曹毅;李术希
【摘 要】某市政隧道需上跨既有运营高速铁路隧道进行爆破施工,需对下方高速铁路运营隧道进行全天24小时监测.针对运营隧道无法进行人工监测的情况,采用高精度的全站仪测量机器人、爆破振动仪+4G网络+数据处理软件的全自动化监测方法,实现了运营高铁隧道变形的远程、实时、连续、高频率、高精度监测,为今后运营的高速铁路隧道进行实时变形监测提供了借鉴. 【期刊名称】《湖南科技学院学报》 【年(卷),期】2018(039)010 【总页数】4页(P63-66)
【关键词】自动化变形监测;运营高速铁路隧道;振动监控 【作 者】曹毅;李术希
【作者单位】湖南高速铁路职业技术学院,湖南 衡阳 421002;湖南高速铁路职业技术学院,湖南 衡阳 421002 【正文语种】中 文 【中图分类】U45
截止到2017年底，我国铁路营业里程达到12.7万公里，其中高铁2.5万公里。随着我国经济建设的发展，将会有越来越多的与铁路营业线临近的施工项目，在这些项目施工过程中，为保证既有铁路营业线的安全，必须采用信息化施工，对涉及的铁路设备进行安全监测。由于铁路设备安全运营管理要求，采用人工监测已不能
满足现场管理要求，此时，采用高精度的全站仪测量机器人+4G网络+数据处理软件的全自动化监测手段是一种较好的选择。
某市政公路隧道采用新奥法施工，复合式衬砌，初期支护以锚杆、喷射混凝土、钢拱架及钢筋网组成综合防护体系，二衬采用模筑防水砼。隧道洞身段靠近出口端需上跨正交既有某高速铁路隧道，上下隧道净距约25m。既有高速铁路隧道的开挖直径14m，新建市政隧道的开挖直径为15.6m，上下隧道整体都位于微风化花岗岩内，岩体完整，岩石抗压强度为78.5～134.9Mpa，裂隙水不发育，围岩级别为Ⅱ级。上跨正交市政隧道采用电子数码雷管微差爆破，通过实时监测爆破施工对运营高铁隧道的影响，分析隧道结构变形情况，及时调整施工参数，指导市政隧道施工参数管理。
在新建隧道上跨既有铁路隧道过程中利用铁路“天窗点”进行爆破施工，爆破振速控制在2.0cm/s以内。在施工期间，为保证既有隧道不受新建隧道施工的影响，要求对下方既有高铁隧道进行24小时全天候监测，检测爆破震动对铁路隧道的影响，并及时根据监测数据调整爆破装药量等参数，确保高铁安全运营。 如图1所示，在对应总长为134.44m的既有高铁隧道交叉段范围内，按每10m布设一个监测断面，共计14个断面，每个断面分别在隧道拱顶、两侧边墙及两股道道床板上布置小棱镜；其中爆破振动仪按20m一个断面进行布置，同样布置在隧道两侧边墙上。
测量仪器采用徕卡TM50全站仪，安装在交叉范围的中心里程附近，兼顾两侧的监测点和基准点，每侧视距不超过100m。
全站仪自动化监测系统包括监测点、基准点、测站和控制中心四个部分，控制中心是数据收发的控制终端，它由微机、通讯设备、GEOMOS软件等组成。它既派发指令控制仪器进行数据采集，又接收数据并对数据进行计算和分析。全自动化监测系统构成及流程如2图所示。
由于该项目实行“施工不限速，爆破不行车，行车不爆破”的原则，所以，在晚间“天窗点”爆破施工时，设定全站仪监测频率为1次/1h，白天监测频率设定为1次/2h，“爆破振速监测”采用自动触发的形式，在每次爆破时自动进行。 全站仪测角精度1″，测距精度0.6mm+1ppm，按视距100m，既有隧道直径14m计算，每个监测点两测回，全站仪高程中误差约0.25mm。同时，为排除列车运行振动干扰，经调试，爆破振动仪最小采集精度设定为0.1cm/s。 从上部隧道洞口施工，到其穿过既有高铁隧道的交叉影响段，施工期约5个月，通过5个月对既有高铁隧道拱顶沉降、隧道收敛、道床变形、爆破振速等进行监测，从整个监测过程来看，各监测指标变化范围如表1所示。
对整个过程中所有爆破振速数据按0.5cm/s、1.0cm/s、1.5cm/s、2.0cm/s进行分阶并求百分比，如图3所示。
从图3中可以看出，约52%的爆破振速集中在0.5~1cm/s这个区间，约14%的爆破振速在1.0~1.5cm/s这个区间，只有约1%的爆破振速在1.5~2.0cm/s区间，整个施工过程中，爆破振速没有超过2.0cm/s，达到了设计施工要求。
对于既有隧道结构沉降变形的分析，取市政隧道正下方对应里程附近及变形较大的高铁隧道监测点，作沉降曲线图。
各监测项目的最终变化值如图9所示，结合各监测项目过程沉降曲线来看： （1）隧道拱顶14个监测点数据显示大部分拱顶监测点有轻微的隆起情况，但数据变化不大，约-0.74~+0.88mm，可能与上部隧道开挖后，上部岩层应力释放有一定关系。
（2）隧道收敛监测点由相对的28个小棱镜组成，共14个监测点，监测数据显示共计10个监测点呈收敛现象，4个呈扩张现象，数据的变化范围为-0.76mm~+1.39mm，整体变化不大，隧道的收敛或扩张与上部隧道的空间位置无明显关联。
（3）道床沉降点由道床板上28个小棱镜组成，数据变化范围为-1.04mm~+1.19mm，结合过程沉降曲线及小棱镜的三维坐标来看，整个监测过程中大部分点位相对较为稳定，但存在个别点位在某一时分突然变化，但随后数据马上恢复稳定的情况，原因分析可能为隧道列车通过时对光线的影响或是对道床板的震动造成的。
（4）爆破振动监测：爆破振速＜1.0cm/s的占85.3%，远小于2.0cm/s的预警值，1cm/s≤爆破振速＜1.5cm/s的占13.4%，1.5cm/s≤爆破振速占1.3%。施工过程中没有监测点爆破振速超预警值。
利用此种自动化监测方法，在市政隧道上穿既有运营高铁隧道的过程中，对既有运营隧道的影响进行了实时监控，解决了运营高铁隧道特殊环境下无法人工、无法高频实时监测的困难，利用4G通讯及后台数据处理软件，实现了运营高铁隧道变形的远程、实时、连续、高频率、高精度的监测。
通过对爆破振速及既有隧道结构变形监测数据进行分析，可以得到以下结论： （1）爆破振动监测结论
爆破监测是隧道施工安全管理的重点，对运营隧道结构影响大。整个爆破施工过程中没有监测点爆破振速超预警值，且V≥1.5cm/s的点只占1.3%，说明施工单位对钻爆法的装药管理等管理到位，尤其是在既有隧道正上方爆破时（上下隧道净距约25m）没有超限，达到了设计及铁路部门设定的控制指标要求。 （2）变形监测结论
在市政公路隧道施工至通过涉铁交叉影响段的过程中，既有高铁隧道结构各项监测数据均无明显异常变化。既有运营高铁隧道内设备和衬砌结构巡视也无异常，各项监测数据指标均未超预警值且相对较小，在上跨市政隧道爆破作业过程中，高铁运营隧道结构安全。
（3）本运营高铁隧道属高密度行车，根据目前的铁路运行图，每日有103对高铁
列车通过该隧道，且隧道内光线较差，干扰因素较多。通过本项目自动化监测的实施情况，表明利用此种全自动测量方法对其具有较好的适用性，具有较高的精度、灵敏度和可靠性，能够在不影响高铁运营情况下全天候实施监测，保证了既有高铁隧道的运营安全。对全封闭管理的高铁运营隧道进行自动变形安全监控提供了一种可行的监测模式。
【相关文献】
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