TB 10314—2021《邻近铁路营业线施工安全监测技术规程》内容解析

刘 喆,倪光斌,林传年,霍建勋

(中国铁路经济规划研究院有限公司,北京 100038)

截至2020年底，全国铁路营业里程已达到14.6万km。随着我国城镇化建设的持续推进和铁路运营里程的快速增加，邻近铁路营业线施工建设需求与工程数量日益增多[1-5]，但对判别邻近铁路营业线施工对铁路运营设备设施安全的影响，长期缺乏完整、统一的技术标准。

目前，针对普速铁路营业线要求主要依据TG/GW102—2019《普速铁路线路维修规则》[6]，高铁营业线则遵循《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》(铁运〔2012〕83号)[7]及《高速铁路有砟轨道线路维修规则(试行)》(铁运〔2013〕29号)[8]，规则中并未对邻近营业线不同监测等级监测频率、停测标准和变形监测控制指标提出要求；TB10182—2017《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》[9]，首次对下穿高铁的监测提出了解决框架，但主要适用于高速铁路桥梁，铁路隧道、路基等设备设施尚未涵盖。因此，亟需编制适用于铁路工程的邻近营业线施工安全监测技术规范。TB 10314—2021《邻近铁路营业线施工安全监测技术规程》(以下简称“《规程》”)结合铁路行业自身特点，在现有规范标准基础上，参考全国已有邻近铁路营业线施工项目的大量成功实施案例[10-16]，规范了邻近营业线施工技术要求，统一了邻近铁路营业线施工安全监测的监测项目、监测频率和监测控制值，作为判定邻近施工对铁路运营设备设施安全影响的重要依据，为保障铁路运营设备设施的安全，进一步规范和引导邻近施工合理、有序开展奠定了良好的制度基础，经国家铁路局组织审查并批准发布，于2021年6月1日起实施。

1 编制原则

(1)贯彻国家法律法规对铁路建设和设施保护的要求，适应铁路改革与发展的需要，保障铁路设施安全，促进邻近施工顺利有序进行。

(2)注重规程的可操作性、系统性和完整性，细化安全监测标准，明确监测设备使用条件。

(3)进一步适应施工安全监测技术发展需要，总结吸纳新技术、新材料、新设备、新方法相关安全技术要求，强化邻近铁路营业线施工安全监测管理。

(4)认真执行国家、行业有关规范要求，与TB 10182—2017《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》等有关标准相协调。

2 《规程》适用范围

本规程适用于邻近铁路营业线的上跨、下穿及近距离并行等施工期间铁路运营设备设施的变形监测，主要包括基坑开挖、路基填筑、隧道掘进、桥梁架设、桩基施工、降水、重型机械作业、临时堆载、河道拓宽及疏浚等施工作业。

邻近施工安全监测范围、监测等级、监测方法、监测频率、监测预警值、报警值及控制值等可按高速铁路、普速铁路分类确定，城际铁路宜按高速铁路标准执行。高速铁路部分适用于200 km/h及以上的铁路和200 km/h以下仅运行动车组的铁路，200 km/h客货共线铁路也参照高速铁路部分执行，其余均按照普速铁路执行。市域(郊)铁路根据速度等级参照高速铁路或普速铁路标准执行。

3 《规程》主要内容

TB 10314—2021《邻近铁路营业线施工安全监测技术规程》共分为7章，包括：总则，术语，基本规定，监测项目及测点布置，人工监测，自动化监测，检测频率、预警值、报警值及控制值，另有5个附录。本文主要对监测技术主要章节进行阐述。

3.1 提出监测等级

3.1.1 监测项目

邻近铁路项目施工会对既有铁路设备设施的服役状态产生影响，根据影响程度的差异，运营铁路需采取限速或停运等措施[17-19]。监测项目的选取，要有助于铁路运输企业采取合适的措施。

为确保铁路设备设施在邻近施工过程中和完成后的运营安全，首选需要明确监测内容，即监测项目，这些监测项目能直接反映监测对象的位移、变形或受力状态，主要包括路基、桥涵、隧道、站房(附属设施)等重点监测区段的必测和选测项目。必测项目为铁路营业线安全密切相关的项目，选测项目则根据现场实际情况进行确定。

3.1.2 监测区域

《规程》规定邻近铁路施工重点影响区主要包括铁路营业线路堤坡脚、路堑坡顶、桥涵(含公铁两用桥)、隧道以及站房等铁路运营设备设施竖向投影的区域；一般影响区主要包括铁路营业线路堤坡脚、路堑坡顶、桥涵(含公铁两用桥)、隧道以及站房等铁路运营设备设施外侧起向外延伸一定距离的区域。

通过以监测目标为研究对象的静态影响区域划分方法，确定了重点影响区与一般影响区，便于工程人员清晰把握邻近施工监测的重点内容、重点区域。

3.1.3邻近施工影响区

《规程》在参考GB 50911—2013《城市轨道交通工程监测技术规范》的基础上，结合工程所处的地质条件、环境情况，确定了以邻近铁路施工作业范围为研究对象的动态影响区域划分方法。

对于基坑工程，主要影响区、一般影响区和轻微影响区以0.7H、(2.0～3.0)H和(3.0～4.0)H为分界点，具体划分如图1所示。对于高速铁路，主要影响区、一般影响区和轻微影响区以H、(3.0～4.0)H和(4.0～5.0)H为分界点，具体划分如图2所示。

注：H为基坑深度

图2 高速铁路基坑工程影响分区

对于隧道工程，鉴于其施工横向穿越与纵向穿越既有铁路影响的差异，影响区域划分采用不同的方式。横向穿越普速铁路施工，采用应用范围较广的隧道地表沉降曲线Peck计算公式预测的方式，划分隧道工程的不同影响区域。主要影响区、一般影响区和轻微影响区以Peck曲线的反弯点i和2.5倍i作为分界点，如图3所示。根据目前工程经验和相关研究成果，纵向穿越普速铁路施工主要影响区、一般影响区和轻微影响区以(1.0～2.0)(H+D)和(2.0～3.0)(H+D)为分界点，如图4所示。

图3 普速铁路隧道工程横向影响分区

注：R为隧道半径；D为隧道直径；H为隧道拱顶埋深；i为Peck曲线的反弯点与隧道中心线的水平距离。

由于高速铁路控制变形的幅值很小，在长期监测过程中发现其沉降断面曲线与Peck曲线的有一定差异。为确保安全，以埋深和隧道直径作为范围划分的主要技术参数，横向与纵向影响分区如图5、图6所示。在粉砂层地层、淤泥质地层下卧层、高承压水、断层及断裂带等复杂地质情况的邻近施工，可以根据设计或安全评估综合确定。

图5 高速铁路隧道工程横向影响分区

图6 高速铁路隧道工程纵向影响分区

3.1.4 监测等级

在综合确定了以监测目标为研究对象的静态影响区(重点影响区、一般影响区)及以邻近铁路施工作业范围为研究对象的动态影响区(主要影响区、一般影响区和轻微影响区)后，考虑高速和普速铁路的差异，提出了邻近施工安全监测等级，如表1所示。

表1 邻近施工安全监测等级

3.2 测点布置

监测对象、监测区域确定后，需进一步确定测点布置。鉴于各类监测对象的技术差异性，《规程》对主要监测对象的测点和间距进行了规定。监测对象主要包括轨道、路基、桥梁、隧道等[20-22]。

3.2.1 轨道

轨道变形产生的附加作用力直接对列车产生影响，因此，轨道变形是邻近铁路营业线施工安全监测的重要内容。考虑到运营线路安全和各类设施自身结构性差异，在便于监测实际操作的情况下，对于无砟轨道，路基段无砟轨道监测点建议布置在轨道支承层上(图7)，路基段有砟轨道监测点宜布置于轨枕适宜部位(图8)。测点布置主要针对自动化测量方法，当采用人工监测时，可以采用测钉等方式布置轨枕测点。为保证监测顺利进行，需要确保测点稳固、通视顺畅，同时必须满足运营线路不侵限的基本要求。因此，测点安装位置仅作为建议提出。

图7 无砟轨道测点布置示意

图8 有砟轨道测点布置示意

由于桥梁整体结构刚度较大，同时铁路运营单位在一般情况下不允许在桥上布点监测，因此，对于桥梁段轨道的监测主要依据对桥梁墩台的监测结果进行换算。同样的，隧道段轨道监测主要依据隧道结构监测结果进行换算。

3.2.2 路基

路基测点要保证稳固且与路基表层变形一致，同时为提高监测数据的可靠性，建议路基监测点与轨道监测点布置在同一断面。考虑到铁路营业线路基段路肩和路基坡脚附近往往密布各种线缆，布置测点时需避让相关设备设施，无砟轨道和有砟轨道路基监测点如图9、图10所示。

图9 无砟轨道路基测点布置示意

图10 有砟轨道路基测点布置示意

3.2.3 桥梁与隧道

桥梁监测点的布置可结合梁体形式、环境影响因素及监测设备安装方式等进行选择。为监测墩台多个方向的倾斜和沉降，每个墩台布置的监测点不少于4个，如图11所示。

图11 桥墩测点布置示意

运营隧道拱顶位置设置有接触网等设施，出于安全和监测实际情况考虑，监测点布置主要考虑拱腰及拱底部位。隧道监测点每个监测断面不宜少于4个，其中，隧道拱腰两侧应各布置至少1个监测点，道床两侧侧墙应各布置至少1个变形监测点。在隧道段每个监测断面的4个监测点中，上部两个监测点为结构变形监测点，下部两个监测点为轨道变形监测点，如图12所示。目前，铁路隧道多为矿山法施工，《规程》主要针对采用矿山法进行施工的铁路隧道，盾构法、掘进机法隧道监测点可参照布置。

图12 隧道测点布置示意

3.2.4 断面间距分析

测点间距的选择根据邻近施工安全监测等级的差异，给出了各等级情况下间距布置的建议范围。路基段轨道和路基的监测断面间距一致，桥梁、隧道段轨道分别与桥梁、隧道结构断面间距一致。考虑到桥梁结构监测的特殊性，一般可认为监测断面间距为施工影响区范围内墩台的间距。

将《规程》中各设施或结构的高速铁路和普速铁路监测断面间距均值绘制成图13、图14。其中，轨道和路基监测断面均值一致；桥梁由于监测点布置在墩台位置，监测断面间距可认为是梁跨，目前我国铁路主要梁跨为32 m，所以认为桥梁监测断面间距在各监测等级下均为32 m。

图13 高速铁路设施监测断面间距

图14 普速铁路设施监测断面间距

由图13可知，高速铁路除桥梁结构外，监测断面间距差异较小，轨道/路基监测断面间距比隧道监测断面间距略小。由图14可知，对于普速铁路，轨道/路基监测断面间距与双线隧道监测断面间距基本一致，比单线隧道监测断面间距都要小。规定上述监测断面间距的主要原因有：(1)桥梁结构刚度大，整体性最好，考虑监测实际等因素，监测断面间距最大，且不随监测等级变化而变化；(2)高速铁路轨道变形对安全和舒适度影响很大，除桥梁外，各设施和结构的高速铁路监测断面间距比普速铁路监测断面间距小；除桥梁外，在监测等级降低时，各设施和结构的高速铁路监测断面间距比普速铁路监测断面间距增大的幅度小；(3)单线隧道相对双线隧道断面一般较小，整体结构受变形影响小，在普速铁路情况下，单线隧道监测断面间距更大。

3.3 监测频率的确定

监测频率的确定是监测工作的重要内容，与地质条件、周边环境条件、施工方法、施工进度、监测对象及其自身特点等密切相关。监测频率过低，无法保证对监测目标状态及时掌握；监测频率过高，可能会影响现场施工。因此，确定合适的监测频率是确保施工安全、高效的关键。

TB10182—2017《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》第11.0.7条规定[9]，监测频率应符合表2要求，并未根据监测等级划分监测频率。

表2 《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》监测频率

《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》发布以来，已经积累了大量下穿高铁桥梁工程案例。工程实践表明，由于高铁墩台基础较深，4～8次/d的监测频率能够满足工程实际需求。因此，对于U形槽下穿桥梁等类似工程，若已有类似工程成功经验，监测频率可以适当下调监测等级。对于盾构下穿高铁桥梁这类工程，穿越过程中影响区域内土体的应力状态变化难以预测，这种情况下必须坚持1次/2 h乃至实时的监测频率。因此，《规程》在考虑高速、普速铁路情况下，结合提出的监测等级，规定了监测频率的具体要求，如表3所示。本规程的监测频率要求对不同等级的监测项目进行了区分，细化了监测要求，使监测工作更具操作性。

表3 《规程》监测频率

3.4 预警值、报警值及控制值

监测控制值是工程施工过程中对工程自身及周边环境的安全状态或正常使用状态进行判定的重要依据，也是工程设计、工程施工及施工监测等工作的重要控制点。考虑高速铁路与普速铁路的结构特点及变形要求，针对轨道、桥梁、路基、隧道等结构确定不同的监测控制值。由于施工对结构变形的影响具有一定的滞后性，如发现监测对象变形量接近监测报警值时再采取控制措施，可能会很快超过监测控制值，无法起到警报作用，增加了后续施工难度及铁路运营风险。因此，通过增设监测预警值，有利于分阶段控制监测对象的变形，保障工程自身和邻近铁路营业线运营安全。

以高速铁路监测预警值、报警值及控制值举例，根据TG/GW 115—2012《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》，高速铁路200～250 km/h无砟轨道线路静态几何尺寸容许偏差管理值，其作业验收规定的高低、水平、轨向变化控制值均为±2 mm；对于铺设无砟轨道桥墩，控制值与轨道一致，为±2 mm。对于铺设有砟轨道桥墩，根据工程经验，允许变形控制值相对无砟轨道可略有增大，为±3 mm；QCR405.2—2019《铁路桥隧建筑物劣化评定标准 第2部分：隧道》规定，高速铁路隧道整体道床变形、错牙、下沉、上拱小于3 mm时劣化等级为“严重”，大于3 mm时劣化等级为“极严重”；规范中提出铁路隧道整体道床变形、错牙、下沉、上拱3～5 mm时劣化等级为“严重”，大于5 mm时为“极严重”。《规程》在结合劣化评定标准的基础上，考虑铁路营业线隧道结构对邻近施工的敏感程度和自身稳定能力，提出了高速铁路的隧道结构竖向位移及水平位移监测控制值为±5 mm。

确定监测控制值后，结合相关国家标准和其他行业标准，吸纳大量现阶段工程经验后，按照预警值、报警值分别为控制值的60%、80%设定。

4 结语

《规程》在借鉴相关国家和行业等标准基础上，吸纳大量工程实践经验，在综合确定了以监测目标为研究对象的静态影响区(重点影响区、一般影响区)及以邻近铁路施工作业范围为研究对象的动态影响区(主要影响区、一般影响区和轻微影响区)后，考虑高速和普速铁路的差异，系统性地提出了邻近施工安全监测等级，监测等级的划分对于测点布置，监测频率等内容的提出起到了关键核心的作用。《规程》创新成果主要体现在以下4个方面。

(1)统一了邻近铁路营业线施工安全监测项目。将邻近铁路营业线施工安全监测区段分为路基段、桥涵段、隧道段和站房段(附属设施)，并提出了各个区段的必测项目和选测项目。

(2)明确了邻近施工安全监测的作业内容和要求。将邻近施工影响区范围分为主要影响区、一般影响区和轻微影响区，提出了基坑、隧道及其他复杂工程的邻近施工影响区和监测等级划分方法。

(3)实现了不同铁路营业线区段的针对性监测。明确了路基段、桥梁段和隧道段的监测断面间距设置要求、监测点布置方法及布置示意图。

(4)填补了邻近铁路营业线监控指标的空白。明确了高速铁路和普速铁路不同监测等级的监测频率及停测标准，提出了轨道位移、铁路桥梁变形、铁路路基变形、隧道位移变形和站房变形监测的预警值、报警值和控制值。

综上所述，TB 10314—2021《邻近铁路营业线施工安全监测技术规程》完善了邻近铁路营业线施工安全保障措施要求，为保障铁路运营设备设施的安全，发挥规范和引导邻近施工合理、有序开展具有重要的作用。