自動監(jiān)測系統(tǒng)在盾構(gòu)下穿既有鐵路路基工程中的應(yīng)用

摘 要：在地鐵盾構(gòu)隧道穿越既有鐵路線路工程的施工過程中，對既有鐵路線路實施變形監(jiān)測是確保鐵路運營安全的重要措施之一。文章以長春地鐵1號線盾構(gòu)下穿長春火車站站場實施自動監(jiān)測為例，分析了自動監(jiān)測系統(tǒng)的特點，研究了自動監(jiān)測系統(tǒng)在盾構(gòu)下穿鐵路監(jiān)測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地鐵；盾構(gòu)隧道；下穿；沉降；自動監(jiān)測

為解決城市交通的擁堵問題，我國正在進行大規(guī)模的地鐵建設(shè)，地鐵建設(shè)穿越既有線路或鐵路線路已不可避免。然而，在盾構(gòu)施工過程中不可避免地對地層產(chǎn)生擾動，可能引起地表路基及周邊建筑物變形或沉降。因此，在新建地鐵的施工中，必須保證既有線路及既有鐵路線路的安全運營，使得盾構(gòu)施工面臨著極大的技術(shù)難度和安全風險。伴隨隧道施工發(fā)展的監(jiān)控量測技術(shù)的應(yīng)用，為確保盾構(gòu)隧道施工的安全提供了外部保障，通過對路基及建筑物沉降的進行觀測，分析和監(jiān)測路基及建筑物的沉降情況，當發(fā)現(xiàn)有異常沉降時，可及時分析原因、采取措施，保證鐵路的運營安全以及工程周圍建筑的安全和正常使用。然而傳統(tǒng)的監(jiān)測方法在信息獲取與處理的及時性、有效性方面還存在著很大的不足，特別是運營鐵路線路，無法時時對鐵路線路進行監(jiān)測，只能對鐵路線路的沉降進行遠程自動監(jiān)測。

1 工程概況

長春地鐵1號線長春火車北廣場站至長春火車南廣場站盾構(gòu)區(qū)間右線起始里程K15+347.072，終點里程K15+810.2，右線長460.887m，左線長445.152m。下穿位置位于曲線段，曲線半徑380m。連續(xù)穿越鐵路火車站北廣場樞紐、南北通道、北站房，哈大客專雨棚，鐵路22股道（9條客專，13條普客）、火車站臺、南站房、站前廣場等構(gòu)筑物。既有線路均為碎石道床，1～9股道為哈大高鐵線路，10～22股道為普通股道，其中地鐵盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)穿越段位于碎石道床范圍。線路埋深約為24～25m。

2 自動監(jiān)測系統(tǒng)的組成及特點

本工程采用基于液力測量的路基沉降變形自動監(jiān)測系統(tǒng)進行鐵路路基沉降的自動監(jiān)測。自動監(jiān)測主要是通過對建立的實時自動監(jiān)測系統(tǒng)，對關(guān)鍵監(jiān)測點進行實時自動監(jiān)測，實現(xiàn)自動采集、遠程傳輸、實時分析和預(yù)警預(yù)報，為相關(guān)單位及時提供監(jiān)測結(jié)果。實時自動監(jiān)測系統(tǒng)主要有現(xiàn)場監(jiān)測站、無線通訊網(wǎng)絡(luò)和主監(jiān)測中心組成（如圖1所示）?，F(xiàn)場監(jiān)測站負責自動采集監(jiān)測范圍內(nèi)所有測點的變形情況，并自動將采集數(shù)據(jù)傳輸給主監(jiān)測中心；無線通訊網(wǎng)絡(luò)負責現(xiàn)場監(jiān)測站和主監(jiān)測中心之間的數(shù)據(jù)通信，主要采用移動通訊GSM的GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)方式進行數(shù)據(jù)通信；主監(jiān)測中心負責現(xiàn)場監(jiān)測站所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動接受、匯總、存儲、分析和預(yù)警預(yù)報，并對現(xiàn)場監(jiān)測站的采集方式進行控制。與主監(jiān)測中心相連的分中心授權(quán)用戶可按照用戶權(quán)限查詢監(jiān)測結(jié)果；對監(jiān)測結(jié)果按黃色、橙色和紅色三級預(yù)警進行管理，黃色預(yù)警為控制值的70%，橙色預(yù)警為控制值的85%，紅色預(yù)警為達到控制值。

3 監(jiān)測點的布設(shè)及監(jiān)測要求

根據(jù)設(shè)計文件以及現(xiàn)場的具體情況分析，地鐵施工對路基變形的主要影響區(qū)域內(nèi)。按設(shè)計要求鐵路軌道監(jiān)測范圍為以兩隧道中心為基點，量測各27m，總寬度為54m。對于其范圍內(nèi)建筑物影響應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式布設(shè)傾斜和沉降觀測點。在站臺與最邊緣軌道間布置自動沉降點，共布設(shè)16排監(jiān)測點。其中每條測線布置7個測點，一個基準點，點位布置以兩條地鐵隧道的中心線的中線為中心，分別向兩側(cè)布置，測點間距為：測點-11m-測點-8m-測點-8m-測點（中心點）-8m-測點-8m-測點-11m-測點-基準點。16條監(jiān)測線共布設(shè)112個路基沉降自動監(jiān)測點，16個基準點。

既有線自動監(jiān)測地鐵1號線施工前一周，完成各測點傳感器和監(jiān)測儀器的安裝調(diào)試，建立自動監(jiān)測系統(tǒng)，開始采集數(shù)據(jù)，獲取既有鐵路線路狀態(tài)的基礎(chǔ)值。在施工期間，自動監(jiān)測系統(tǒng)每20分鐘（視列車運行情況而定）采集一次數(shù)據(jù)，每2小時自動形成一份監(jiān)測結(jié)果報表；在非施工期，每2小時采集一次數(shù)據(jù)，每天自動形成一份監(jiān)測結(jié)果日報表。地鐵施工完成后至少6個月，仍然要保持監(jiān)測；確定地層變形收斂完成后，方可解除監(jiān)測，否則應(yīng)延續(xù)監(jiān)測并采取措施。

4 結(jié)語

盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路線路時，必須保證監(jiān)測能夠準確并及時反映既有線路的工作狀態(tài)。長春地鐵1號線在下穿既有鐵路的區(qū)間盾構(gòu)隧道施工中，采用高精度的遠程自動化實時監(jiān)測系統(tǒng)，對既有鐵路線路路基的變形和運營安全進行實時監(jiān)測和反饋，通過監(jiān)測工作的實施，可掌握地鐵下穿長春站工程施工對既有鐵路的影響程度，了解盾構(gòu)掘進施工過程中地面鐵路線路路基的動態(tài)變化，及時發(fā)現(xiàn)影響鐵路正常運營的安全隱患，為地鐵建設(shè)單位和鐵路運營單位提供準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息，用監(jiān)測成果調(diào)整設(shè)計并指導施工，為軌道防護和運營安全提供有效參考依據(jù)。通過自動監(jiān)測系統(tǒng)進行沉降監(jiān)測，最大程度地降低了監(jiān)測與運營的相互影響，為保證既有鐵路運營安全和地鐵盾構(gòu)隧道的施工提供了科學的依據(jù)。

參考文獻

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作者簡介：榮星星（1989- ），男，山西太原人，中鐵三局第四工程有限公司，助理工程師、工程部技術(shù)主管，研究方向：地鐵的建設(shè)與管理。