地铁隧道下穿既有线对线路结构变形影响的研究

2020-08-11盖忠奎江春建

工程建设与设计 2020年14期

盖忠奎，江春建

（河北建设勘察研究院有限公司，石家庄050031）

1 引言

随着城镇化的迅速发展，新建地铁下穿既有线路的状况不断增多，地铁隧道施工会对原有铁路结构造成影响，工程建设中不仅要使新建地铁处在安全状态，同时还要确保不会对原有线路结构产生较大影响[1]。本文选取某市轨道交通工程1号线张营停车场—西王站区间下穿既有铁路为研究对象，对既有铁路线的轨道、路基、桥梁等结构进行监测，并对监测数据进行分析从而对既有地铁的结构是否处于安全状态做出判断。

2 研究方法

通过文献查阅，总结前人有关地铁穿越既有线监测方面的研究成果，分析研究中存在的问题，提炼自己的观点。借鉴相关理论研究变形的机理、破坏模式，分析变形、破坏产生的原因以及影响其沉降变形的主要因素[2]。

利用相应的仪器（全站仪、水准仪）采集地面路基沉降、轨道沉降、桥墩沉降等数据，并对监测数据进行分析从而对既有铁路的结构是否在安全的范围内做出相应的判断[3]。

3 地铁隧道施工对既有铁路的影响

既有线路的轨道结构非常复杂，道床产生的形变以及铁路线路表面的不平顺则是地铁隧道下穿既有铁路造成的2个主要影响及损害。既有铁路的道床组成材料主要是以碎石为主，在列车产生的负荷下，轨道枕木与道砟之间相互接触，会对道砟变形量大小产生较大的影响。地铁隧道的下穿可能会使路基发生沉降，列车运行时不同应力作用下，轨道会发生横向或纵向的变形。

4 工程实例

4.1 工程概况

本文以某市地铁1号线张西区间为研究对象，对其进行安全监测，区间总长度约905.9m，区间向下穿越中山西路及位于其南侧的绿地，向南绕行铁路桥并下穿铁路路基段，区间顶覆土约4.0～10.0m。

4.2 监测内容及使用仪器

根据业主委托对地铁1号线下穿既有铁路结构、桥梁进行安全监测。观测所用仪器为徕卡DNA03数字水准仪（S05级）。

4.3 监测实施及数据分析

变形监测工程较为复杂，根据某市地铁1号线张西区间

的现场实际情况，考虑周边环境情况，监测的内容主要有路基沉降、轨道沉降、桥墩沉降等。

4.3.1 监测实施

路基沉降测点埋设：为了使路基的沉降观测点不遭到压力的作用，监测点的标志采用窖井的形式，监测点的布置要与地面保持水平，并不能影响道路的正常通行。

轨道沉降测点埋设：为保护铁路轨道安全状态不受监测影响，选取轨道扣轨的帽钉作为监测点。监测点应选在帽钉突出的位置，测点应标记清晰，方便保存。

高架桥墩沉降测点埋设：地铁隧道穿越既有铁路位置处左右两侧桥墩上各布置2个观测点，检测仪器用特定的胶粘到桥墩布置测点上。

监测方法：上述监测项目均使用电子水准仪和因瓦尺进行观测，利用几何水准的测量方法进行观测，所使用仪器经具有相应资质的仪器检定单位鉴定合格并在检定有效期内使用。

4.3.2 数据处理分析

在外业测量结束后，用U盘将数据传输到计算机，确认无误后利用相关软件进行平差计算，从而得到测点高程。本文选取轨道沉降、路基沉降、桥墩沉降监测项目进行数据分析。

1）轨道沉降。从2014年11月7日开始监测，截至2015年3月3日，共监测铁路轨道沉降点33个，监测1 220次。累计沉降最大点为G2-04，沉降值为29.97mm，变形速率为0.23mm/d，轨道监测点沉降数据变化稳定，变化曲线如图1所示。

图1轨道沉降点监测变化曲线

2）路基沉降。2014年11月7日开始监测，截至2015年3月3日，共监测路基沉降点8个，监测768次。累计沉降最大点为Q13，累计变化值为1.48mm，变形速率为0.01mm/d，沉降监测点数据变化稳定，变化曲线如图2所示。

3）桥墩沉降。2014年11月7日开始监测，截至2015年3月3日，共监测框架桥桥墩沉降点8个，监测769次。累计沉降最大点为Q12，沉降值为1.73mm，变形速率为0.01mm/d，框架桥桥墩沉降数据变化稳定，变化曲线如图3所示。

图2铁路路基沉降监测点变化曲线

图3桥墩沉降变化曲线

通过数据分析及现场巡视情况可知轨道沉降、路基沉降、桥墩沉降监测项目在整个地铁隧道施工过程中，数据变化较稳定，没有异常数据出现，分析主要原因为隧道支护采用复合衬砌形式。另外，隧道的开挖方式采用了台阶法，先开挖上部土体，开挖后马上进行初次支护，并且在开挖过程中禁止超挖，随挖随支护。当初次支护施工完毕稳定后应及时施工二次衬砌。在施工时加强地下隧道施工中的监控量测，并将得到的数据及时进行分析并实时反馈结果。

以上采取的措施对隧道自身结构的稳定和既有铁路结构的安全起着关键的作用，通过监测数据分析，能够预判变形的趋势，从而达到监测的预期效果。