自动监测系统在盾构下穿既有铁路路基工程中的应用

摘 要：在地铁盾构隧道穿越既有铁路线路工程的施工过程中，对既有铁路线路实施变形监测是确保铁路运营安全的重要措施之一。文章以长春地铁1号线盾构下穿长春火车站站场实施自动监测为例，分析了自动监测系统的特点，研究了自动监测系统在盾构下穿铁路监测中的应用。

关键词：地铁；盾构隧道；下穿；沉降；自动监测

为解决城市交通的拥堵问题，我国正在进行大规模的地铁建设，地铁建设穿越既有线路或铁路线路已不可避免。然而，在盾构施工过程中不可避免地对地层产生扰动，可能引起地表路基及周边建筑物变形或沉降。因此，在新建地铁的施工中，必须保证既有线路及既有铁路线路的安全运营，使得盾构施工面临着极大的技术难度和安全风险。伴随隧道施工发展的监控量测技术的应用，为确保盾构隧道施工的安全提供了外部保障，通过对路基及建筑物沉降的进行观测，分析和监测路基及建筑物的沉降情况，当发现有异常沉降时，可及时分析原因、采取措施，保证铁路的运营安全以及工程周围建筑的安全和正常使用。然而传统的监测方法在信息获取与处理的及时性、有效性方面还存在着很大的不足，特别是运营铁路线路，无法时时对铁路线路进行监测，只能对铁路线路的沉降进行远程自动监测。

1 工程概况

长春地铁1号线长春火车北广场站至长春火车南广场站盾构区间右线起始里程K15+347.072，终点里程K15+810.2，右线长460.887m，左线长445.152m。下穿位置位于曲线段，曲线半径380m。连续穿越铁路火车站北广场枢纽、南北通道、北站房，哈大客专雨棚，铁路22股道（9条客专，13条普客）、火车站台、南站房、站前广场等构筑物。既有线路均为碎石道床，1～9股道为哈大高铁线路，10～22股道为普通股道，其中地铁盾构区间结构穿越段位于碎石道床范围。线路埋深约为24～25m。

2 自动监测系统的组成及特点

本工程采用基于液力测量的路基沉降变形自动监测系统进行铁路路基沉降的自动监测。自动监测主要是通过对建立的实时自动监测系统，对关键监测点进行实时自动监测，实现自动采集、远程传输、实时分析和预警预报，为相关单位及时提供监测结果。实时自动监测系统主要有现场监测站、无线通讯网络和主监测中心组成（如图1所示）。现场监测站负责自动采集监测范围内所有测点的变形情况，并自动将采集数据传输给主监测中心；无线通讯网络负责现场监测站和主监测中心之间的数据通信，主要采用移动通讯GSM的GPRS或3G网络方式进行数据通信；主监测中心负责现场监测站所有监测数据的自动接受、汇总、存储、分析和预警预报，并对现场监测站的采集方式进行控制。与主监测中心相连的分中心授权用户可按照用户权限查询监测结果；对监测结果按黄色、橙色和红色三级预警进行管理，黄色预警为控制值的70%，橙色预警为控制值的85%，红色预警为达到控制值。

3 监测点的布设及监测要求

根据设计文件以及现场的具体情况分析，地铁施工对路基变形的主要影响区域内。按设计要求铁路轨道监测范围为以两隧道中心为基点，量测各27m，总宽度为54m。对于其范围内建筑物影响应根据结构形式布设倾斜和沉降观测点。在站台与最边缘轨道间布置自动沉降点，共布设16排监测点。其中每条测线布置7个测点，一个基准点，点位布置以两条地铁隧道的中心线的中线为中心，分别向两侧布置，测点间距为：测点-11m-测点-8m-测点-8m-测点（中心点）-8m-测点-8m-测点-11m-测点-基准点。16条监测线共布设112个路基沉降自动监测点，16个基准点。

既有线自动监测地铁1号线施工前一周，完成各测点传感器和监测仪器的安装调试，建立自动监测系统，开始采集数据，获取既有铁路线路状态的基础值。在施工期间，自动监测系统每20分钟（视列车运行情况而定）采集一次数据，每2小时自动形成一份监测结果报表；在非施工期，每2小时采集一次数据，每天自动形成一份监测结果日报表。地铁施工完成后至少6个月，仍然要保持监测；确定地层变形收敛完成后，方可解除监测，否则应延续监测并采取措施。

4 结语

盾构隧道下穿既有铁路线路时，必须保证监测能够准确并及时反映既有线路的工作状态。长春地铁1号线在下穿既有铁路的区间盾构隧道施工中，采用高精度的远程自动化实时监测系统，对既有铁路线路路基的变形和运营安全进行实时监测和反馈，通过监测工作的实施，可掌握地铁下穿长春站工程施工对既有铁路的影响程度，了解盾构掘进施工过程中地面铁路线路路基的动态变化，及时发现影响铁路正常运营的安全隐患，为地铁建设单位和铁路运营单位提供准确的监测数据和信息，用监测成果调整设计并指导施工，为轨道防护和运营安全提供有效参考依据。通过自动监测系统进行沉降监测，最大程度地降低了监测与运营的相互影响，为保证既有铁路运营安全和地铁盾构隧道的施工提供了科学的依据。

参考文献

[1] 张成平，张顶立，骆建军，王梦恕，吴介普.地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统[J].岩土力学，2009，30（06）：161-167.

[2] 桂芳茹.自动监测系统在基坑工程周围环境监测中的应用研究[J].四川建筑科学研究，2014，40（05）：160-163.

作者简介：荣星星（1989- ），男，山西太原人，中铁三局第四工程有限公司，助理工程师、工程部技术主管，研究方向：地铁的建设与管理。