降釘固定在橋墩上，如橋墩上既有測點并符合方案要求，則使用既有測點；橋墩水平位移監測點布置，為減小對橋墩損害，該工程橋墩水平位移監測點布置方式采用L型直角棱鏡使用結構膠固定在橋墩距地面3m左右位置處。如橋墩上既有測點并符合方案要求，則使用既有測點。

2.1.4 監測點保護措施

在沉降監測、位移監測工作中，監測點的保護工作至關重要，監測點的保存完好與否直接關系到監測數據的真實性與準確性，所以對于監測點的保護工作不容疏忽，做好監測點保護工作。

（1）監測點主要安裝在橋墩四周，容易接觸到，在實施過程中需加強巡視；

（2）監測點在布設過程中盡量選擇不易被擾動，觀測面廣的地方布設，這樣既利于監測點的保護又能便于觀測；

（3）定期檢查基準點有無變動，如有變動要及時處理，以免影響觀測數據的真實性；

（4）如有監測點不慎被破壞，及時處理，以便于測量工作的順利進行[3]。

2.2 監測頻率設定

根據設計說明及相關規范要求，監測工作應貫穿于工程施工全過程，施工前鐵路、監理等相關部門在場的情況下，完成監測標和監測儀器的安裝調試工作，具體監測頻率要求：

（1）施工準備期間預觀測一周，采集首期觀測值；

（2）施工期間1次/2h；

（3）竣工1個月內，4次/d；

（4）竣工1個月后，根據監測數據分析，若變形趨于穩定，變形速率不大于0.5mm/月，達到停測標準，否則應繼續監測直至變形穩定[4]。

2.3 監測預警方案與預警值設計

2.3.1 監測預警值設定

考慮到鐵路運營的安全性，設置一定的安全系數。具體預警值的設定見表1。

表1 預警級別及預警值控制表

2.3.2 變形變化判定標準

因為測量工作中誤差不可避免，所以監測項目的位移變化判定應結合各項指標統一確定。判定規則為：

（1）單日變化是否超限，應根據連續2d的監測數值分析判斷，如果呈現明顯變化趨勢且均超限，則判定為單日超限；

（2）累積變化是否超限應根據當前累積變化值確定，如果呈現出明顯趨勢且超限，則判定為累積超限；

（3）預警、報警信息應綜合各項監測指標數值確定，并且采用必要的復核，確認無誤后啟動預警、報警程序。

2.3.3 預警機制處理

超出黃色預警值情況處理：進行數據自查工作，校核監測數據，上報施工及監理方，具體處理措施為：

（1）檢查測量數據：首先聯測沉降觀測的起算點，檢查起算點是否有變動，然后將突變較大的觀測點進行重測，確定測量數據無誤；

（2）觀察現場情況：觀察現場鐵路橋梁監測對象是否受到影響，如橋梁是否有新的裂痕、橋墩是否有傾斜的趨勢等現場情況，加以記錄，采用數碼相機進行拍照，及時反映給鐵路、監理等相關單位。

3 監測數據分析與成果上報

3.1 監測數據分析

3.1.1 數據處理要求

監測數據計算和處理滿足相應規范要求。人工測量數據采用設備自動記錄方式，對測量數據進行平面和高程平差計算，平差計算時滿足相應等級精度要求，并進行復核計算。計算合格后填入相應監測報表，生成變化圖形，便于分析。

由于該工程地面距墩頂較高，考慮到監測點布置的便捷性以及不必要的資源浪費，本次鐵路橋墩水平位移監測點布置位置為地面以上3m左右位置，具體測量方法如下：首先使用全站儀對橋墩地面到測點的高度h進行測量，再對地面至墩頂的高度H進行測量，實際測得橋墩位移d，根據三角形定理得出墩頂位移L=Hd/h墩頂位移由于地面至墩頂的高度H地面到測點的高度h均為定值，所以兩數相除亦為定值，計算簡便，將測得測點位移與定值相乘即可。三角原理示意圖見圖2。

圖2 三角原理示意圖

3.1.2 數據處理分析

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。

（1）數據采集：通過現場監測取得的數據和與之相關的其它資料的搜集、記錄等，將量測值自動傳輸到數據庫管理系統；

（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相應報表；

（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。

繪制時間位移曲線散點圖和距離位移曲線散點圖，如果位移的變化隨時間而漸趨穩定，說明橋墩處于穩定狀態，平衡系統是穩定、可靠的。在圖中的反常曲線中，出現了突變點，這說明位移出現反常的急驟增長現象，表明橋墩平衡系統已呈不穩定狀態，應立即采取相應的工程措施。在出具報告時，應根據散點圖的數據分布狀況，對監測結果進行分析，并根據最大位移值、變化趨勢等，對施工過程中對在橋墩造成的影響做出結論。

3.1.3 信息處理與反饋

施工過程中應進行監控量測數據的實時分析和階段分析：

（1）實時分析，每天根據監測數據及時進行分析，發現工程結構、周邊環境等變形、受力異常時，應第一時間告知各參建單位相關監測信息，為施工決策和方案優化提供科學依據；

（2）階段分析，按階段總結監控量測數據的變化規律，對結構平衡狀態進行評價，提交階段分析報告，指導后續施工。根據監測數據分析成果及時進行監控量測信息反饋，對工程結構、周邊環境被監測對象的安全狀態進行合理、科學評價，并提出相應的工程對策與建議。

3.2 成果上報

3.2.1 反饋信息內容

（1）測量信息：監測項目、測點布置圖、監測數據分析說明、監測成果報表、監測時程變化曲線圖等，根據相關單位要求可以提供相應成果資料；

（2）巡視信息：主要包括施工現場環境巡視信息、儀器設備狀態巡視信息和鐵路巡視信息，成果主要為巡視成果表、巡視照片等。

3.2.2 反饋信息上報

（1）日報：每天的監測情況（量測信息）當天反饋到管理單位、業主、監理及其他相關單位；

（2）急報：如遇量測數據異常及險情，以緊急報告或異常報告的形式向設備管理單位、業主、監理、設計等有關單位匯報，以指導施工現場是否啟動應急預案；

（3）巡視報告：監測單位分定期（按時報送周報、月報）及不定期（項目突發事件的及時報送）；

（4）總結報告：監測期結束后一個月內，向業主及相關單位提供監測技術總結報告。

4 結束語

本文通過對北京市通州區天然氣項目下穿京津城際鐵路工程監測工作的實施，掌握了下穿工程施工對既有鐵路線路的影響程度，及時發現了影響鐵路正常運營的安全隱患，為鐵路運營和建設單位提供準確的監測數據和信息，為后續工程施工工藝、工序安排提供參考數據；對施工過程實施全面監控和有效地控制與管理，可以確保既有鐵路安全平穩的運行。