沉降監(jiān)測技術(shù)在盾構(gòu)隧道下穿京廣鐵路的應(yīng)用

劉仁龍（深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳 518028）

沉降監(jiān)測技術(shù)在盾構(gòu)隧道下穿京廣鐵路的應(yīng)用

劉仁龍?
（深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳 518028）

盾構(gòu)機(jī)目前已廣泛應(yīng)用于各種土建工程領(lǐng)域，盾構(gòu)法隧道施工具有安全、快速、地表沉降小等優(yōu)點(diǎn)，但如何控制建構(gòu)構(gòu)筑、地表沉降是工程的一大難題。沉降監(jiān)測作為信息化施工的主要技術(shù)手段，能夠準(zhǔn)確、及時、迅速、直接地反饋施工。本文介紹了武漢地鐵6號線下穿京廣鐵路沉降監(jiān)測工程實(shí)例，通過下穿前監(jiān)測模擬預(yù)報、試驗(yàn)段監(jiān)測以及下穿時鐵路監(jiān)測等技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到了信息化施工的目的。

沉降監(jiān)測；監(jiān)測技術(shù)；盾構(gòu)隧道；試驗(yàn)段監(jiān)測；下穿鐵路

1 工程概況

本工程位于武漢市軌道交通六號線一期工程鐘琴區(qū)間，兩條隧道需要在列車正常運(yùn)行的情況下通過京廣鐵路漢陽段。列車最高運(yùn)行速度為 300 km/h，采用兩單線布置形式。原設(shè)計要求下穿前應(yīng)采取路基、鐵路加固措施，但由于京廣鐵路武漢段列車流量較大無法進(jìn)行限速，故無法進(jìn)行加固，更增加了下穿難度。本工程鐘琴盾構(gòu)區(qū)間起訖里程為K14+442.578～K14+769.409，總長 326.831 m（218環(huán)）。本區(qū)間為土壓平衡盾構(gòu)法施工，采用維爾特復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。線路最小平面曲線半徑為 350 m，線路最大縱坡3.2‰、最小2‰。區(qū)間最大埋深為 19.51 m，京廣鐵路路堤處覆土27.18 m，最小埋深為 10.58 m。下穿京廣鐵路路堤范圍:YK14+600.000～YK14+644.893，下穿長度: 44.893 m（83環(huán)-113環(huán)），鐵路路堤高出地面約13.4 m，寬約 50 m，隧道結(jié)構(gòu)頂距地面約 18.4 m。

根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》（鐵運(yùn)［2006］146號），結(jié)合武漢地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道施工穿越鐵路線、鐵路站場施工經(jīng)驗(yàn)和控制標(biāo)準(zhǔn)，本區(qū)間穿越鐵路線主要控制指標(biāo)如表1所示。為保證施工中監(jiān)測技術(shù)能夠達(dá)到主要控制指標(biāo)，設(shè)計了監(jiān)測模擬預(yù)報、試驗(yàn)段監(jiān)測和施工監(jiān)測三個階段，以保證施工監(jiān)測的順利實(shí)施和可靠性。

主要控制指標(biāo) 表1

2 下穿前監(jiān)測模擬預(yù)報

通過收集、整理和分析各種地質(zhì)、設(shè)計和現(xiàn)狀調(diào)查、檢測資料，運(yùn)用數(shù)值分析、工程類比和專家評議等多種方法，預(yù)測施工引起既有鐵路京廣鐵路路基和鐵路橋結(jié)構(gòu)的變形，在此基礎(chǔ)上評價鐵路橋結(jié)構(gòu)是否安全，鐵路是否滿足運(yùn)營要求。

? 收稿日期:2016—03—08

作者簡介:劉仁龍（1983—），男，工程師，主要從事軌道交通工程測量工作。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41374011）

圖1　分析結(jié)果圖

本次計算運(yùn)用FLAC2D軟件對隧道施工與鐵路的關(guān)系進(jìn)行模擬分析，如圖1所示。通過對既有軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形計算、分析，可以得出以下結(jié)論:盾構(gòu)區(qū)間隧道下穿京廣鐵路路基和鐵路橋的施工過程中，既有京廣鐵路路基和鐵路橋結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的豎向和橫向變形。其中，軌道的最大豎向變形值為-4.75 mm；路基的最大豎向變形值為-7.53 mm；鐵路橋的最大豎向變形值為-4.21 mm。對照表1，相關(guān)數(shù)值均滿足控制指標(biāo)要求。

3 下穿前試驗(yàn)段地面監(jiān)測

選取部分區(qū)間作為試驗(yàn)段，進(jìn)行了試驗(yàn)性地面監(jiān)測。具體內(nèi)容為地表隆陷監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次/d；，總工作量共計565點(diǎn)·次，完成時間為 16 d（2014-3-21～2014-4-5）。

具體下穿鐵路試驗(yàn)段監(jiān)測范圍為，在原有地表隆陷監(jiān)測第4、5、6斷面基礎(chǔ)上按每 5 m加密8個監(jiān)測斷面，里程為:K14+720（M1斷面）、K14+715（M2斷面）、K14+711（4斷面）、K14+706（M3斷面）、K14+ 691（M4斷面）、K14+K14+686（5斷面）、K14+681 （M5斷面）、K14+676（M6斷面）、K14+671（M7斷面）、K14+666（6斷面）、K14+661（M8斷面），如圖2所示。

圖2　試驗(yàn)段監(jiān)測點(diǎn)平面布設(shè)圖

從日沉降量數(shù)據(jù)分析可得出，盾構(gòu)施工到達(dá)處地表均有不同程度下沉。3月21日～3月25日絕大部分點(diǎn)位下沉在 4 mm內(nèi)，只有M3-4下沉為 7.4 mm。3月26日監(jiān)測數(shù)據(jù)普遍略有上升，上升最大值2.8 mm（M3-2）。3月27日～3月30日監(jiān)測數(shù)據(jù)沒有變化。3月31日監(jiān)測數(shù)據(jù)普遍下沉，下沉最大值4.4 mm（M3-4）。4月1日監(jiān)測數(shù)據(jù)沒有變化。4月 2日～4月4日監(jiān)測數(shù)據(jù)變化較大，尤其是4月4日普遍下沉較大，下沉最大值19.8（M4-4）。4月5日監(jiān)測數(shù)據(jù)下沉較小，最大值 2.3 mm（M4-3）。

從累計沉降量數(shù)據(jù)分析可以得出:由累計沉降量成果表可看出，盾構(gòu)施工到達(dá)處地表累計沉降普遍達(dá)到 30 mm。其中最大值為下沉 40.2 mm（M3-4，4月5日）。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)及分析可知，盾構(gòu)施工到達(dá)處地表均有不同程度下沉。其中3月21日～3月25日、3月27日～4月1日各監(jiān)測點(diǎn)沉降量控制較好。3月26日監(jiān)測數(shù)據(jù)普遍略有上升。4月2日～4月4日監(jiān)測數(shù)據(jù)變化較大，尤其是4月4日普遍下沉較大，下沉最大值 19.8 mm。4月5日監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

可以認(rèn)為，盾構(gòu)施工到達(dá)處地表均有不同程度下沉是必然的，但是可控的。摸清盾構(gòu)機(jī)部件完好狀況，把容易出故障的部件全部更換，結(jié)合試驗(yàn)段地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)和盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)進(jìn)行比對，調(diào)整參數(shù)，控制推進(jìn)速度，勻速推進(jìn)。同步注漿及二次注漿對地表下沉的影響明顯；根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)選擇合理的同步注漿及二次注漿的速度、注漿壓力、注漿材料的配比，達(dá)到控制地面沉降的效果。結(jié)合下穿區(qū)域主要是黏土區(qū)域，粉土自身具有較高的細(xì)顆粒含量，施工時加入適當(dāng)?shù)呐菽愿纳仆馏w的塑流性，調(diào)整泡沫的流量、FER和FIR值。

4 下穿鐵路監(jiān)測

經(jīng)上述模擬監(jiān)測和試驗(yàn)監(jiān)測后，開展了全面的施工監(jiān)測，主要內(nèi)容包括鐵路軌道沉降監(jiān)測，鐵路路基沉降監(jiān)測，鐵路橋沉降監(jiān)測。監(jiān)測頻率定為盾構(gòu)穿越前4次/d、盾構(gòu)穿越中6次/d、盾構(gòu)穿越后4次/d、監(jiān)測人員 24 h待命?？偣ぷ髁?20點(diǎn)·天，完成時間為13 d（2014-5-3～2014-5-15）。

監(jiān)測中布設(shè)的點(diǎn)位包括橋墩沉降監(jiān)測點(diǎn)、路基沉降監(jiān)測點(diǎn)和軌道沉降監(jiān)測點(diǎn)。其中橋墩沉降監(jiān)測點(diǎn)情況為，在橋墩橋臺上布設(shè)4個沉降點(diǎn)，分別編號Q1、 Q2、Q3、Q4。采用鉆孔澆筑埋設(shè)的方法，埋設(shè)L型沉降觀測標(biāo)志。路基沉降監(jiān)測點(diǎn)情況為，沿路基兩肩布設(shè)2個監(jiān)測斷面，共計16沉降監(jiān)測點(diǎn)，分別編號D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8。采用鉆孔澆筑埋設(shè)的方法，在路肩埋設(shè)小棱鏡。軌道沉降監(jiān)測點(diǎn)情況為，沿上下行線布設(shè)2個監(jiān)測斷面，共計20沉降監(jiān)測點(diǎn)，分別編號X1-1、X1-2、X1-3、X1-4、X1-5、X1-6、X1-7、X1-8、X1-9、X1-10、X2-1、X2-2、X2-3、X2-4、X2-5、X2-6、X2-7、X2-8、X2-9、X2-10。采用澆筑的方法，將小棱鏡澆筑軌在枕上，如圖4所示。

圖4　鐵路監(jiān)測點(diǎn)平面布設(shè)圖

圖5　鐵路路基沉降、軌道沉降、橋墩沉降監(jiān)測累計沉降量走勢圖

鐵路路基沉降、軌道沉降、橋墩沉降監(jiān)測累計沉降量數(shù)據(jù)及走勢圖如圖5所示?？梢钥闯觯?月4日盾構(gòu)刀盤到達(dá)鐵路時，鐵路路基、軌道、橋墩均開始下沉。隨著盾構(gòu)推進(jìn)各監(jiān)測點(diǎn)累計沉降量呈現(xiàn)增大趨勢，5 月9日盾構(gòu)刀盤已穿越鐵路，各監(jiān)測點(diǎn)開始穩(wěn)定。5 月4日～5月9日期間，各監(jiān)測點(diǎn)日平均沉降速率最大為 -0.6 mm/d，最大沉降速率為 -1.7 mm/d，路基累計沉降最大值為 -5.9 mm，軌道累計沉降最大值為-4.8 mm，橋墩累計沉降最大值為 -1.8 mm。由上述鐵路各監(jiān)測數(shù)據(jù)、走勢圖數(shù)據(jù)分析可知，盾構(gòu)隧道下穿鐵路的推進(jìn)過程中，各監(jiān)測點(diǎn)均出現(xiàn)了下沉現(xiàn)象，但各監(jiān)測值均未超出監(jiān)測控制值，屬于可控狀態(tài)。

5 結(jié) 論

新建工程與既有鐵路的交叉處是影響鐵路運(yùn)營安全的重要敏感點(diǎn)，監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用對鐵路的運(yùn)營安全、新建工程的施工指導(dǎo)意義重大，做好充分的論證與研究是工程施工的必要前提。

本文介紹了沉降監(jiān)測技術(shù)在盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路的應(yīng)用過程，通過下穿前監(jiān)測模擬預(yù)報、試驗(yàn)段監(jiān)測以及下穿時鐵路監(jiān)測等監(jiān)測技術(shù)在工程實(shí)例中的應(yīng)用，達(dá)到了指導(dǎo)施工的作用，為盾構(gòu)下穿鐵路提供了技術(shù)保障。

［1］鐵運(yùn)［2006］146號.鐵路線路修理規(guī)則.2006［S］.

［2］GB50911-2013.城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］劉祖強(qiáng)，張正祿，鄒啟新.工程變形監(jiān)測分析預(yù)報的理論與實(shí)踐［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.

［4］李林.盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路信息化施工技術(shù)研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2006.

［5］連長江.城市地鐵隧道盾構(gòu)施工產(chǎn)生的地層沉降分析［J］.廣東建材，2007（2）：46～47.

Application of Settlement Monitoring Technology in Beijing Guangzhou Railway in the Shield Tunnel Under

Liu Renlong
（Shenzhen Geotechnical Investigation&Surveying Institute，Shenzhen 518028，China）

Shield machine has been widely used in various civil engineering fields.It has the advantages of safe，rapid，and small ground settlement in shield tunneling construction.But how to control the construction and surface settlement is a major problem.Settlement monitoring as the main technical means of information construction，can be accurate，timely，rapid and direct feedback construction.This paper introduces the Wuhan Metro Line 6 wear Jingguang Railway Settlement Monitoring Project，the wear monitoring application of simulation and forecast，test segment monitoring wear railway monitoring technology，to achieve the purpose of information construction.

settlement monitoring；monitoring technique；shield tunnel；test section monitoring；under railway

1672-8262（2016）02-125-04中圖分類號：P258，TU196.2

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