沉降监测技术在盾构隧道下穿京广铁路的应用

刘仁龙（深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028）

沉降监测技术在盾构隧道下穿京广铁路的应用

刘仁龙∗
（深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028）

盾构机目前已广泛应用于各种土建工程领域，盾构法隧道施工具有安全、快速、地表沉降小等优点，但如何控制建构构筑、地表沉降是工程的一大难题。沉降监测作为信息化施工的主要技术手段，能够准确、及时、迅速、直接地反馈施工。本文介绍了武汉地铁6号线下穿京广铁路沉降监测工程实例，通过下穿前监测模拟预报、试验段监测以及下穿时铁路监测等技术的应用，达到了信息化施工的目的。

沉降监测；监测技术；盾构隧道；试验段监测；下穿铁路

1 工程概况

本工程位于武汉市轨道交通六号线一期工程钟琴区间，两条隧道需要在列车正常运行的情况下通过京广铁路汉阳段。列车最高运行速度为 300 km/h，采用两单线布置形式。原设计要求下穿前应采取路基、铁路加固措施，但由于京广铁路武汉段列车流量较大无法进行限速，故无法进行加固，更增加了下穿难度。本工程钟琴盾构区间起讫里程为K14+442.578～K14+769.409，总长 326.831 m（218环）。本区间为土压平衡盾构法施工，采用维尔特复合式土压平衡盾构机。线路最小平面曲线半径为 350 m，线路最大纵坡3.2‰、最小2‰。区间最大埋深为 19.51 m，京广铁路路堤处覆土27.18 m，最小埋深为 10.58 m。下穿京广铁路路堤范围:YK14+600.000～YK14+644.893，下穿长度: 44.893 m（83环-113环），铁路路堤高出地面约13.4 m，宽约 50 m，隧道结构顶距地面约 18.4 m。

根据《铁路线路修理规则》（铁运［2006］146号），结合武汉地区地铁盾构隧道施工穿越铁路线、铁路站场施工经验和控制标准，本区间穿越铁路线主要控制指标如表1所示。为保证施工中监测技术能够达到主要控制指标，设计了监测模拟预报、试验段监测和施工监测三个阶段，以保证施工监测的顺利实施和可靠性。

主要控制指标 表1

2 下穿前监测模拟预报

通过收集、整理和分析各种地质、设计和现状调查、检测资料，运用数值分析、工程类比和专家评议等多种方法，预测施工引起既有铁路京广铁路路基和铁路桥结构的变形，在此基础上评价铁路桥结构是否安全，铁路是否满足运营要求。

∗ 收稿日期:2016—03—08

作者简介:刘仁龙（1983—），男，工程师，主要从事轨道交通工程测量工作。

基金项目：国家自然科学基金项目（41374011）

图1　分析结果图

本次计算运用FLAC2D软件对隧道施工与铁路的关系进行模拟分析，如图1所示。通过对既有轨道结构进行变形计算、分析，可以得出以下结论:盾构区间隧道下穿京广铁路路基和铁路桥的施工过程中，既有京广铁路路基和铁路桥结构会产生一定的竖向和横向变形。其中，轨道的最大竖向变形值为-4.75 mm；路基的最大竖向变形值为-7.53 mm；铁路桥的最大竖向变形值为-4.21 mm。对照表1，相关数值均满足控制指标要求。

3 下穿前试验段地面监测

选取部分区间作为试验段，进行了试验性地面监测。具体内容为地表隆陷监测，监测频率为1次/d；，总工作量共计565点·次，完成时间为 16 d（2014-3-21～2014-4-5）。

具体下穿铁路试验段监测范围为，在原有地表隆陷监测第4、5、6断面基础上按每 5 m加密8个监测断面，里程为:K14+720（M1断面）、K14+715（M2断面）、K14+711（4断面）、K14+706（M3断面）、K14+ 691（M4断面）、K14+K14+686（5断面）、K14+681 （M5断面）、K14+676（M6断面）、K14+671（M7断面）、K14+666（6断面）、K14+661（M8断面），如图2所示。

图2　试验段监测点平面布设图

从日沉降量数据分析可得出，盾构施工到达处地表均有不同程度下沉。3月21日～3月25日绝大部分点位下沉在 4 mm内，只有M3-4下沉为 7.4 mm。3月26日监测数据普遍略有上升，上升最大值2.8 mm（M3-2）。3月27日～3月30日监测数据没有变化。3月31日监测数据普遍下沉，下沉最大值4.4 mm（M3-4）。4月1日监测数据没有变化。4月 2日～4月4日监测数据变化较大，尤其是4月4日普遍下沉较大，下沉最大值19.8（M4-4）。4月5日监测数据下沉较小，最大值 2.3 mm（M4-3）。

从累计沉降量数据分析可以得出:由累计沉降量成果表可看出，盾构施工到达处地表累计沉降普遍达到 30 mm。其中最大值为下沉 40.2 mm（M3-4，4月5日）。

根据上述数据及分析可知，盾构施工到达处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日各监测点沉降量控制较好。3月26日监测数据普遍略有上升。4月2日～4月4日监测数据变化较大，尤其是4月4日普遍下沉较大，下沉最大值 19.8 mm。4月5日监测数据趋于稳定。

可以认为，盾构施工到达处地表均有不同程度下沉是必然的，但是可控的。摸清盾构机部件完好状况，把容易出故障的部件全部更换，结合试验段地面沉降监测数据和盾构推进参数进行比对，调整参数，控制推进速度，匀速推进。同步注浆及二次注浆对地表下沉的影响明显；根据监测数据选择合理的同步注浆及二次注浆的速度、注浆压力、注浆材料的配比，达到控制地面沉降的效果。结合下穿区域主要是黏土区域，粉土自身具有较高的细颗粒含量，施工时加入适当的泡沫以改善土体的塑流性，调整泡沫的流量、FER和FIR值。

4 下穿铁路监测

经上述模拟监测和试验监测后，开展了全面的施工监测，主要内容包括铁路轨道沉降监测，铁路路基沉降监测，铁路桥沉降监测。监测频率定为盾构穿越前4次/d、盾构穿越中6次/d、盾构穿越后4次/d、监测人员 24 h待命。总工作量520点·天，完成时间为13 d（2014-5-3～2014-5-15）。

监测中布设的点位包括桥墩沉降监测点、路基沉降监测点和轨道沉降监测点。其中桥墩沉降监测点情况为，在桥墩桥台上布设4个沉降点，分别编号Q1、 Q2、Q3、Q4。采用钻孔浇筑埋设的方法，埋设L型沉降观测标志。路基沉降监测点情况为，沿路基两肩布设2个监测断面，共计16沉降监测点，分别编号D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8。采用钻孔浇筑埋设的方法，在路肩埋设小棱镜。轨道沉降监测点情况为，沿上下行线布设2个监测断面，共计20沉降监测点，分别编号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。采用浇筑的方法，将小棱镜浇筑轨在枕上，如图4所示。

图4　铁路监测点平面布设图

图5　铁路路基沉降、轨道沉降、桥墩沉降监测累计沉降量走势图

铁路路基沉降、轨道沉降、桥墩沉降监测累计沉降量数据及走势图如图5所示。可以看出，5月4日盾构刀盘到达铁路时，铁路路基、轨道、桥墩均开始下沉。随着盾构推进各监测点累计沉降量呈现增大趋势，5 月9日盾构刀盘已穿越铁路，各监测点开始稳定。5 月4日～5月9日期间，各监测点日平均沉降速率最大为 -0.6 mm/d，最大沉降速率为 -1.7 mm/d，路基累计沉降最大值为 -5.9 mm，轨道累计沉降最大值为-4.8 mm，桥墩累计沉降最大值为 -1.8 mm。由上述铁路各监测数据、走势图数据分析可知，盾构隧道下穿铁路的推进过程中，各监测点均出现了下沉现象，但各监测值均未超出监测控制值，属于可控状态。

5 结 论

新建工程与既有铁路的交叉处是影响铁路运营安全的重要敏感点，监测技术的应用对铁路的运营安全、新建工程的施工指导意义重大，做好充分的论证与研究是工程施工的必要前提。

本文介绍了沉降监测技术在盾构隧道下穿既有铁路的应用过程，通过下穿前监测模拟预报、试验段监测以及下穿时铁路监测等监测技术在工程实例中的应用，达到了指导施工的作用，为盾构下穿铁路提供了技术保障。

［1］铁运［2006］146号.铁路线路修理规则.2006［S］.

［2］GB50911-2013.城市轨道交通工程监测技术规范［S］.

［3］刘祖强，张正禄，邹启新.工程变形监测分析预报的理论与实践［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.

［4］李林.盾构隧道下穿既有铁路信息化施工技术研究［D］.成都：西南交通大学，2006.

［5］连长江.城市地铁隧道盾构施工产生的地层沉降分析［J］.广东建材，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中图分类号：P258，TU196.2

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