地铁盾构下穿铁路监测数据分析

汪顺喜

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300201）

地铁盾构下穿铁路监测数据分析

汪顺喜

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300201）

结合工程实例，介绍了地铁盾构下穿铁路的监测项目及监测方法，对穿越过程的监测数据进行分析总结，为今后类似的地铁盾构工程积累了数据和经验。

地铁盾构；地表沉降；路基竖向位移

0　引言

近年来，随着大中城市对城市轨道交通工程的不断投入，全国轨道交通在建和运营里程实现重大突破，为百姓的出行提供了极大便利。轨道交通工程往往设计在市区交通压力较大和人流密集的区域，像城市商业中心、火车站、汽车站等繁华地段，为了减少对地上建筑的影响，车站和线路大都是敷设在地下，因此轨道交通工程会打破原有的水土压力平衡，直接影响线路上方的地面建筑物的安全。所以在工程施工过程中必须利用可靠的监测方法掌握地上建筑物的安全状况，预防发生工程事故。按照国家规范要求，地铁施工过程中施工影响范围内的地上建（构）筑物都需要进行监测，这其中最重要的莫过于国家的经济命脉——铁路。铁路在当今的经济社会发展中具有特殊重要的地位和作用，过大的变形会对铁路车辆的安全运营造成不利影响。因此在施工过程中应对铁路线路变形进行监测，及时将监测数据反馈产权及参建单位，通过调整方案降低施工对铁路变形的影响［1，2］。

1　工程概况

天津地铁6号线某区间采用盾构法施工，盾构直径为6 410 mm，管片厚度为350 mm，环宽1 500 mm。该区间下穿一条普速铁路路基段，现状为双线，线间距约4.45 m。该段线路采用碎石道床，钢筋混凝土轨枕，下穿范围内无道岔，轨道类型为60 kg/m，为电气化铁路，采用接触网供电。下穿铁路起点距始发段约750 m，下穿段实际长度约24 m。隧道与铁路交角86°。区间主要穿越⑤1、⑥1粉质黏土层，位于⑥4粉砂层顶部，周边地层水量丰富。穿越铁路前采用扣轨方法对铁轨进行加固，以防止纵向发生不均匀沉降。盾构区间与下穿铁路的位置关系见表1。

2　监测方案设计

根据规范要求，为保证既有铁路的行车安全和正常运营，在盾构穿越铁路期间，必须对既有线路实施监控量测，配备计算机及相关软件以便及以及其他特殊因素，都会影响地层沉降。该模型在结合已有的成熟理论公式，合理推算，得出适合砂性土地层的盾构施工引起的地表沉降模型。该模型具有一定的局限性，但是对于相似的施工环境具有一定的指导意义和参考价值。

［1］叶飞.盾构隧道同步注浆引起的地表变形分析［J］.岩土工程学报，2014.

［2］吕乾乾.地铁盾构隧道同步注浆施工对地层沉降影响的预测分析［D］.天津：天津大学，2012.

［3］Peck，R.B.（1969）Deep excavation and tunneling in soft ground，State of the art report.Proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering，Mexico City.1969，225-290.

［4］王金明.地铁隧道施工引起的地表沉降及变形研究［D］.长沙：中南大学，2009.

［5］杨小礼.考虑间隙参数和地层影响的隧道地表沉降预测［J］.湖南：湖南大学学报，2008.时处理量测数据，并在数据处理系统中采用设置警戒值报警系统，以保证对线路的全程监控［3，4］。

表1　区间隧道与铁路交叉位置关系

2.1监测范围

根据设计文件以及现场的具体情况，对施工影响范围内的铁路，长度约70 m、宽度约为铁路路基两侧各25 m进行监测。

2.2监测项目及布点数量

（1）地表沉降监测

地面沉降测点沿铁路轨道平行布置，共布置6排，每排19个测点，共计114个。

（2）路基竖向位移监测

路基沉降测点沿铁路轨道平行布置，共布置2排，两股轨道之间各布设1排，每排19个，共计38个。

（3）接触网杆监测

盾构区间下穿铁路会影响到6根接触网杆，需对其倾斜进行监测，在接触网杆的底部和顶部粘贴反光片，共需布设12个。

图1为监测布点的横剖面图。

图1　监测布点的横剖面图（单位：m）

2.3监测频率

监测频率以能反映监测对象所测项目的重要变化过程，而又不遗漏其变化时刻为原则。该工程的监测频率按表2执行。

表2　现场监测频率

2.4监测控制指标

结合规范和设计文件，该工程各监测项目的控制指标见表3。各控制值的70%作为预警值。

表3　变形控制指标

3　监测数据分析

地铁盾构穿越铁路期间，通过对监测数据的采集分析，各监测项目的最大变化量及点位见表4。

表4　最大变化量汇总

通过上面的统计数据可以看出，地铁左右线穿越铁路期间，各监测项目的最大变化量均未超过设计控制值，最大变化量出现在地铁右线穿过铁路之后。

3.1地表沉降监测数据

地表沉降监测点在盾构到达前预先埋设沉降点，根据现场情况埋入100～120 cm圆头钢筋，并做好标识，待测点稳定后，采集初始值，盾构穿越期间按照既定的监测频率进行数据采集。左右线穿越期间，地表沉降监测第2监测断面的时程变化曲线如图2所示。

图2　地表沉降监测点变化时程图

从图2中的曲线可以看出，随着盾构往前掘进，地表沉降的变化规律为：盾构机到达之前地表出现上抬，左线盾构机穿过之后地表开始下沉，右线盾构穿过也出现了下沉，但沉降速率比左线穿过时要小，后期随着同步注浆和二次注浆的完成，地表沉降趋势逐渐稳定。累计沉降最大变化量出现在盾构右线穿过铁路之后累计变化量为-5.1 mm（DBC2-9），该点位在地铁盾构右线的上方。

3.2路基竖向位移监测数据

路基竖向位移监测共布设2排，埋设在铁道两股之间的级配碎石内。路基竖向位移的变化趋势与地表沉降的变化趋势相同，见图3。

图3　路基竖向位移监测时程图

由上面的数据可以看出，最大沉降量为-5.2 mm（LJC3-11），出现在4月5日左右线均已穿过铁路之后。

3.3接触网杆倾斜监测数据

地铁穿越铁路期间，对铁路两侧的接触网杆进行倾斜监测。穿越期内接触网杆倾斜的最大变化量为-2.43‰，未超过规定的控制值，各接触网杆在盾构推进过程中的变化如图4所示。

结合图4的数据和现场监测点位置发现，距离盾构左右线中心线附近的测点倾斜变化明显，距离中心线越远，变化量越小。

图4　接触网杆倾斜

4　结论

通过对工程案例中的数据总结分析可以得出以下结论：

（1）工程现场监测数据与设计数值模拟结果吻合；

（2）实施合理可行的变形监测能够反映出盾构穿越期间铁路的变形情况；

（3）通过实测数据可以发现，地铁盾构穿越铁路过程中，地表沉降和路基竖向位移累计变化最大的点出现在盾构左右线的中线处。

尽管地铁盾构施工技术已经比较成熟，但在施工过程中仍会对上方运营铁路造成一定的影响，因此在工程施工过程中必须加强监测，保证铁路安全运营。

参考文献：

［1］程雄志.地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研究［J］.现代城市轨道交通，2012（6）:46-49.

［2］郑明新，吴勇，黄文君，等，盾构下穿铁路框架桥中路面沉降变形规律分析［J］.西安理工大学学报，2015，3（1）:78-81.

［3］马文.天津地铁盾构区间下穿铁路情况及保护措施［J］.山西建筑，2012，38（27）：196-198.

［4］刘杰.施工监测技术在下穿铁路工程中的应用［J］.天津建设科技，2014，（24）:39-40.

U455

B

1009-7716（2016）06-0322-03

2016-02-22

汪顺喜（1986-），男，山东肥城人，工程师，主要从事地铁、深基坑监测工作。