臨近鐵路既有線深基坑監測技術

張海明

(中鐵十一局集團第一工程有限公司，湖北 襄陽 441104)

1 工程概況

襄陽北編組站為路網性雙向縱列式三級七場特等編組站，是中國九大鐵路編組站之一。跨襄陽北編組站大橋位于襄陽北編組站II場與III場之間、Ⅳ場與Ⅴ場之間的南側咽喉部位，該處共有正線5股道(分布于站場東西兩側)、站線27股道，共32股道。

跨襄北編組站大橋總長920 m，為(2×100+294)+(226+80+2×60)m雙獨塔斜拉橋。主墩深基坑深10.65 m，長45.9 m，寬35.4 m，外緣距鐵路最近處僅有7 m。采用雙排樁支護結構進行施工，前后排樁采取等長，長度H=26m，樁徑d=1.2 m，前后排樁采用冠梁連接為整體，冠梁寬5.6 m，高1 m，采用C30混凝土，樁間距bs=1.5m，排距L=4.0 m。前排圍護樁樁間設φ800三重管旋噴樁進行止水，樁外再設一排φ800三重管旋噴樁止水帷幕，樁長26 m；樁間素填土及粉質粘土采用φ800@600的三重管旋噴樁進行加固。

2 監測目的

(1)驗證設計，指導施工，實現信息化施工。通過監測支護結構以及支護結構外土體的受力和變形特征，結合周邊建構物的變形，分析設計與實際的符合程度，檢驗設計所采取的各種參數的正確性，驗證支護結構設計的合理性，指導基坑開挖和支護結構的施工，實現動態設計及信息化施工。

(2)為基坑施工安全提供技術保障。支護結構在破壞前，往往會在基坑側向不同部位上出現較大變形，或變形速率明顯增大，通過周密的監控量測，分析支護結構的受力和變形特征，判斷支護結構的穩定性，可以在支護結構破壞前進行預警，以便采取補救措施，減少和避免不必要的損失。

(3)為基坑施工期間周邊既有鐵路等環境的安全提供技術保障。對基坑周邊既有鐵路等環境實施動態監控量測，通過監測數據的分析和整理，了解各監測對象的實際變形情況及施工對周邊環境影響程度，及時確定相應的施工措施，為施工期間既有鐵路軌道的安全提供技術保障。

3 監測內容

(1)基坑部分：圍護結構頂部水平位移、沉降、基坑內外水位監測[1-2]、圍護結構內力監測、支撐軸力監測。

(2)坑外土體部分：深層水平位移(測斜)、坑外地表沉降。

(3)周邊環境部分：鐵路接觸網沉降及水平位移、鐵路路基沉降及水平位移。

4 監測方法

4.1 監測網建立

水平位移監測網：由于該橋梁主墩處于直線上，因此建立監測獨立坐標系時，把主墩中心作為坐標原點，大里程方向(西)作為x軸正方向，右側方向(北)則為y軸正方向。通過計算觀測得到的坐標數據的x、y差值，可直觀地判斷出點位的變化相對于主墩中心前后左右的位置關系。獨立坐標系采用的是閉合導線形式，起始并閉合于附近工程精密導線點上。其主要技術要求如表1所示，平面監測網觀測使用徠卡TM50全站儀(精度0.5″)進行。

表1 水平位移監測基準網的主要技術要求

垂直位移監測網：垂直位移監測網以1985施工高程系統為基準建立，起始并附合于施工控制網水準點上。控制點由基準點和工作基點組成，且在項目施工區域范圍要布置至少3個以上水準基準點，其主要技術要求如表2所示(n為基準點和工作基點數量)。

表2 豎向位移監測基準網的主要技術要求

4.2 監測點布置

(1)圍護結構頂部水平位移、沉降監測點

圍護樁頂部水平位移、沉降監測斷面與地面沉降監測斷面處于統一監測斷面，每個監測斷面的間距為20 m。通過沖擊鉆在支護頂面鉆孔，再放入長150 mm，直徑18～20 mm的圓頭鋼筋，周圍需要充填水泥砂漿。監測點位置如圖1所示。

(2)圍護結構、坑外土體深層水平位移監測點

支護深層水平位移監測斷面與圍護樁、墻頂部水平、豎向位移監測斷面處于統一監測斷面，每個監測斷面的間距為20 m。土體深層水平位移測點里程方向與支護生產水平位移測點斷面，距離冠梁邊緣2 m。監測用到的測斜管應在圍護樁施工時進行埋設，本項目采用綁扎埋設方式，通過直接綁扎將測斜管固定在支護鋼筋籠上，入孔后澆注水下混凝土。

圖1 圍頂部水平位移和沉降監測點布置示意圖

(3)鐵路接觸網、鐵路路基水平位移及沉降監測點

以距離基坑的遠近為依據，每10 m布設一個鐵路路基的水平位移和沉降測點斷面，每個斷面布設3個測點，測點需開挖50 cm深，并施做50 cm×50 cm×50 cm的立方體基礎，埋設18～20 mm的圓頭鋼筋，并在頂端焊接棱鏡。

(4)地表沉降監測點

地表沉降監測斷面的布置應與基坑邊線垂直，每個監測斷面的間距為20 m，每個監測斷面測點間距為3 m、5 m、7 m、10 m、10 m。使用窖井測點的方式埋設監測點，通過人工開挖或者鉆具成孔進行埋設。道路上的監測點埋設時須穿透道路表面結構層，埋設在堅實的地層中，同時應設置保護管及蓋板或砌筑保護井進行保護。

5 監測數據分析

監測數據分析是監測工作最重要的一環。監測數據是基坑開挖后穩定性的動態反映，可為后續指導施工、優化設計提供數據參考，從而全面保證工程安全。因此，要認真、深入分析監測所得數據，判斷監測點的穩定性，而且要及時向施工單位、監理單位、設計單位反饋[2]。

根據統計結果，查看當期累計變化值最大點變化趨勢，如圖2～圖4所示，可以看到：5月25日后，冠梁水平位移點在-1.3～-1.6 mm之間波動；地表沉降點在-3.5 mm上下波動，曲線圖趨勢走平，是基坑已趨于穩定之象。接觸網水平位移一直在-0.2～+0.9 mm區間波動，說明鐵路接解網一直保持穩定，沒有變化或變化極小，基坑防護措施安全有效。

圖2 地表沉降累計變化時程曲線圖

圖3 接觸網水平位移累計變化時程曲線圖

圖4 冠梁水平位移累計變化時程曲線圖

6 監測預警

開展基坑工程監測工作可以實現監測預警，而且起到防范安全事故發生、保證基坑和周圍環境安全的作用。開展監測工作需要以監測預警值為基礎，也是監測過程中評估基坑工程是處于正常還是異常亦或危險狀態的依據，所以，在進行基坑工程監測之前，要合理確定好監測預警值[3]。

本項目結合設計要求和現行規范制定了基坑監測的頻率、控制值和預警值，具體如表3所示。

在對現場巡視觀察及監測數據整理、分析后，如發現異常數據，應立即通過手機短信、電話、網絡電子郵件等方式向業主現場代表、監理、設計、施工等相關方發出預警通知，并及時補發書面形式的預警通知書。

異常數據的定義為：

(1)監測值達到警戒值；

(2)結構變形、位移、裂縫及應力等量測值有不斷增大的趨勢，變化超常、速率過大，變化曲線沒有變緩的趨勢；

(3)相鄰建筑物沉降不均勻、速率過快；

(4)周邊地表、道路開裂塌陷，地下管線出現位移，并有不斷增大的趨勢；

(5)基坑外地下水位變化異常。出現上述情況之一都應定義為異常數據，都應及時發出預警通知。

表3 基坑監測頻率、控制值及警戒值

7 結 語

(1)觀測過程中，必須做到人員、儀器、測站“三固定”。本項目由于在建立監測控制網階段，觀測基點全部采用了強制對中觀測墩，監測點使用了專用棱鏡和專用反射片，使得觀測結果非常穩定，觀測精度大大提高。

(2)溫度變化對觀測結果相對來說影響較大，應盡量選擇在陰天或日落后、日出前氣溫相對穩定的時段進行觀測，且應保證在儀器溫度與外界溫度一致時再開始觀測，同時將實時溫度、濕度、氣壓等參數輸入儀器進行補償修正。

(3)施工時，應注重保護好監測點，從而確保和提升最終結果的精準性和連續性。