盾构下穿高铁无砟轨道路基信息化自动监测的技术应用

段正纲 弓毅伟 吕明豪 耿凌鹏

广东华隧建设集团股份有限公司 广东 广州 510000

摘要：结合广州地铁9号线3标盾构下穿高铁路基和铁路路基自动化监测实例，论述了自动化监测与BIM建模在MJS加固和盾构下穿过程中地面沉降监测中的应用。通过该套系统，实现了对地表沉降变化的高精度、高密度监测。结果表明，信息化自动监测技术可以满足盾构下穿高铁路基过程获取的高密度，高精度的特征的监测需要，且可以形象的反应地表沉降情况，为提高施工精度提供有效助力。

关键词：自动监测, BIM建模, 盾构施工, 无砟轨道路基;

中图分类号,U231+.3 文献标志码【J】

1.信息化自动监测技术简介

随着现代信息技术的发展与传统领域的有机结合，越来越多的自动化技术被运用到工程建设领域，提高了资源利用效率，并为施工管理及时、准确地提供决策依据，减小的风险的产生和发展。从综合角度来讲，从各个方面大大的节省了施工的成本赵宇(2014)。

全自动全站仪（测量机器人）是集自动采集数据、自动照准、自动记录于一体的智能型全站仪，结合配套程序可以节省人物力成本完成巨量的测量工作，在基坑稳定、边坡稳定、轨道交通、高层建筑物施工等多个领域都得到了大量的应用秦永麟和刘苏(2017)、徐春明等(2014)、赵宇(2014)特别是在机场、高铁轨道等测量人员不能长时间工作的环境下，全自动全站仪的作用尤为凸显李明(2014)、赵宇(2014)。

2. 工程应用

广州地铁九号线3标工程，盾构斜向下穿武广高铁4条股道、京广铁路6条股道及站台；场址东侧为国铁广州北站站房及站前广场，西侧为规划国铁广州北站西广场，车站下方基岩岩溶发育，武广高铁岩溶发育区全部采取压力灌浆，加固深度为岩面以下6m，京广铁路岩溶发育区未做处理。武广高铁轨道下方复合地基建设采用500单管旋喷桩加固处理，桩间距2.0m，梅花型布置，桩长约12.3m。桩顶铺设500mm厚砂砾石垫层，内铺一层110型经编双向土工格栅。

图2-1 武广高铁客专路基处理

下穿铁路段盾构间距约11.4~13.0m；其中武广雨蓬柱基础距离隧道净距约1.2~2.5m。接触网采用φ700钻孔桩单钢柱，距隧道净距约6.8~11.1m。

图2-2盾构下穿武广高铁、京广铁路线路图

刀盘掌子面地层主要为砂层与黏土层，隧底为微风化灰岩，发育溶洞，隧顶距无砟轨顶面道约7~9m，属于浅埋下穿高铁。

图2-3盾构过广州北站地质纵断面

车站运营期间，不允许测量人员在轨道或车站内进行测量作业，综合考虑本工况项目最终采用铁路路基MJS水平加固工法加固轨道路基后，盾构掘进通过车站。沉降要求0~-5mm（武广无砟铁路，设计时速350 km/h）、0~-20mm（京广无砟铁路，设计时速170 km/h）。

监测主控项目(见下表)。

表2-1监测项目一览表

监测对象为下穿隧道施工影响范围内的既有铁路，测点横向及纵向布设范围不小于4H（H为隧道中心至地表距离）且不小于70m。测点按由近及远、由密及疏的原则布设，在重点监测区域（I区）测点一般按照5m布置，在普通测区内测点一般按照10m布置。

图2-4 铁路战场范围内监测点布置图

在整个加固施工和盾构下穿施工过程中，武广高铁、京广铁路均保持正常运营。0~-5mm的沉降要求如果采用人工监测的话，需要测量人员全天候24小时作业监测，很明显，这将耗费大量的人力物力，且外部协调压力巨大。为应对这个难题，项目部采用索佳NET1AX全自动三维全站仪，该全站仪集成自动照准，高精度无棱镜测距技术，最小显示角度为0.5″，最小显示距离为0.1mm，无棱镜距离测程为400m，完全满足施工需要，实现了实时监控，实时报警。

图2-5武广铁路站台单日高密度监测沉降图

同时项目部成立监测数据分析处理小组，对所收集的监测数据进行录入、分析；并利用BIM建模，同时搭建了一个数据库，将模型能表现的数据和三维图片与数据库索引库对接，可形成监测点变形动画，进而实现智能化分析监测数据和指导现场施工。

图2-6 盾构下穿铁路BIM模型

图
2-7 BIM模型建立工作思路

图2-8 数据库搜索结果界面

图2-9 BIM模型与数据库索引库对接的监测点变形动画示意

3. 讨论与展望

通过广州地铁9号线3标盾构下穿武广高铁、京广铁路的施工，总结出了一套自动化监测结合BIM建模技术的实时反应场重要部位沉降情况的施工方法，可以直观的通过图像的方式观察监测情况。在高精度、高监测密度要求的前提下，自动化监测相比于传统人工监测有着巨大的优势。与此同时依靠自动化监测技术与BIM建模技术的结合提供的有力举证下，在铁路路基加固施工和盾构下穿高铁、铁路施工过程中，总结出了一套盾构下穿高铁路基的施工工法谭文等(2018)、赵宇(2014)，自动化监测技术与BIM建模技术的结合为施工过程中及时调整盾构掘进参数和MJS施工参数起到了重要作用，实现了单桩施工和盾构掘进实时监控的目的。

目前中国城市建设是往更深、更高发展的，在未来的地铁建设过程中，将会出现越来越多的下穿重要建构筑物工况，如下穿高铁、城际轨道交通、下穿高耸建构筑物等，这往往对施工精度的要求远超现有规范，与此同时对监测密度和精度的要求也将越来越高。自动化监测与BIM建模技术的结合可以完美的适应这种高精度、高密度测量工作，为实时反应施工对周边建构筑物的影响，提高施工精度控制提供有效助力。

作者信息：段正纲 男 助力工程师 地质学硕士 主要从事市政工程盾构施工工作

参考文献

[1] 李明. 自动化监测技术在天津地铁3号线金狮桥站—天津站站盾构穿越高速铁路工程中的应用[J]. 隧道建设, 2014(04): 368-373.

[2] 秦永麟,刘苏. 基于全自动全站仪的基坑无线远程自动化监测系统[J]., 2017: 2.

[3] 谭文, 等. 首例盾构在灰岩地区近距离下穿高铁路基段技术[J]. 都市快轨交通, 2018(02): 83-90.

[4] 徐春明, 等. 地铁保护区变形自动化监测技术应用研究[J]. 工程勘察, 2014(12): 70-74.

[5] 赵宇. 基于自动全站仪的无砟轨道精调方法研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2014.