地鐵隧道下穿既有線對(duì)線路結(jié)構(gòu)變形影響的研究

蓋忠奎，江春建

（河北建設(shè)勘察研究院有限公司，石家莊050031）

1 引言

隨著城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，新建地鐵下穿既有線路的狀況不斷增多，地鐵隧道施工會(huì)對(duì)原有鐵路結(jié)構(gòu)造成影響，工程建設(shè)中不僅要使新建地鐵處在安全狀態(tài)，同時(shí)還要確保不會(huì)對(duì)原有線路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響[1]。本文選取某市軌道交通工程1號(hào)線張營(yíng)停車(chē)場(chǎng)—西王站區(qū)間下穿既有鐵路為研究對(duì)象，對(duì)既有鐵路線的軌道、路基、橋梁等結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析從而對(duì)既有地鐵的結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)做出判斷。

2 研究方法

通過(guò)文獻(xiàn)查閱，總結(jié)前人有關(guān)地鐵穿越既有線監(jiān)測(cè)方面的研究成果，分析研究中存在的問(wèn)題，提煉自己的觀點(diǎn)。借鑒相關(guān)理論研究變形的機(jī)理、破壞模式，分析變形、破壞產(chǎn)生的原因以及影響其沉降變形的主要因素[2]。

利用相應(yīng)的儀器（全站儀、水準(zhǔn)儀）采集地面路基沉降、軌道沉降、橋墩沉降等數(shù)據(jù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析從而對(duì)既有鐵路的結(jié)構(gòu)是否在安全的范圍內(nèi)做出相應(yīng)的判斷[3]。

3 地鐵隧道施工對(duì)既有鐵路的影響

既有線路的軌道結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，道床產(chǎn)生的形變以及鐵路線路表面的不平順則是地鐵隧道下穿既有鐵路造成的2個(gè)主要影響及損害。既有鐵路的道床組成材料主要是以碎石為主，在列車(chē)產(chǎn)生的負(fù)荷下，軌道枕木與道砟之間相互接觸，會(huì)對(duì)道砟變形量大小產(chǎn)生較大的影響。地鐵隧道的下穿可能會(huì)使路基發(fā)生沉降，列車(chē)運(yùn)行時(shí)不同應(yīng)力作用下，軌道會(huì)發(fā)生橫向或縱向的變形。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

本文以某市地鐵1號(hào)線張西區(qū)間為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，區(qū)間總長(zhǎng)度約905.9m，區(qū)間向下穿越中山西路及位于其南側(cè)的綠地，向南繞行鐵路橋并下穿鐵路路基段，區(qū)間頂覆土約4.0～10.0m。

4.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及使用儀器

根據(jù)業(yè)主委托對(duì)地鐵1號(hào)線下穿既有鐵路結(jié)構(gòu)、橋梁進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。觀測(cè)所用儀器為徠卡DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀（S05級(jí)）。

4.3 監(jiān)測(cè)實(shí)施及數(shù)據(jù)分析

變形監(jiān)測(cè)工程較為復(fù)雜，根據(jù)某市地鐵1號(hào)線張西區(qū)間

的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮周邊環(huán)境情況，監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要有路基沉降、軌道沉降、橋墩沉降等。

4.3.1 監(jiān)測(cè)實(shí)施

路基沉降測(cè)點(diǎn)埋設(shè)：為了使路基的沉降觀測(cè)點(diǎn)不遭到壓力的作用，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)志采用窖井的形式，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置要與地面保持水平，并不能影響道路的正常通行。

軌道沉降測(cè)點(diǎn)埋設(shè)：為保護(hù)鐵路軌道安全狀態(tài)不受監(jiān)測(cè)影響，選取軌道扣軌的帽釘作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)選在帽釘突出的位置，測(cè)點(diǎn)應(yīng)標(biāo)記清晰，方便保存。

高架橋墩沉降測(cè)點(diǎn)埋設(shè)：地鐵隧道穿越既有鐵路位置處左右兩側(cè)橋墩上各布置2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)儀器用特定的膠粘到橋墩布置測(cè)點(diǎn)上。

監(jiān)測(cè)方法：上述監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均使用電子水準(zhǔn)儀和因瓦尺進(jìn)行觀測(cè)，利用幾何水準(zhǔn)的測(cè)量方法進(jìn)行觀測(cè)，所使用儀器經(jīng)具有相應(yīng)資質(zhì)的儀器檢定單位鑒定合格并在檢定有效期內(nèi)使用。

4.3.2 數(shù)據(jù)處理分析

在外業(yè)測(cè)量結(jié)束后，用U盤(pán)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，確認(rèn)無(wú)誤后利用相關(guān)軟件進(jìn)行平差計(jì)算，從而得到測(cè)點(diǎn)高程。本文選取軌道沉降、路基沉降、橋墩沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1）軌道沉降。從2014年11月7日開(kāi)始監(jiān)測(cè)，截至2015年3月3日，共監(jiān)測(cè)鐵路軌道沉降點(diǎn)33個(gè)，監(jiān)測(cè)1 220次。累計(jì)沉降最大點(diǎn)為G2-04，沉降值為29.97mm，變形速率為0.23mm/d，軌道監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，變化曲線如圖1所示。

圖1軌道沉降點(diǎn)監(jiān)測(cè)變化曲線

2）路基沉降。2014年11月7日開(kāi)始監(jiān)測(cè)，截至2015年3月3日，共監(jiān)測(cè)路基沉降點(diǎn)8個(gè)，監(jiān)測(cè)768次。累計(jì)沉降最大點(diǎn)為Q13，累計(jì)變化值為1.48mm，變形速率為0.01mm/d，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，變化曲線如圖2所示。

3）橋墩沉降。2014年11月7日開(kāi)始監(jiān)測(cè)，截至2015年3月3日，共監(jiān)測(cè)框架橋橋墩沉降點(diǎn)8個(gè)，監(jiān)測(cè)769次。累計(jì)沉降最大點(diǎn)為Q12，沉降值為1.73mm，變形速率為0.01mm/d，框架橋橋墩沉降數(shù)據(jù)變化穩(wěn)定，變化曲線如圖3所示。

圖2鐵路路基沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化曲線

圖3橋墩沉降變化曲線

通過(guò)數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場(chǎng)巡視情況可知軌道沉降、路基沉降、橋墩沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在整個(gè)地鐵隧道施工過(guò)程中，數(shù)據(jù)變化較穩(wěn)定，沒(méi)有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，分析主要原因?yàn)樗淼乐ёo(hù)采用復(fù)合襯砌形式。另外，隧道的開(kāi)挖方式采用了臺(tái)階法，先開(kāi)挖上部土體，開(kāi)挖后馬上進(jìn)行初次支護(hù)，并且在開(kāi)挖過(guò)程中禁止超挖，隨挖隨支護(hù)。當(dāng)初次支護(hù)施工完畢穩(wěn)定后應(yīng)及時(shí)施工二次襯砌。在施工時(shí)加強(qiáng)地下隧道施工中的監(jiān)控量測(cè)，并將得到的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行分析并實(shí)時(shí)反饋結(jié)果。

以上采取的措施對(duì)隧道自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和既有鐵路結(jié)構(gòu)的安全起著關(guān)鍵的作用，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，能夠預(yù)判變形的趨勢(shì)，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)的預(yù)期效果。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例，利用當(dāng)前國(guó)內(nèi)常用的監(jiān)測(cè)方式，對(duì)地鐵隧道下穿既有鐵路線區(qū)間進(jìn)行了沉降監(jiān)測(cè)及監(jiān)控研究，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)危險(xiǎn)事故進(jìn)行較為及時(shí)和確切的預(yù)警和報(bào)告。