自動監測系統在盾構下穿既有鐵路路基工程中的應用

摘 要：在地鐵盾構隧道穿越既有鐵路線路工程的施工過程中，對既有鐵路線路實施變形監測是確保鐵路運營安全的重要措施之一。文章以長春地鐵1號線盾構下穿長春火車站站場實施自動監測為例，分析了自動監測系統的特點，研究了自動監測系統在盾構下穿鐵路監測中的應用。

關鍵詞：地鐵；盾構隧道；下穿；沉降；自動監測

為解決城市交通的擁堵問題，我國正在進行大規模的地鐵建設，地鐵建設穿越既有線路或鐵路線路已不可避免。然而，在盾構施工過程中不可避免地對地層產生擾動，可能引起地表路基及周邊建筑物變形或沉降。因此，在新建地鐵的施工中，必須保證既有線路及既有鐵路線路的安全運營，使得盾構施工面臨著極大的技術難度和安全風險。伴隨隧道施工發展的監控量測技術的應用，為確保盾構隧道施工的安全提供了外部保障，通過對路基及建筑物沉降的進行觀測，分析和監測路基及建筑物的沉降情況，當發現有異常沉降時，可及時分析原因、采取措施，保證鐵路的運營安全以及工程周圍建筑的安全和正常使用。然而傳統的監測方法在信息獲取與處理的及時性、有效性方面還存在著很大的不足，特別是運營鐵路線路，無法時時對鐵路線路進行監測，只能對鐵路線路的沉降進行遠程自動監測。

1 工程概況

長春地鐵1號線長春火車北廣場站至長春火車南廣場站盾構區間右線起始里程K15+347.072，終點里程K15+810.2，右線長460.887m，左線長445.152m。下穿位置位于曲線段，曲線半徑380m。連續穿越鐵路火車站北廣場樞紐、南北通道、北站房，哈大客專雨棚，鐵路22股道（9條客專，13條普客）、火車站臺、南站房、站前廣場等構筑物。既有線路均為碎石道床，1～9股道為哈大高鐵線路，10～22股道為普通股道，其中地鐵盾構區間結構穿越段位于碎石道床范圍。線路埋深約為24～25m。

2 自動監測系統的組成及特點

本工程采用基于液力測量的路基沉降變形自動監測系統進行鐵路路基沉降的自動監測。自動監測主要是通過對建立的實時自動監測系統，對關鍵監測點進行實時自動監測，實現自動采集、遠程傳輸、實時分析和預警預報，為相關單位及時提供監測結果。實時自動監測系統主要有現場監測站、無線通訊網絡和主監測中心組成（如圖1所示）。現場監測站負責自動采集監測范圍內所有測點的變形情況，并自動將采集數據傳輸給主監測中心；無線通訊網絡負責現場監測站和主監測中心之間的數據通信，主要采用移動通訊GSM的GPRS或3G網絡方式進行數據通信；主監測中心負責現場監測站所有監測數據的自動接受、匯總、存儲、分析和預警預報，并對現場監測站的采集方式進行控制。與主監測中心相連的分中心授權用戶可按照用戶權限查詢監測結果；對監測結果按黃色、橙色和紅色三級預警進行管理，黃色預警為控制值的70%，橙色預警為控制值的85%，紅色預警為達到控制值。

3 監測點的布設及監測要求

根據設計文件以及現場的具體情況分析，地鐵施工對路基變形的主要影響區域內。按設計要求鐵路軌道監測范圍為以兩隧道中心為基點，量測各27m，總寬度為54m。對于其范圍內建筑物影響應根據結構形式布設傾斜和沉降觀測點。在站臺與最邊緣軌道間布置自動沉降點，共布設16排監測點。其中每條測線布置7個測點，一個基準點，點位布置以兩條地鐵隧道的中心線的中線為中心，分別向兩側布置，測點間距為：測點-11m-測點-8m-測點-8m-測點（中心點）-8m-測點-8m-測點-11m-測點-基準點。16條監測線共布設112個路基沉降自動監測點，16個基準點。

既有線自動監測地鐵1號線施工前一周，完成各測點傳感器和監測儀器的安裝調試，建立自動監測系統，開始采集數據，獲取既有鐵路線路狀態的基礎值。在施工期間，自動監測系統每20分鐘（視列車運行情況而定）采集一次數據，每2小時自動形成一份監測結果報表；在非施工期，每2小時采集一次數據，每天自動形成一份監測結果日報表。地鐵施工完成后至少6個月，仍然要保持監測；確定地層變形收斂完成后，方可解除監測，否則應延續監測并采取措施。

4 結語

盾構隧道下穿既有鐵路線路時，必須保證監測能夠準確并及時反映既有線路的工作狀態。長春地鐵1號線在下穿既有鐵路的區間盾構隧道施工中，采用高精度的遠程自動化實時監測系統，對既有鐵路線路路基的變形和運營安全進行實時監測和反饋，通過監測工作的實施，可掌握地鐵下穿長春站工程施工對既有鐵路的影響程度，了解盾構掘進施工過程中地面鐵路線路路基的動態變化，及時發現影響鐵路正常運營的安全隱患，為地鐵建設單位和鐵路運營單位提供準確的監測數據和信息，用監測成果調整設計并指導施工，為軌道防護和運營安全提供有效參考依據。通過自動監測系統進行沉降監測，最大程度地降低了監測與運營的相互影響，為保證既有鐵路運營安全和地鐵盾構隧道的施工提供了科學的依據。

參考文獻

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作者簡介：榮星星（1989- ），男，山西太原人，中鐵三局第四工程有限公司，助理工程師、工程部技術主管，研究方向：地鐵的建設與管理。