盾构下穿运营高铁隧道监控量测技术研究＊

费瑞振，张舵，周吉涛

盾构下穿运营高铁隧道监控量测技术研究＊

费瑞振，张舵，周吉涛

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300251）

盾构下穿运营高铁隧道施工具有较大风险，超过控制标准的轨道沉降、水平位移和几何状态均可能威胁高铁列车行车安全，对施工控制和监控量测要求极高。基于长沙地铁3号线湘龙站—星沙站区间下穿京广高铁浏阳河隧道工程，提出了监测范围、项目、方法、频率、周期、控制值等监测设计要点，探讨了监测数据分析、处理、共享、校核等信息反馈程序，研究了监测信息与行车指挥控制系统的联动机制，为盾构下穿高铁隧道信息化施工提供了技术支撑。

盾构；盾构下穿；高铁隧道；监控量测

随着高铁隧道和地铁隧道的大规模建设，必然会出现地铁盾构下穿或者上跨高速铁路城市隧道工程。盾构施工不可避免地会对既有隧道结构产生一定的扰动，并影响既有高铁的安全运营。关于盾构下穿高铁，国内外研究成果多集中在盾构下穿对高铁桥梁段和路基段的影响分析，而盾构下穿隧道工程多表现为盾构下穿地铁区间，关于盾构下穿高铁隧道的相关研究很少。

铁路由于其运营安全的重要性，应分外重视下穿工程，尤其是高速铁路运营速度快，对轨道变形要求极其严格，是工程控制的重点及难点。高铁隧道结构断面与地铁区间存在较大差异，且高铁列车对轨道平顺度要求更高，为确保下穿期间高铁行车安全和结构安全，有必要对盾构下穿高铁隧道监控量测技术进行针对性研究。

1 工程概况

京广高速铁路武汉至广州段于2009-12-26开通运营，设计速度350 km/h。浏阳河隧道内铺设无砟轨道，采用CRTS-I型双块式整体道床，扣件采用300-1型。浏阳河隧道宽 14.9 m，高12.78 m，采用C35防水钢筋混凝土衬砌，拱部厚0.8 m，仰拱厚0.9 m。

长沙市轨道交通3号线的湘龙站—星沙站区间，沿开元西路向东掘进在右DK34+856处下穿京广高铁浏阳河隧道（国铁里程K1566+828），地铁区间线间距20 m，相交位置位于京珠高速与开元西路交口西侧、星沙湘绣城南侧。地铁区间采用盾构法施工，内径5.4 m，外径6.0 m，衬砌采用0.3 m厚C50钢筋混凝土。盾构区间与浏阳河隧道的竖向间距约11.9 m，下穿地层为中风化泥质粉砂岩及砾岩，地下水主要为基岩裂隙水，稳定地下水位埋深1.80～7.40 m。

湘龙站—星沙站区间采用土压平衡盾构直接下穿京广高铁浏阳河隧道，为全国首例，且无洞外工程保护措施，具有极大施工风险。

2 监测方案设计

2.1 监测对象及范围

本次监测对象为该项目盾构隧道施工影响范围内的铁路隧道。浏阳河隧道范围内盾构隧道左、右线中心线外各30 m，约80 m的范围，对应里程为K1566+775～K1566+855。在监测区域内无砟轨道结构沉降、无砟轨道结构水平位移、底部隆起三个项目监测断面按间隔5 m布置，共17个监测断面；隧道整体沉降在变形缝左右0.5 m位置各布置一个断面，其余断面布置与无砟轨道结构沉降一致，共20个断面。

2.2 监测项目及方法

监测项目及仪器如表1所示。

表1 监测项目及仪器表

监测对象监测项目仪器设备 铁路隧道无砟轨道结构沉降自动全站仪 无砟轨道结构水平位移自动全站仪 隧道整体沉降静力水准仪 底部隆起自动全站仪 轨道几何状态 隧道结构支护情况观察 盾构区间拱顶隆沉精密水准仪 水平收敛收敛计 地层监测地表隆沉精密水准仪 土体内部垂直位移磁环分层沉降仪 土体内部水平位移侧斜仪 地下水位地下水位观测水位仪

本次监测对象为该项目盾构隧道施工影响范围内的高铁隧道，监测断面如图1所示。

图1 运营高铁隧道监测断面图

2.3 监测项目控制值

监测项目控制值如表2所示。监测预警值为监测控制值的70%。

2.4 监测频率及周期

监测频率根据监测数据变化情况、盾构施工情况、监测

断面距掘进面的距离等情况综合考虑，当出现监测速率发展变化较大等异常情况时，应提高监测频率。

施工关键期指盾构正式下穿铁路线路期间，同时包含下穿铁路范围管片壁后深孔注浆作业期间；一般施工状态指盾构穿越铁路前的准备期和穿越后的前期。

人工监测：施工关键期3～4次/天；一般施工状态2～3次/天；之后1次/天，视变形稳定情况调整。

自动化监测：施工关键期1次/10分钟；一般施工状态1次/30分钟；之后1次/小时，视变形稳定情况调整，必要时应连续采集。

监测周期依据现场实际情况确定。

盾构从中间风井二次始发时开始监测，盾构通过后，应持续观测直至测点沉降变化量连续3周不超过0.5 毫米/周即停止监测工作。

表2 监测项目控制值表

监测对象监测项目控制值 铁路隧道无砟轨道结构沉降隆起量0 mm，沉降量控制在2 mm以内，每条线路的两条轨道高差不大于2 mm 无砟轨道结构水平位移2 mm 隧道整体沉降5 mm 底部隆起0 轨道几何状态根据《高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）》（TG/GW 115—P2012）及铁路部门的要求执行 隧道结构支护情况观察— 盾构区间拱顶隆沉10 mm 水平收敛10 mm 地层监测地表隆沉10 mm 土体内部垂直位移5 mm 土体内部水平位移5 mm 地下水位地下水位观测—

2.5 沉降稳定期监测

沉降稳定期监测是指正常监测后2个月，沉降稳定期监测主要对较长时间的工后沉降进行评估，仅对整体道床板沉降进行监测，监测频率为1次/3天。

3 监测信息反馈

3.1 监测数据的分析与处理

监测数据的整理分析反馈的方法和内容通常包括监测资料的采集、整理、分析、反馈及评判决策等方面。

3.1.1 数据采集

现场监测取得数据并进行相关资料的搜集、记录等。本监测项目采用的仪器如水准仪需人工读数、记录，然后将实测数据输入计算机；全站仪则自动进行数据采集，并将量测值自动传输到数据库管理系统。

3.1.2 数据整理

每次观测后应立即对原始观测数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统。

3.1.3 数据分析

采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。

3.2 监测信息共享

建立铁路、建设、施工、监理、设计、监测单位联合工作组，第三方监测数据、施工监测数据、工务监测数据均应及时上传，实现监测数据及时共享，各方可根据共享数据进行分析和相关校核，但应确保该共享数据对外保密。第三方检测数据、施工监测数据除在联合工作组进行共享外，同时需将监测数据发送给中国铁路广州局集团有限公司指定联系人，具体信息共享机制以现场实际组织机构为准。施工单位需将现场施工信息及时反馈给监测单位。

3.3 监测信息与行车指挥控制系统的联动

3.3.1 第三方监测数据、施工监测数据与行车指挥控制系统的联动

本工程在施工前，编制专项监测方案，明确监测内容及要求，盾构下穿施工期间对铁路范围内主要设施进行全方位、自动化实时监测。对轨道结构位移的监测以临时补修为起点，由于临时补修后轨道几何尺寸偏差达到作业验收标准，因此，每次临时补修后，轨道结构位移应归0。

3.3.2 轨道静态检查信息与行车指挥控制系统的联动

根据《高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）》（铁运[2012]83号，高速铁路无砟轨道数字道尺、轨检小车等工具检查。轨道静态检查由铁路工务部门在天窗期组织实施。

检测中轨道静态几何尺寸偏差达到经常保养管理值，工务段要利用当天天窗安排调查、处理，并及时上报工务处线路病害的调查处理情况。

3.3.3 轨道动态检查信息与行车指挥控制系统的联动

根据《高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）》（铁运[2012]83号），高速铁路无砟轨道采用综合检测列车、车载式线路检查仪等检测设备对线路进行周期性检查，按局部不平顺（峰值）和区段整体不平顺（均值）进行动态质量管理。轨道动态检查由铁路工务部门实施。

京广高铁线路动态检查工具包括车载便携式线路检查仪、确认车、动检车、轨检车等，综合第三方监测、施工监测、工务监测。

3.4 自动监测数据定期人工校核

为了保证监测数据的可靠性，需要对自动监测数据进行校核。

校核的方法为：在断面K1566+705、K1566+925位置两股轨道中心用喷漆分别标定一个基准点，待所有监测点布置完成后，在接近各监测点位置喷漆标点用水准仪测取初始值，当对某个点或某些区域的机器人测量结果存在怀疑时，利用天窗点时间对这个点或区域进行人工测量，与自动监测数据进行对比。1个月至少进行1次人工测量。

4 结论

2018-12—2019-04，长沙地铁3号线盾构成功下穿浏阳河隧道，盾构通过后应持续观测3个月，沉降变化量趋于稳定后方可停止监测工作。

通过对铁路隧道、盾构区间、周边地层的监控量测实践，可以得出如下结论：本工程制定的铁路隧道、盾构区间、周边地层监测项目和控制标准可以满足盾构下穿高铁隧道期间高铁列车安全运营要求。长沙地铁3号线盾构下穿结束后，京广高铁浏阳河隧道无砟轨道结构竖向位移最大值为1.12 mm，轨道隆起量为0 mm，确保了京广高铁列车行车安全。京广高铁浏阳河隧道变形主要以沉降为主，纵向位移和水平位移相对较小。沉降变化量连续3周不超过每周 0.5 mm，可认为既有线变形已经进入稳定阶段。盾构匀速稳步不停机掘进，控制同步注浆量和注浆压力，及时进行二次注浆，确保管片背后空隙及时填充密实，有利于对既有高铁隧道的变形控制。

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U455

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.029

2095－6835（2019）24－0071－03

费瑞振（1988—），男，工程师，从事隧道及地下工程研究。

中国铁路设计集团有限公司科技开发课题（编号：721239）

〔编辑：严丽琴〕