TB 10314—2021《鄰近鐵路營業線施工安全監測技術規程》內容解析

劉 喆,倪光斌,林傳年,霍建勛

(中國鐵路經濟規劃研究院有限公司,北京 100038)

截至2020年底，全國鐵路營業里程已達到14.6萬km。隨著我國城鎮化建設的持續推進和鐵路運營里程的快速增加，鄰近鐵路營業線施工建設需求與工程數量日益增多[1-5]，但對判別鄰近鐵路營業線施工對鐵路運營設備設施安全的影響，長期缺乏完整、統一的技術標準。

目前，針對普速鐵路營業線要求主要依據TG/GW102—2019《普速鐵路線路維修規則》[6]，高鐵營業線則遵循《高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)》(鐵運〔2012〕83號)[7]及《高速鐵路有砟軌道線路維修規則(試行)》(鐵運〔2013〕29號)[8]，規則中并未對鄰近營業線不同監測等級監測頻率、停測標準和變形監測控制指標提出要求；TB10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》[9]，首次對下穿高鐵的監測提出了解決框架，但主要適用于高速鐵路橋梁，鐵路隧道、路基等設備設施尚未涵蓋。因此，亟需編制適用于鐵路工程的鄰近營業線施工安全監測技術規范。TB 10314—2021《鄰近鐵路營業線施工安全監測技術規程》(以下簡稱“《規程》”)結合鐵路行業自身特點，在現有規范標準基礎上，參考全國已有鄰近鐵路營業線施工項目的大量成功實施案例[10-16]，規范了鄰近營業線施工技術要求，統一了鄰近鐵路營業線施工安全監測的監測項目、監測頻率和監測控制值，作為判定鄰近施工對鐵路運營設備設施安全影響的重要依據，為保障鐵路運營設備設施的安全，進一步規范和引導鄰近施工合理、有序開展奠定了良好的制度基礎，經國家鐵路局組織審查并批準發布，于2021年6月1日起實施。

1 編制原則

(1)貫徹國家法律法規對鐵路建設和設施保護的要求，適應鐵路改革與發展的需要，保障鐵路設施安全，促進鄰近施工順利有序進行。

(2)注重規程的可操作性、系統性和完整性，細化安全監測標準，明確監測設備使用條件。

(3)進一步適應施工安全監測技術發展需要，總結吸納新技術、新材料、新設備、新方法相關安全技術要求，強化鄰近鐵路營業線施工安全監測管理。

(4)認真執行國家、行業有關規范要求，與TB 10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》等有關標準相協調。

2 《規程》適用范圍

本規程適用于鄰近鐵路營業線的上跨、下穿及近距離并行等施工期間鐵路運營設備設施的變形監測，主要包括基坑開挖、路基填筑、隧道掘進、橋梁架設、樁基施工、降水、重型機械作業、臨時堆載、河道拓寬及疏浚等施工作業。

鄰近施工安全監測范圍、監測等級、監測方法、監測頻率、監測預警值、報警值及控制值等可按高速鐵路、普速鐵路分類確定，城際鐵路宜按高速鐵路標準執行。高速鐵路部分適用于200 km/h及以上的鐵路和200 km/h以下僅運行動車組的鐵路，200 km/h客貨共線鐵路也參照高速鐵路部分執行，其余均按照普速鐵路執行。市域(郊)鐵路根據速度等級參照高速鐵路或普速鐵路標準執行。

3 《規程》主要內容

TB 10314—2021《鄰近鐵路營業線施工安全監測技術規程》共分為7章，包括：總則，術語，基本規定，監測項目及測點布置，人工監測，自動化監測，檢測頻率、預警值、報警值及控制值，另有5個附錄。本文主要對監測技術主要章節進行闡述。

3.1 提出監測等級

3.1.1 監測項目

鄰近鐵路項目施工會對既有鐵路設備設施的服役狀態產生影響，根據影響程度的差異，運營鐵路需采取限速或停運等措施[17-19]。監測項目的選取，要有助于鐵路運輸企業采取合適的措施。

為確保鐵路設備設施在鄰近施工過程中和完成后的運營安全，首選需要明確監測內容，即監測項目，這些監測項目能直接反映監測對象的位移、變形或受力狀態，主要包括路基、橋涵、隧道、站房(附屬設施)等重點監測區段的必測和選測項目。必測項目為鐵路營業線安全密切相關的項目，選測項目則根據現場實際情況進行確定。

3.1.2 監測區域

《規程》規定鄰近鐵路施工重點影響區主要包括鐵路營業線路堤坡腳、路塹坡頂、橋涵(含公鐵兩用橋)、隧道以及站房等鐵路運營設備設施豎向投影的區域；一般影響區主要包括鐵路營業線路堤坡腳、路塹坡頂、橋涵(含公鐵兩用橋)、隧道以及站房等鐵路運營設備設施外側起向外延伸一定距離的區域。

通過以監測目標為研究對象的靜態影響區域劃分方法，確定了重點影響區與一般影響區，便于工程人員清晰把握鄰近施工監測的重點內容、重點區域。

3.1.3鄰近施工影響區

《規程》在參考GB 50911—2013《城市軌道交通工程監測技術規范》的基礎上，結合工程所處的地質條件、環境情況，確定了以鄰近鐵路施工作業范圍為研究對象的動態影響區域劃分方法。

對于基坑工程，主要影響區、一般影響區和輕微影響區以0.7H、(2.0～3.0)H和(3.0～4.0)H為分界點，具體劃分如圖1所示。對于高速鐵路，主要影響區、一般影響區和輕微影響區以H、(3.0～4.0)H和(4.0～5.0)H為分界點，具體劃分如圖2所示。

注：H為基坑深度

圖2 高速鐵路基坑工程影響分區

對于隧道工程，鑒于其施工橫向穿越與縱向穿越既有鐵路影響的差異，影響區域劃分采用不同的方式。橫向穿越普速鐵路施工，采用應用范圍較廣的隧道地表沉降曲線Peck計算公式預測的方式，劃分隧道工程的不同影響區域。主要影響區、一般影響區和輕微影響區以Peck曲線的反彎點i和2.5倍i作為分界點，如圖3所示。根據目前工程經驗和相關研究成果，縱向穿越普速鐵路施工主要影響區、一般影響區和輕微影響區以(1.0～2.0)(H+D)和(2.0～3.0)(H+D)為分界點，如圖4所示。

圖3 普速鐵路隧道工程橫向影響分區

注：R為隧道半徑；D為隧道直徑；H為隧道拱頂埋深；i為Peck曲線的反彎點與隧道中心線的水平距離。

由于高速鐵路控制變形的幅值很小，在長期監測過程中發現其沉降斷面曲線與Peck曲線的有一定差異。為確保安全，以埋深和隧道直徑作為范圍劃分的主要技術參數，橫向與縱向影響分區如圖5、圖6所示。在粉砂層地層、淤泥質地層下臥層、高承壓水、斷層及斷裂帶等復雜地質情況的鄰近施工，可以根據設計或安全評估綜合確定。

圖5 高速鐵路隧道工程橫向影響分區

圖6 高速鐵路隧道工程縱向影響分區

3.1.4 監測等級

在綜合確定了以監測目標為研究對象的靜態影響區(重點影響區、一般影響區)及以鄰近鐵路施工作業范圍為研究對象的動態影響區(主要影響區、一般影響區和輕微影響區)后，考慮高速和普速鐵路的差異，提出了鄰近施工安全監測等級，如表1所示。

表1 鄰近施工安全監測等級

3.2 測點布置

監測對象、監測區域確定后，需進一步確定測點布置。鑒于各類監測對象的技術差異性，《規程》對主要監測對象的測點和間距進行了規定。監測對象主要包括軌道、路基、橋梁、隧道等[20-22]。

3.2.1 軌道

軌道變形產生的附加作用力直接對列車產生影響，因此，軌道變形是鄰近鐵路營業線施工安全監測的重要內容。考慮到運營線路安全和各類設施自身結構性差異，在便于監測實際操作的情況下，對于無砟軌道，路基段無砟軌道監測點建議布置在軌道支承層上(圖7)，路基段有砟軌道監測點宜布置于軌枕適宜部位(圖8)。測點布置主要針對自動化測量方法，當采用人工監測時，可以采用測釘等方式布置軌枕測點。為保證監測順利進行，需要確保測點穩固、通視順暢，同時必須滿足運營線路不侵限的基本要求。因此，測點安裝位置僅作為建議提出。

圖7 無砟軌道測點布置示意

圖8 有砟軌道測點布置示意

由于橋梁整體結構剛度較大，同時鐵路運營單位在一般情況下不允許在橋上布點監測，因此，對于橋梁段軌道的監測主要依據對橋梁墩臺的監測結果進行換算。同樣的，隧道段軌道監測主要依據隧道結構監測結果進行換算。

3.2.2 路基

路基測點要保證穩固且與路基表層變形一致，同時為提高監測數據的可靠性，建議路基監測點與軌道監測點布置在同一斷面。考慮到鐵路營業線路基段路肩和路基坡腳附近往往密布各種線纜，布置測點時需避讓相關設備設施，無砟軌道和有砟軌道路基監測點如圖9、圖10所示。

圖9 無砟軌道路基測點布置示意

圖10 有砟軌道路基測點布置示意

3.2.3 橋梁與隧道

橋梁監測點的布置可結合梁體形式、環境影響因素及監測設備安裝方式等進行選擇。為監測墩臺多個方向的傾斜和沉降，每個墩臺布置的監測點不少于4個，如圖11所示。

圖11 橋墩測點布置示意

運營隧道拱頂位置設置有接觸網等設施，出于安全和監測實際情況考慮，監測點布置主要考慮拱腰及拱底部位。隧道監測點每個監測斷面不宜少于4個，其中，隧道拱腰兩側應各布置至少1個監測點，道床兩側側墻應各布置至少1個變形監測點。在隧道段每個監測斷面的4個監測點中，上部兩個監測點為結構變形監測點，下部兩個監測點為軌道變形監測點，如圖12所示。目前，鐵路隧道多為礦山法施工，《規程》主要針對采用礦山法進行施工的鐵路隧道，盾構法、掘進機法隧道監測點可參照布置。

圖12 隧道測點布置示意

3.2.4 斷面間距分析

測點間距的選擇根據鄰近施工安全監測等級的差異，給出了各等級情況下間距布置的建議范圍。路基段軌道和路基的監測斷面間距一致，橋梁、隧道段軌道分別與橋梁、隧道結構斷面間距一致。考慮到橋梁結構監測的特殊性，一般可認為監測斷面間距為施工影響區范圍內墩臺的間距。

將《規程》中各設施或結構的高速鐵路和普速鐵路監測斷面間距均值繪制成圖13、圖14。其中，軌道和路基監測斷面均值一致；橋梁由于監測點布置在墩臺位置，監測斷面間距可認為是梁跨，目前我國鐵路主要梁跨為32 m，所以認為橋梁監測斷面間距在各監測等級下均為32 m。

圖13 高速鐵路設施監測斷面間距

圖14 普速鐵路設施監測斷面間距

由圖13可知，高速鐵路除橋梁結構外，監測斷面間距差異較小，軌道/路基監測斷面間距比隧道監測斷面間距略小。由圖14可知，對于普速鐵路，軌道/路基監測斷面間距與雙線隧道監測斷面間距基本一致，比單線隧道監測斷面間距都要小。規定上述監測斷面間距的主要原因有：(1)橋梁結構剛度大，整體性最好，考慮監測實際等因素，監測斷面間距最大，且不隨監測等級變化而變化；(2)高速鐵路軌道變形對安全和舒適度影響很大，除橋梁外，各設施和結構的高速鐵路監測斷面間距比普速鐵路監測斷面間距小；除橋梁外，在監測等級降低時，各設施和結構的高速鐵路監測斷面間距比普速鐵路監測斷面間距增大的幅度小；(3)單線隧道相對雙線隧道斷面一般較小，整體結構受變形影響小，在普速鐵路情況下，單線隧道監測斷面間距更大。

3.3 監測頻率的確定

監測頻率的確定是監測工作的重要內容，與地質條件、周邊環境條件、施工方法、施工進度、監測對象及其自身特點等密切相關。監測頻率過低，無法保證對監測目標狀態及時掌握；監測頻率過高，可能會影響現場施工。因此，確定合適的監測頻率是確保施工安全、高效的關鍵。

TB10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》第11.0.7條規定[9]，監測頻率應符合表2要求，并未根據監測等級劃分監測頻率。

表2 《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》監測頻率

《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》發布以來，已經積累了大量下穿高鐵橋梁工程案例。工程實踐表明，由于高鐵墩臺基礎較深，4～8次/d的監測頻率能夠滿足工程實際需求。因此，對于U形槽下穿橋梁等類似工程，若已有類似工程成功經驗，監測頻率可以適當下調監測等級。對于盾構下穿高鐵橋梁這類工程，穿越過程中影響區域內土體的應力狀態變化難以預測，這種情況下必須堅持1次/2 h乃至實時的監測頻率。因此，《規程》在考慮高速、普速鐵路情況下，結合提出的監測等級，規定了監測頻率的具體要求，如表3所示。本規程的監測頻率要求對不同等級的監測項目進行了區分，細化了監測要求，使監測工作更具操作性。

表3 《規程》監測頻率

3.4 預警值、報警值及控制值

監測控制值是工程施工過程中對工程自身及周邊環境的安全狀態或正常使用狀態進行判定的重要依據，也是工程設計、工程施工及施工監測等工作的重要控制點。考慮高速鐵路與普速鐵路的結構特點及變形要求，針對軌道、橋梁、路基、隧道等結構確定不同的監測控制值。由于施工對結構變形的影響具有一定的滯后性，如發現監測對象變形量接近監測報警值時再采取控制措施，可能會很快超過監測控制值，無法起到警報作用，增加了后續施工難度及鐵路運營風險。因此，通過增設監測預警值，有利于分階段控制監測對象的變形，保障工程自身和鄰近鐵路營業線運營安全。

以高速鐵路監測預警值、報警值及控制值舉例，根據TG/GW 115—2012《高速鐵路無砟軌道線路維修規則(試行)》，高速鐵路200～250 km/h無砟軌道線路靜態幾何尺寸容許偏差管理值，其作業驗收規定的高低、水平、軌向變化控制值均為±2 mm；對于鋪設無砟軌道橋墩，控制值與軌道一致，為±2 mm。對于鋪設有砟軌道橋墩，根據工程經驗，允許變形控制值相對無砟軌道可略有增大，為±3 mm；QCR405.2—2019《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準 第2部分：隧道》規定，高速鐵路隧道整體道床變形、錯牙、下沉、上拱小于3 mm時劣化等級為“嚴重”，大于3 mm時劣化等級為“極嚴重”；規范中提出鐵路隧道整體道床變形、錯牙、下沉、上拱3～5 mm時劣化等級為“嚴重”，大于5 mm時為“極嚴重”。《規程》在結合劣化評定標準的基礎上，考慮鐵路營業線隧道結構對鄰近施工的敏感程度和自身穩定能力，提出了高速鐵路的隧道結構豎向位移及水平位移監測控制值為±5 mm。

確定監測控制值后，結合相關國家標準和其他行業標準，吸納大量現階段工程經驗后，按照預警值、報警值分別為控制值的60%、80%設定。

4 結語

《規程》在借鑒相關國家和行業等標準基礎上，吸納大量工程實踐經驗，在綜合確定了以監測目標為研究對象的靜態影響區(重點影響區、一般影響區)及以鄰近鐵路施工作業范圍為研究對象的動態影響區(主要影響區、一般影響區和輕微影響區)后，考慮高速和普速鐵路的差異，系統性地提出了鄰近施工安全監測等級，監測等級的劃分對于測點布置，監測頻率等內容的提出起到了關鍵核心的作用。《規程》創新成果主要體現在以下4個方面。

(1)統一了鄰近鐵路營業線施工安全監測項目。將鄰近鐵路營業線施工安全監測區段分為路基段、橋涵段、隧道段和站房段(附屬設施)，并提出了各個區段的必測項目和選測項目。

(2)明確了鄰近施工安全監測的作業內容和要求。將鄰近施工影響區范圍分為主要影響區、一般影響區和輕微影響區，提出了基坑、隧道及其他復雜工程的鄰近施工影響區和監測等級劃分方法。

(3)實現了不同鐵路營業線區段的針對性監測。明確了路基段、橋梁段和隧道段的監測斷面間距設置要求、監測點布置方法及布置示意圖。

(4)填補了鄰近鐵路營業線監控指標的空白。明確了高速鐵路和普速鐵路不同監測等級的監測頻率及停測標準，提出了軌道位移、鐵路橋梁變形、鐵路路基變形、隧道位移變形和站房變形監測的預警值、報警值和控制值。

綜上所述，TB 10314—2021《鄰近鐵路營業線施工安全監測技術規程》完善了鄰近鐵路營業線施工安全保障措施要求，為保障鐵路運營設備設施的安全，發揮規范和引導鄰近施工合理、有序開展具有重要的作用。