明挖基坑橫穿對(duì)運(yùn)營(yíng)高鐵安全保護(hù)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

朱茂國(guó) 何曉輝

摘 要：以哈大高鐵受臨近地鐵基坑施工影響所產(chǎn)生的形變分析預(yù)測(cè)為前提，結(jié)合兩者現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況開展高鐵保護(hù)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)，同時(shí)，提出幾條監(jiān)測(cè)注意要點(diǎn)，希望對(duì)類似監(jiān)測(cè)工程提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：高鐵；監(jiān)測(cè)；方案設(shè)計(jì)；實(shí)施要點(diǎn)

Abstract： With Harbin High-speed Rail near subway foundation pit construction influence produced by the deformation analysis to predict the premise， in combination with the practical situation of the field construction to carry out high-speed protection monitoring scheme design， at the same time， puts forward several monitoring points， hope to provide reference for similar engineering monitoring.

Keywords： High-speed rail； Monitoring； Monitoring design； The point of implementation

引言

明挖基坑施工的開挖過程會(huì)引起基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移形變和坑底隆起回彈，擾動(dòng)周邊土體從而改變周邊土體初始應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定的形變影響，而高鐵路基及線路設(shè)備變形控制標(biāo)準(zhǔn)極其嚴(yán)格，變形超標(biāo)且處理不當(dāng)可能影響鐵路的運(yùn)營(yíng)，甚至嚴(yán)重的安全事故，所以，臨近高鐵的基坑施工全程必須對(duì)既有高鐵路基及線路開展嚴(yán)格的監(jiān)控測(cè)量，掌握既有線路變形程度及發(fā)展趨勢(shì)。

1.工程概況

某合同段地鐵區(qū)間設(shè)計(jì)采用明挖基坑施工型式，設(shè)計(jì)總長(zhǎng)377.1m、相對(duì)標(biāo)高-22.61m～-16.7m，與已投入試運(yùn)營(yíng)的哈大高鐵線路垂直交叉，高鐵路基頂面相對(duì)標(biāo)高約-1.89m，正線線間距5m，路基頂部寬度12m，路基邊坡坡度為1：1.5，由于封閉式運(yùn)營(yíng)，因此路基外側(cè)設(shè)有柵欄。

地鐵穿越高鐵線路施工過程采用先放坡至地鐵區(qū)間頂標(biāo)高位置，而后灌注樁和內(nèi)支撐聯(lián)合支護(hù)型式，為保證哈大高鐵正常運(yùn)營(yíng)不受影響，正線開挖期間高鐵采用過渡便線方案，同時(shí)，地鐵區(qū)間分A、B、C和D四個(gè)區(qū)段依次施作：先期施工A區(qū)82m范圍，而后高鐵轉(zhuǎn)線至過渡便線，施工B區(qū)81m范圍和C區(qū)129m范圍，最后高鐵轉(zhuǎn)線至正線，施工D區(qū)85m范圍。詳見圖1：

2.形變分析預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)控制

為確保高鐵長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)，必須厘清地鐵基坑施工對(duì)哈大高鐵的形變影響及監(jiān)測(cè)控制重點(diǎn)，繼而實(shí)施監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)。

2.1地鐵項(xiàng)目開始之前，高鐵正處于建設(shè)期，其正線的沉降基本穩(wěn)定，但過渡便線的施工工期很短，在列車動(dòng)荷載及路基本體的靜載作用下路基自身可能存在蠕變趨勢(shì)，參見圖2。圖中可以看出路基本體會(huì)發(fā)生沉降的同時(shí)路基坡腳會(huì)發(fā)生外傾，而在過渡便線側(cè)旁又要開挖地鐵B區(qū)及C區(qū)，兩者的變形趨勢(shì)一致，形變疊加。

因此在本階段必須加強(qiáng)過渡便線監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析工作，厘清形變發(fā)生的主要因素和次要因素，為判別引發(fā)形變的責(zé)任方提供科學(xué)依據(jù)。建立暢通信息渠道把施工引起的一系列動(dòng)態(tài)變化信息第一時(shí)間反饋到施工現(xiàn)場(chǎng)，使現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，優(yōu)化改進(jìn)施工方法，以避免危及鐵路行車運(yùn)營(yíng)安全的事故發(fā)生。

2.2地鐵基坑開挖采用2級(jí)放坡開挖，場(chǎng)地內(nèi)正線的填筑復(fù)原范圍長(zhǎng)達(dá)66m，B區(qū)及C區(qū)施工后期，高鐵正線的復(fù)原性施工開始，考慮此段路基屬于高鐵今后的永久構(gòu)筑物，因此相關(guān)部門應(yīng)嚴(yán)格把控地基填筑質(zhì)量，同時(shí)依據(jù)路基監(jiān)測(cè)形變速率來確定是否滿足轉(zhuǎn)線并運(yùn)營(yíng)的條件。

2.3在高鐵轉(zhuǎn)到正線后，考慮正線的填筑受工期所限，填筑速度較快，易造成新填筑的地基與兩側(cè)的高鐵原地基土質(zhì)密實(shí)度和土體結(jié)構(gòu)不同，兩者的固結(jié)度也不完全相同，列車的動(dòng)應(yīng)力作用等同于“打夯”施工，將進(jìn)一步“夯實(shí)”回填土部分，從而使新填筑路基呈現(xiàn)沉降槽，參見圖3。同時(shí)，考慮地鐵區(qū)間兩側(cè)屬混凝土結(jié)構(gòu)與回填土的軟硬交接處，若處理不好極易引發(fā)路基不均勻沉降，導(dǎo)致高速列車出現(xiàn)“跳車”現(xiàn)象。因此在轉(zhuǎn)線后應(yīng)加強(qiáng)地鐵區(qū)間施工影響范圍內(nèi)，尤其是回填土范圍內(nèi)的路基變形監(jiān)測(cè)，來判斷前期施工質(zhì)量，同時(shí)預(yù)測(cè)滿足高速列車正常開行的時(shí)間。

3.監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

為保證哈大高鐵結(jié)構(gòu)自身安全及運(yùn)營(yíng)安全，地鐵施工全程應(yīng)開展高鐵結(jié)構(gòu)多方位保護(hù)性監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)多道防線，層層設(shè)防。

第一道防線：由于地鐵區(qū)間隧道明挖基坑上部采用放坡開挖，因此掌握上部基坑外側(cè)土體穩(wěn)定情況十分關(guān)鍵，必須在高鐵周邊布置土體深層位移觀測(cè)裝置，及時(shí)預(yù)測(cè)土體的變形情況。

第二道防線：由于高鐵全線處于全封閉試運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)人員只能在“天窗期”進(jìn)入相關(guān)區(qū)域內(nèi)工作，根據(jù)設(shè)計(jì)部門技術(shù)文件，本次監(jiān)測(cè)不以直接監(jiān)測(cè)軌道形變?yōu)橹?，而以路基邊坡的豎向和水平變形來間接反映軌道形變，進(jìn)而預(yù)測(cè)高鐵線路所受影響。具體監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)如下：

3.1監(jiān)測(cè)范圍

根據(jù)設(shè)計(jì)部門技術(shù)文件，本工程以地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)邊緣線為界，沿高鐵線路方向兩端各取85m，即有效長(zhǎng)度170m作為監(jiān)測(cè)范圍。

3.2監(jiān)測(cè)服務(wù)階段及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)高鐵兩次變線的實(shí)際進(jìn)展，擬將本工程的監(jiān)測(cè)服務(wù)工作劃分為四個(gè)階段：

1）地鐵A區(qū)施工階段

高鐵正線已處于試運(yùn)營(yíng)階段，路基填筑時(shí)間較長(zhǎng)，判定路基基本穩(wěn)定，因此本階段以觀測(cè)基坑開挖導(dǎo)致的線路形變?yōu)橹鳎唧w如下：

土體深層位移監(jiān)測(cè)：高鐵線路與基坑之間直接影響范圍內(nèi)布設(shè)5處，兩端各延長(zhǎng)15m布設(shè)1處，共計(jì)7處，孔深不低于23.35m，距離基坑30m，盡可能涵蓋所有的潛在土體滑裂面。

路基沉降監(jiān)測(cè)：在臨近地鐵區(qū)間施工側(cè)高鐵路堤邊坡坡腳處布設(shè)13處沉降測(cè)點(diǎn)，遵循近密遠(yuǎn)疏的布點(diǎn)原則。

路基水平位移監(jiān)測(cè)：臨近路基沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)固定的配套萊卡專用棱鏡，加設(shè)保護(hù)蓋，測(cè)點(diǎn)共計(jì)13處。

2）轉(zhuǎn)過渡便線后地鐵B區(qū)及C區(qū)施工階段

由于過渡便線施工時(shí)間較短，路基本體的工后沉降尚未穩(wěn)定，因此本階段監(jiān)測(cè)工作的重點(diǎn)是厘清過渡便線未受施工干擾段的路基形變及受基坑開挖影響段的路基形變，便于對(duì)比分析地鐵施工段線路變形的成因及構(gòu)成比例，具體如下：

土體深層位移監(jiān)測(cè)：在高鐵過渡便線兩側(cè)布設(shè)，埋點(diǎn)位置參照第一階段，測(cè)點(diǎn)共計(jì)14處。

路基沉降監(jiān)測(cè)：在高鐵過渡便線兩側(cè)布設(shè)，埋點(diǎn)位置參照第一階段，為厘清填筑質(zhì)量誘發(fā)沉降與基坑開挖誘發(fā)沉降之間的關(guān)系，在影響范圍之外兩側(cè)各布置3個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)共計(jì)38處。

路基水平位移監(jiān)測(cè)：在高鐵過渡便線兩側(cè)布設(shè)，埋點(diǎn)位置臨近路基沉降測(cè)點(diǎn)，為厘清填筑質(zhì)量誘發(fā)位移與基坑開挖誘發(fā)位移之間的關(guān)系，在影響范圍之外兩側(cè)各布置3個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)共計(jì)38處。

3）地鐵B區(qū)及C區(qū)施工后期高鐵正線填筑復(fù)原階段

本階段應(yīng)以監(jiān)測(cè)正線填筑時(shí)期的路基本體及地基的形變?yōu)橹?，旨在評(píng)估達(dá)到二次轉(zhuǎn)線并開行列車的時(shí)機(jī)，同時(shí)判斷路基填筑復(fù)原質(zhì)量，具體如下：

路基沉降監(jiān)測(cè)：在路基中央布設(shè)深層沉降標(biāo)，以監(jiān)測(cè)路基沉降情況，測(cè)點(diǎn)共計(jì)13處，遵循近密遠(yuǎn)疏的布點(diǎn)原則。

回填土沉降監(jiān)測(cè)：在路基中央及兩邊各布設(shè)一組沉降板，以監(jiān)測(cè)回填土部分的沉降情況，埋點(diǎn)位置與路基沉降標(biāo)同斷面，共計(jì)39處。

坡腳沉降監(jiān)測(cè)：在高鐵正線兩側(cè)布設(shè)，與路基沉降點(diǎn)同斷面，共計(jì)26處。

坡腳水平位移監(jiān)測(cè)：臨近坡腳沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)固定的配套萊卡專用棱鏡，共計(jì)26處。

4）高鐵二次轉(zhuǎn)線后正線監(jiān)測(cè)階段

本階段監(jiān)測(cè)重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下填土段在列車動(dòng)應(yīng)力作用下沉降和側(cè)向變形。

由于列車運(yùn)營(yíng)，路基面上測(cè)點(diǎn)無法監(jiān)測(cè)，僅對(duì)坡腳處即有沉降及水平位移測(cè)點(diǎn)實(shí)施監(jiān)測(cè)。

3.3監(jiān)測(cè)頻率

監(jiān)測(cè)頻率遵循設(shè)計(jì)文件要求，正常頻率如下表：

對(duì)沉降或位移變化異常的特殊工況要適當(dāng)加密觀測(cè)次數(shù)，具體監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況或?qū)ｎ}會(huì)議及時(shí)調(diào)整，并第一時(shí)間電話通知相關(guān)各方，隨后報(bào)送書面成果資料。

3.4監(jiān)測(cè)安全控制標(biāo)準(zhǔn)

參考《上海鐵路局京滬高鐵無砟軌道線路維修管理辦法（暫行）》（高工函[2011]118號(hào)）及類似工程監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，擬定線路沉隆預(yù)警值為±1.0mm/d，報(bào)警值為±2.0mm/d，施工期高鐵線路24m范圍內(nèi)高低與水平累積變形量以5mm為安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

路基沉降和土體側(cè)向監(jiān)測(cè)報(bào)警值見下表。

3.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理及信息反饋

全部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)管理，數(shù)據(jù)及時(shí)整理分析，綜合判斷監(jiān)測(cè)對(duì)象的安全穩(wěn)定狀態(tài)，并繪制位移隨時(shí)間或空間的變化曲線圖。在取得某點(diǎn)充足的數(shù)據(jù)后，根據(jù)散點(diǎn)圖的數(shù)據(jù)分布情況，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，以預(yù)測(cè)該測(cè)點(diǎn)可能的變形趨勢(shì)和最終變形量。

4.監(jiān)測(cè)實(shí)施要點(diǎn)

4.1布點(diǎn)要點(diǎn)

1）監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)必須穩(wěn)固可靠、視野開闊、通視較好，數(shù)量不少于3個(gè)，便于相互校核，為提高監(jiān)測(cè)精度，采用強(qiáng)制對(duì)中裝置；

2）考慮東北冬季凍脹影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋深不應(yīng)小于1.5m，盡量減弱土體凍脹對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的形變影響，水平觀測(cè)點(diǎn)位采用強(qiáng)制對(duì)中裝置；

3）布點(diǎn)過程做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)位保護(hù)措施，點(diǎn)位信息及時(shí)標(biāo)識(shí)、標(biāo)記。

4.2觀測(cè)要點(diǎn)

1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)位初始值必須于降水或開挖前全部取得，獨(dú)立測(cè)量三次取平均值；

2）現(xiàn)場(chǎng)安全巡視內(nèi)容不僅包括高鐵坡腳、路基、線路及周邊地表，同時(shí)還應(yīng)密切關(guān)注基坑開挖支護(hù)安全狀態(tài)，盡可能掌握基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)；

3）本工程施工處于秋冬季節(jié)，早晚溫差較大，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)盡量在每天相同時(shí)刻實(shí)施，并進(jìn)行溫度、氣壓改正；

4）高鐵處于試運(yùn)營(yíng)階段，進(jìn)入防護(hù)區(qū)時(shí)間受到嚴(yán)格控制，每次監(jiān)測(cè)必須與養(yǎng)護(hù)人員保持聯(lián)系，遵照對(duì)方的指令行動(dòng)；

5）高鐵線路本身沉降和開挖誘發(fā)的沉降需要辨別清楚，條件允許時(shí)于臨近區(qū)段布設(shè)一處新的試驗(yàn)段，以觀測(cè)在無基坑施工影響的軌道及路基形變，同時(shí)進(jìn)行科學(xué)的分析。

4.3數(shù)據(jù)分析與信息反饋要點(diǎn)

1）高鐵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安全巡視情況分析，如有條件還應(yīng)結(jié)合基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)數(shù)據(jù)；

2）監(jiān)測(cè)安全控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以變形速率與累積變形量“雙控”指標(biāo)衡量，及時(shí)預(yù)測(cè)變形發(fā)展趨勢(shì)及安全狀態(tài)；

3）監(jiān)測(cè)信息特別注重“時(shí)效性”，應(yīng)盡快將監(jiān)測(cè)信息反饋到相關(guān)部門，為管理者決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

5.結(jié)束語

哈大高程保護(hù)性監(jiān)測(cè)方案體現(xiàn)了方案設(shè)計(jì)的全面性、合理性、可行性和科學(xué)性的指導(dǎo)思想，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)充當(dāng)工程安全的透視眼，實(shí)現(xiàn)工程信息化施工和動(dòng)態(tài)管理提供了作業(yè)指導(dǎo)依據(jù)。

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