新建公路箱涵顶进下穿铁路施工监测研究

新建公路箱涵顶进下穿铁路施工监测研究

李卫东

（中国铁路武汉局集团有限公司武汉工程建设指挥部   430000）

【摘要】本文依托棋盘洲长江公路大桥连接线阳新至大冶段下穿武九铁路立交工程的实例，介绍预制箱涵顶进开挖法施工过程中对现场的监测，使用了多功能自动全站仪、多功能数据采集盒，进行选取典型的测点进行数据分析，观测施工对铁路、监测设备的影响。施工过程中实时监控，有效控制施工过程的安全。

【关键词】下穿；自动化监测 沉降 位移；

1引言

箱涵顶进前架空线路并在铁路下方开挖土体、顶进坑基坑开挖、顶进施工等均可能对既有铁路造成较大干扰，造成铁路设备发生沉降影响轨道线形平顺性甚至施工过程中造成铁路路基塌方危及行车安全，为保证在施工过程中及时掌控铁路变形信息，指导施工，需制定切实可行的监控量测方法。在施工过程中，需及时对监测数据进行分析，发生监测数据较大等异常情况时，及时分析原因，采取相应的处理措施，保证铁路安全运营。

1.1工程概况

改造工程中严格依照了国家、行业、地方的相关技术标准、规范，做好质量、安全等的工作。在公路下穿铁路箱涵顶进施工过程中根据施工方案，做好对铁路设备监控工作。

1.2监测实施方案介绍及监测方法

施工监测过程中，严格遵守以下五点原则【1】：①可靠性原则； 多层次的监测原则；③重点的监测关键区原则；④方便实用原则；⑤经济合理原则。

首先，据工程的特点，拟在土方开挖、箱涵顶进、拆除架空施工期间监测阳新至大冶段下穿武九铁路支墩、纵梁、接触网立柱的沉降及位移的相关情况。除此之外，为了尽可能避免减少人员上道，从而引发人身安全风险的情况，保证监测的精确度，采取了由全自动全站仪监测、 多功能数据采集盒等组成的全自动的无人值守在线监测的方法【2】。

1.3施工环境

1. 地形地貌：桥址区经过了长时间的剥蚀切割，构造了剥蚀低山的地形，其外貌为起伏地形。山势较为平缓，自然坡度在10-15°之间，切割深度约为40m。桥址区的相对高差较小。植被较为茂盛，多以灌木为主。其附近有居民和农田，还有乡村公路直接到达桥址区，交通比较方便。
2. 地层岩性：桥址区出露地层主要为燕山期中酸性侵入岩阳新杂岩体地层及局部第四系冲积物。
3. 水文地质条件：桥址区的地下水以基岩裂隙水和第四系上层滞水为主，且桥址区的地表水、地下水对混凝土具备微腐蚀性，对钢结构也存在弱腐蚀。

1.4总体施工方案安排

施工的总体方案是以线路架空为关键工程而制订的。施工组织是由项目部进行统筹安排的，其中，以线路架空、箱涵顶进为主线，从而展开基坑工程、箱涵预制、相关铁路设备的迁改，还有防护等的相关专业和分部分项工程的施工【3】。

施工的流程如下图：

图1 本工程施工流程图

2工程进程相关情况

根据本工程的特点进行监测点布设，如下图2所示，监测从2019年4月30日开始直到2019年11月30日结束，共计监测用时7个月。提交监测日报213期，支墩桩、纵梁周期报表1012期，接触网立柱周期报表448期。在监测过程中严格按照监测方案进行监测，为配合施工，在铁路线路下土方开挖、箱涵顶推过程中以及监测数据变化大时又加密监测。

图2 本工程监测布点平面图

与此同时，据项目实施情况及各方的要求，增加施工区域周边四根接触网立柱监测点。当箱涵顶推过程中，按要求又陆续拆部分监测点。

在线路下土方开挖过程中，致使铁路边坡开裂塌方，且部分支点桩横向位移、顺向位移、沉降变化很大；纵梁横向位移变化很大；边坡开裂塌方位置接触网立柱横向位移、顺向位移变化很大。变化最为明显的为支点桩P6A，施工单位又临时卸载桩后土体，减小主动土压力，确保行车和施工安全。

3监测数据相关分析

3.1施工对铁路的影响

在土方开挖初期阶段各监测点均在小范围内波动，土方开挖后期，箱涵顶进期间个别测点监测数据变化明显；昼夜温差较大时监测点每天来回波动较大，且呈现明显的规律性。支点桩监测点在土方开挖至轨道下方时，对应上方测点有明显变化，特别是不对称开挖及大型机械设备在支点桩周边作业时对测点影响较大。边坡开裂，塌方附近的监测点位移变化较大，沉降变化明显。

3.2施工对监测设备沉降影响分析

本文针对部分支点桩进行沉降分析，具体如下图3所示：

图3 本工程部分立柱监测点累计沉降变化时程曲线图

各监测点的位移在施工期间皆呈变化状态，在距离梁跨中间较近的部位，其数据变化较大，在距离梁跨中较远的部位数，数据变化较小。在施工的前期变化较小，在施工后期土方开始阶段变化较大。其中，大多数的监测点在施工后期（土方开挖阶段开始）有不同程度的竖向变化。当箱涵顶推到位，随时间的推移各监测点又基本趋稳定的状态。

3.3施工对监测设备横向与顺向位移影响分析

本文针对部分支点桩进行水平位移分析，具体如下图4所示横向水平位移时程曲线图和图5所示顺向位移时程曲线图所示：

图4 本工程部分立柱监测点累计横向位移变化时程曲线图

图5 本工程部分立柱监测点累计顺向位移变化时程曲线图

施工过程中，因施工先后顺序的不同及各支点桩所处位置的不同，支点桩监测点呈现不同方向偏移。在土方开挖过程中，因DHG684所处位置出现塌方情况，直接影响支点桩P6A的位移，造成此区域监测数据波动明显。由于施工过程造成边坡开裂塌方，各梁监测点均出现较大数据变动，当箱涵顶推到位随着时间的延续各监测点基本趋向稳定状态。

各监测点的位移影响较大的时期出现在土方开挖，箱涵顶进的过程中，因土压力，所有的桩在土方开挖过程中、开挖后皆产生一定的顺向位移（向开挖侧偏移），主因是形成了侧向临空面，其大部分的支点桩测点顺向位移超过了警戒值。

4结语

通过对本次工程的监测，得到以下认知：在梁体监测点施工期间，土方开挖初期阶段，各监测点皆在小范围内波动，到了土方开挖的后期，箱涵顶进的期间个别的测点监测数据会变化明显。边坡开裂，塌方附近的监测点位移变化较大，沉降变化明显。由此工程知，支点桩监测点在土方开挖至轨道下方时，不对称开挖及大型机械设备在支点桩周边作业时对测点影响较大，像道路下穿工程边坡监测点及受力不均的支点桩需重点关注。在此类施工中，应利用全自动全站仪为核心的监测系统，通过对各测点的变形监测能够较真实有效的反应施工对铁路的影响。

【参考文献】

【1】周广友，郭运佳，万品良，龚虎.下穿高速公路路基顶进框架桥施工监测技术研究与应用[J].建筑技术开发，2019,46(06)159-161.

【2】陈喜平，李永.铁路桥涵顶进施工技术研究[J].建材与装饰，2019,566(05):278-279.

【3】谭向荣.蒸阳北路下穿衡阳高速公路箱涵顶进施工检测[J].科技视界，2017(6)

李卫东，男，57岁，高级工程师，中国铁路武汉局集团公司建设部