明挖基坑横穿对运营高铁安全保护监测方案设计

　　摘 要：以哈大高铁受临近地铁基坑施工影响所产生的形变分析预测为前提，结合两者现场施工实际情况开展高铁保护监测方案设计，同时，提出几条监测注意要点，希望对类似监测工程提供参考借鉴。

　　关键词：高铁；监测；方案设计；实施要点

　　引言

　　明挖基坑施工的开挖过程会引起基坑围护结构侧向位移形变和坑底隆起回弹，扰动周边土体从而改变周边土体初始应力状态，对周边环境产生一定的形变影响，而高铁路基及线路设备变形控制标准极其严格，变形超标且处理不当可能影响铁路的运营，甚至严重的安全事故，所以，临近高铁的基坑施工全程必须对既有高铁路基及线路开展严格的监控测量，掌握既有线路变形程度及发展趋势。

　　1.工程概况

　　某合同段地铁区间设计采用明挖基坑施工型式，设计总长377.1m、相对标高-22.61m～-16.7m，与已投入试运营的哈大高铁线路垂直交叉，高铁路基顶面相对标高约-1.89m，正线线间距5m，路基顶部宽度12m，路基边坡坡度为1：1.5，由于封闭式运营，因此路基外侧设有栅栏。

　　地铁穿越高铁线路施工过程采用先放坡至地铁区间顶标高位置，而后灌注桩和内支撑联合支护型式，为保证哈大高铁正常运营不受影响，正线开挖期间高铁采用过渡便线方案，同时，地铁区间分A、B、C和D四个区段依次施作：先期施工A区82m范围，而后高铁转线至过渡便线，施工B区81m范围和C区129m范围，最后高铁转线至正线，施工D区85m范围。详见图1：

　　图1 地铁区间施工分区示意图

　　2.形变分析预测及监测控制

　　为确保高铁长期安全运营，必须厘清地铁基坑施工对哈大高铁的形变影响及监测控制重点，继而实施监测方案设计。

　　2.1地铁项目开始之前，高铁正处于建设期，其正线的沉降基本稳定，但过渡便线的施工工期很短，在列车动荷载及路基本体的静载作用下路基自身可能存在蠕变趋势，参见图2。图中可以看出路基本体会发生沉降的同时路基坡脚会发生外倾，而在过渡便线侧旁又要开挖地铁B区及C区，两者的变形趋势一致，形变叠加。

　　图2 过渡便线蠕变趋势示意图

　　因此在本阶段必须加强过渡便线监测及数据分析工作，厘清形变发生的主要因素和次要因素，为判别引发形变的责任方提供科学依据。建立畅通信息渠道把施工引起的一系列动态变化信息第一时间反馈到施工现场，使现场及时调整施工参数，优化改进施工方法，以避免危及铁路行车运营安全的事故发生。

　　2.2地铁基坑开挖采用2级放坡开挖，场地内正线的填筑复原范围长达66m，B区及C区施工后期，高铁正线的复原性施工开始，考虑此段路基属于高铁今后的永久构筑物，因此相关部门应严格把控地基填筑质量，同时依据路基监测形变速率来确定是否满足转线并运营的条件。

　　2.3在高铁转到正线后，考虑正线的填筑受工期所限，填筑速度较快，易造成新填筑的地基与两侧的高铁原地基土质密实度和土体结构不同，两者的固结度也不完全相同，列车的动应力作用等同于“打夯”施工，将进一步“夯实”回填土部分，从而使新填筑路基呈现沉降槽，参见图3。同时，考虑地铁区间两侧属混凝土结构与回填土的软硬交接处，若处理不好极易引发路基不均匀沉降，导致高速列车出现“跳车”现象。因此在转线后应加强地铁区间施工影响范围内，尤其是回填土范围内的路基变形监测，来判断前期施工质量，同时预测满足高速列车正常开行的时间。

　　图3 隧道顶部不均匀沉降示意图

　　3.监测方案设计

　　为保证哈大高铁结构自身安全及运营安全，地铁施工全程应开展高铁结构多方位保护性监测，实现多道防线，层层设防。

　　第一道防线：由于地铁区间隧道明挖基坑上部采用放坡开挖，因此掌握上部基坑外侧土体稳定情况十分关键，必须在高铁周边布置土体深层位移观测装置，及时预测土体的变形情况。

　　第二道防线：由于高铁全线处于全封闭试运营状态，监测人员只能在“天窗期”进入相关区域内工作，根据设计部门技术文件，本次监测不以直接监测轨道形变为主，而以路基边坡的竖向和水平变形来间接反映轨道形变，进而预测高铁线路所受影响。具体监测设计如下：

　　3.1监测范围

　　根据设计部门技术文件，本工程以地铁区间结构边缘线为界，沿高铁线路方向两端各取85m，即有效长度170m作为监测范围。

　　3.2监测服务阶段及监测项目

　　根据高铁两次变线的实际进展，拟将本工程的监测服务工作划分为四个阶段：

　　1）地铁A区施工阶段

　　高铁正线已处于试运营阶段，路基填筑时间较长，判定路基基本稳定，因此本阶段以观测基坑开挖导致的线路形变为主，具体如下：

　　土体深层位移监测：高铁线路与基坑之间直接影响范围内布设5处，两端各延长15m布设1处，共计7处，孔深不低于23.35m，距离基坑30m，尽可能涵盖所有的潜在土体滑裂面。

　　路基沉降监测：在临近地铁区间施工侧高铁路堤边坡坡脚处布设13处沉降测点，遵循近密远疏的布点原则。

　　路基水平位移监测：临近路基沉降监测点布设固定的配套莱卡专用棱镜，加设保护盖，测点共计13处。

　　2）转过渡便线后地铁B区及C区施工阶段

　　由于过渡便线施工时间较短，路基本体的工后沉降尚未稳定，因此本阶段监测工作的重点是厘清过渡便线未受施工干扰段的路基形变及受基坑开挖影响段的路基形变，便于对比分析地铁施工段线路变形的成因及构成比例，具体如下：

　　土体深层位移监测：在高铁过渡便线两侧布设，埋点位置参照第一阶段，测点共计14处。

　　路基沉降监测：在高铁过渡便线两侧布设，埋点位置参照第一阶段，为厘清填筑质量诱发沉降与基坑开挖诱发沉降之间的关系，在影响范围之外两侧各布置3个沉降监测点，测点共计38处。

　　路基水平位移监测：在高铁过渡便线两侧布设，埋点位置临近路基沉降测点，为厘清填筑质量诱发位移与基坑开挖诱发位移之间的关系，在影响范围之外两侧各布置3个位移监测点，测点共计38处。

　　3）地铁B区及C区施工后期高铁正线填筑复原阶段

　　本阶段应以监测正线填筑时期的路基本体及地基的形变为主，旨在评估达到二次转线并开行列车的时机，同时判断路基填筑复原质量，具体如下：

　　路基沉降监测：在路基中央布设深层沉降标，以监测路基沉降情况，测点共计13处，遵循近密远疏的布点原则。

　　回填土沉降监测：在路基中央及两边各布设一组沉降板，以监测回填土部分的沉降情况，埋点位置与路基沉降标同断面，共计39处。

　　坡脚沉降监测：在高铁正线两侧布设，与路基沉降点同断面，共计26处。

　　坡脚水平位移监测：临近坡脚沉降监测点布设固定的配套莱卡专用棱镜，共计26处。

　　4）高铁二次转线后正线监测阶段

　　本阶段监测重点关注运营状态下填土段在列车动应力作用下沉降和侧向变形。

　　由于列车运营，路基面上测点无法监测，仅对坡脚处即有沉降及水平位移测点实施监测。