地铁盾构施工穿越高速铁路车站变形监测技术

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　　摘    要：现阶段，随着我国经济的快速发展，铁路的建设也十分迅速。地铁盾构穿过铁路车站时，对于车站有着较大的影响范围。本文首先对于工程概况进行阐述，同时对于盾构工程对铁路车站变形影响情况进行分析，最后对于相关的监测技术进行研究。希望通过本文，能够为地铁盾构穿过铁路车站的变形监测提供一些参考和帮助。
　　关键词：地铁盾构施工;高速铁路车站;变形监测技术
　　1  引言
　　地铁盾构下穿沪宁高速铁路常州站，对车站的影响范围较大。首先，数值计算盾构施工引起的高速铁路结构和附属设施的变形;其次，高速铁路控制保护标准提出监控测量的范围、内容和频率，制定了监控测量方案;最后，施工过程中依据监测数据及时调整盾构施工参数，采用了测量机器人实时了解动态自动化监测系统，效果良好，经实践检验完全可行并具有应用推广价值。
　　2  工程概况
　　天津地铁6号线工程东北起自大毕庄，南至水上东路，线路全长31.772km，全线共设25座车站，设车辆段一座。本合同段为第12合同段，主要包括天泰路站、北运河站2座车站以及南口路站～天泰路站～北运河站～北竹林站等3个区间隧道盾构工程。本合同段北运河站采用明挖顺做法施工，标准段基坑深度约24.2m，采用1000mm厚地连墙，深度42m;端头井基坑深25.7m，采用1200mm厚地连墙，深度45m。车站位于北运河河道转弯处，车站小里程端头井侧墙距离河堤岸最近距离74m，活塞风井距离河堤岸最近距离约61m。因此车站围护结构地下连续墙超深、超厚，车站主体结构又距离北运河道较近是本工程第一特点。
　　3  地铁盾构穿越高速铁路变形影响分析
　　高速铁路行车对轨道不平顺性要求严格，需严格控制地铁盾构工程所引起的铁路沉降与变形以及对附属建筑物的变形影响。因此需要对盾构施工影响高速铁路变形进行理论分析和模拟计算，主要内容为：①计算分析地铁盾构施工对高速铁路的影响，评价轨道沉降与变形是否满足铁路安全运营要求，分析混凝土筏板与桩基的变形是否满足安全要求，并提出铁路安全保护措施与建议。②计算分析地铁区间盾构施工对高速铁路相关建构筑物的影响，评价建构筑物沉降与变形是否满足安全要求，并提出保护措施与建议。③提出铁路保护监测要求。
　　4  监测技术研究
　　4.1  监测频率及范围分析
　　在进行盾构工程的过程当中，应根据现场的实际情况来对于监测频率进行制定，并对于某些异常的情况变化以及较为特殊的工程状况进行监测频率的增加，在必要的情况下应采取跟踪监测的方式来对其进行监测。进行监测时所获得的结果应及时向相关部门进行上报。另外一方面，在盾构工程施工的过程当中，应设立专门的工作人员来对现场进行24h的巡视工作。
　　4.2  监测标准
　　在对高速铁路车站变形的监测过程当中，对于监测控制标准的制定上应建立在进行周边环境调查的前提条件下，根据该环境当中所具备的安全程度和重要程度来对于监测标准进行准确评估和制定，并充分考虑到产权单位的相关要求。本工程的监控标准以设计文件中所要求的内容为准。
　　4.3  自由测站监测精度分析
　　自由测站监测技术的主要特点在于可对监测精度进行随时调整和控制，并能够自动的设置站点。通过利用自由测站监测技术，能够根据实际的监测要求，并以监测交汇次数及设站位置为依据，来对于监测过程进行控制，从而符合铁路车站变形的监测要求。因为在监测区域当中通常会存在一定程度的施工干扰情况，在加上施工区域地质情况不具备稳定性，因此应专门设置出科学合理的对应该区域实际情况的平面位移监测网络。在具体的测量过程中，可利用精度非常高的机器人来进行测量过程，可将测量精度控制在1mm以内。
　　4.4  三维自动化监测
　　三维自动化监测系统，通过对于全站仪的驱动来完成对于盾构穿越区域的多次监测，并在监测的过程中，能够对于所有的限差参数进行控制。首先将监测的原始文件通过互联网传送到服务器当中，然后再将其从服务器转移到数据库当中，接着对于数据库中的文件进行平差程序，最终能够计算出监测位置的具体坐标。在得出坐标后，可将其按照实践顺序进行保存，接着三维自动化监测系统会生成报表，通过电脑可对各项数据及报表进行随时的查询。一旦监测结果超过的时限，那么系统将会进行报警。
　　4.5  实时三维动态自动化监测技术
　　全站仪三维自由设站法由于变形监测区域不稳定且环境复杂，因此基准点或工作基点通常设置在距离变形监测区域较远的相对稳定区域，从而限制了变形监测网的网形设计，实际观测中也易受到更多的误差源影响。而全站仪自由设站法不需要在基准点或工作基点上设站，可通过灵活的设站选择来优化监测网形，削弱误差源的影响，有效提高控制网的可靠性和精度。自由设站三維整体平差函数模型三维整体平差的全站仪自由设站方法理论严密，将全站仪的直接观测值（天顶距、斜距和水平方向值）作为原始数据建立观测方程，从而得到误差方程并依据最小二乘原理进行求解。三维整体平差模型是一种对全站仪的水平方向值、天顶距和斜距进行直接处理的平差函数模型。全站仪三维自由设站时，需后视不少于2个已知控制点，即已知值一般多于6个，而全站仪设站的未知值仅4个，故需采用最小二乘平差的方法来求解全站仪设站的未知参数。在实际进行监测时，为确保成果的可靠性，已知控制点要多于2个，同时，为了实时的显示监测成果，必须实时解算。首先利用已知点坐标，运用最小二乘法计算设站点的坐标（X，Y，Z）及定向角（T），然后便可利用极坐标法计算出监测点的坐标。实时三维动态自动化监测系统采用自主研发的实时三维动态自动化监测软件系统，程序自动驱动LEICATM30全站仪完成多测回观测，观测时可完成各项限差指标控制。电子原始观测文件通过网络传输至服务器，在服务器端，将原始观测数据存放至数据库，并对其进行严密平差，得出各监测点的三维坐标。将结果按时序存储，系统会自动生成成果报表，客户端可查询监测的各项数据和报表。当监测成果超限时系统还会自动提醒报警。
　　5  结语
　　在处于运营状态之下的高速铁路中进行盾构工程，在缺乏较为成熟的变形监控标准及规范的前提条件下，在进行盾构工程监测过程中，应首先对盾构工程对于高速铁路所造成的影响进行计算和分析，然后通过与铁路保护措施中的相关标准和内容相结合，来对于变形监测的方式、频率、覆盖范围等方面进行明确，并以此为依据来设计出符合实际情况的合理监测方案。另外，要积极的进行使用三维自动化监测技术和三维自由设站监测技术以及机器人监测等等，通过对于这些监测技术的应用来获得更加充分的实践操作经验，并对其进行相应的推广，从而帮助监测工作能够得到更加高效的开展。
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