隧道穿越既有铁路铁路变形监测点布置方法

摘要

本发明提供了一种隧道穿越既有铁路铁路变形监测点布置方法，包括以下步骤：现场调研，以明确隧道与既有铁路相交的平面、空间关系，确定既有铁路的加固范围；利用有限元软件形成三维数值模拟，得到隧道穿越既有铁路的影响范围，以确定监测区域并建立监控指标；对监测区域按重要性进行等级划分，包括第一监测区域、第二监测区域以及第三监测区域；结合隧道与既有铁路的平面相交关系，对第一监测区域、第二监测区域以及第三监测区域分别布置不同密度的监测点进而形成监测网；根据监测网，布置相应监测设备，以监测隧道穿越既有铁路施工的铁路变形情况。本发明避免了完全凭人为经验布置监测点的现有布置方式，既确保所布置的监测点为列车安全运营起到重要指示作用，又达到节省人力物力的目的。

说明书

技术领域

本发明属于监测点布置技术领域，涉及一种隧道穿越铁路后变形监测点布置方法。

背景技术

众所周知，当地铁隧道施工穿越既有铁路时，由于隧道建设工程中的各种不确定性，既有铁路轨道结构发生沉降和水平位移的概率非常大，若轨道的变形值超过允许值，会给列车的安全运营造成极大的安全隐患。为保证列车的安全运营，需要对既有铁路线路进行变形监测，对可能发生的不利后果进行提前预警。

对于目前在铁路轨道变形监测上使用的全自动监测点是盾构隧道施工期间铁路安全运行的重要指示器，在保障工程安全起着至关重要作用。而监测点往往仅凭经验布置，导致出现诸多不合理的监测点布置，从而浪费人力物力，而且对于隧道穿越施工期间铁路的安全状况起不到应有的指示作用。

因此，从安全可靠、技术可行、经济合理的理念出发，提出合适的铁路变形监测点布置方法尤为重要。一方面能保证为列车安全运营起到重要指示作用，另一方面合适的监测布置方法可节省不必要的监测设备，达到节省人力财力的目的。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种隧道穿越既有铁路铁路变形监测点布置方法，以避免完全凭人为经验布置监测点的现有布置方式，既确保所布置的监测点为列车安全运营起到重要指示作用，又达到节省人力物力的目的。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

提供一种隧道穿越既有铁路铁路变形监测点布置方法，包括以下步骤：

(1)现场调研，以明确隧道与既有铁路相交的平面、空间关系，确定所述既有铁路的加固范围；

(2)利用有限元软件形成三维数值模拟，得到所述隧道穿越所述既有铁路的影响范围，以确定监测区域并建立监控指标；

(3)对所述监测区域按重要性进行等级划分，包括第一监测区域、第二监测区域以及第三监测区域，所述第一监测区域位于所述既有铁路的主体结构之间的区域，所述加固范围包括平行于所述隧道长度方向的第一加固边缘以及第二加固边缘，所述第二监测区域位于所述主体结构的两外侧分别与所述第一加固边缘以及所述第二加固边缘所相交围合而成的区域，所述第三监测区域位于所述监测区域内、除所述第一监测区域和所述第二监测区域之外的区域；

(4)结合隧道与既有铁路的平面相交关系，对所述第一监测区域、所述第二监测区域以及所述第三监测区域分别布置不同密度的监测点进而形成监测网；

(5)根据监测网，布置相应监测设备，以监测隧道穿越既有铁路施工的铁路变形情况。

优选地，所述步骤(1)中，资料收集及现场调研主要包括穿越段土层工程、水文性质；既有铁路等级，行车密度，运营速度及周边环境；既有铁路是否加固，加固形式如何；隧道尺寸，间距，平纵断面；隧道与既有铁路的平面及空间关系等。

优选地，所述步骤(2)中，有限元软件对隧道穿越铁路整个施工过程进行数值模拟，可以得到隧道施工对既有铁路的影响范围，即可以确定既有铁路变形监测范围。

优选地，所述步骤(3)中，按照监测目的、监测点类别和监控指标等为依据，划分监测区域的重要性等级，例如，可将既有铁路变形监测区域按照重要性等级分为一级、二级、三级三个等级，即分别对应第一监测区域、第二监测区域以及第三监测区域。其中一级指既有铁路轨道结构主体部分，二级指预警监控部分(缓冲部分)，三级指除一级、二级所述部分外的影响范围内其他部分区域。

优选地，所述步骤(4)中，结合隧道与铁路的平面相交关系，利用步骤(3)中得到既有铁路变形监测布置网。

优选地，所述步骤(4)中，一级监测区域具体是指既有铁路轨道结构主体部分，它直接监控既有铁路轨道结构水平位移及沉降，在隧道穿越既有铁路期间，对列车安全运营起到直接预警作用，所述二级监测区域具体是指预警监控部分，即缓冲部分，它一般处于隧道施工对既有铁路影响边界与一级监测区域之间，对列车安全运营起到提前预警作用，它的变形即使反馈给施工方，使之及时调整施工参数，所述三级监测区域具体是指除一级、二级所述部分外的影响范围内其他部分区域，它监控可能会对轨道结构造成安全隐患区域，例如影响区域内的电化杆，既有铁路加固范围与未加固范围结合处。

本发明隧道穿越既有铁路铁路变形监测点布置方法的有益效果包括：

本发明提供了隧道穿越既有铁路铁路变形监测点布置方法，利用有限元软件得到隧道施工期间，既有铁路变形监测区域，监测点覆盖整个监测区域,即包括既有铁路轨道结果主体部分，预警监控部分(缓冲部分)，除一级、二级所述部分外的影响范围内其他部分区域三方面，能够以最少的点获得足够具有代表性的数据，避免了不必要监测项目，并且对于不同重要性等级的监测区域在布点密度及监测频率区别对待，能够达到节约成本的目的。本发明通过合理的布设监测点，对构建隧道穿越既有铁路期间，既有铁路变形预测预警系统，预防突发事故等提供科学依据。

附图说明

图1为本发明隧道下穿既有铁路平面结构示意图；

图2为基于图1通过模拟得到监测范围后的状态示意图；

图3为基于图2监测区域按重要性等级划分后的状态示意图；

图4为基于图3本发明监测点具体布置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。

结合图1和图2所示，本发明首先提供了一种隧道穿越既有铁路铁路变形监测点布置方法，包括以下步骤：

(1)资料收集和现场调研，了解土层地质情况及隧道1与既有铁路2相交的平面、空间关系。

具体地，得到的隧道1与既有铁路2相交的平面关系如图1所示，包括既有铁路2、隧道1的线路走向、间距、曲线度，相交角度等以及既有铁路2的加固范围3。其中，该加固范围3是建造铁路时就有的加固范围，比如桩板结构加固，高压旋喷桩加固等。

(2)以步骤(1)中得到结果利用有限元软件进行三维数值模拟，得到隧道1下穿施工对既有铁路2的影响范围，确定监测区域4，并建立相应的监控指标；

具体地，得到的影响范围即此次监测项目中的监测区域4，监测指标为各监测点的水平位移及沉降。

(3)如图3所示，依据监测目的、监测点的类别及监控指标为依据，对监测区域4按重要性等级划分，Ⅰ为重要性等级一级监测区域(即第一监测区域)，指既有铁路2轨道结构主体部分，Ⅱ为重要性等级二级监测区域(即第二监测区域)，指预警监控部分(缓冲部分)，Ⅲ为重要性等级三级监测区域(即第三监测区域)，指除一级、二级所述部分外的影响范围内其他部分区域。

(4)如图4所示，结合隧道1与既有铁路2的平面相交关系，确定监测点合理的布置密度，对于Ⅰ区域，在隧道1中心轴线与既有铁路2相交处布置一个测点a，在加固范围3内沿既有铁路2走向每隔5m布置一个测点A。对于Ⅱ区域，在隧道1进入加固范围3前在隧道1轴线正上方布置2个测点b，进入加固范围3内布置3个测点B，分别位于隧道1轴线正上方及两隧道1轴线中心处，对于Ⅱ区域的另一侧，测点布置方法与隧道1进入Ⅰ区域之前的Ⅱ区域类似。其中，图4中，方块大黑点标示的是沿隧道1中心轴线布置的监测点b/B，圆形小黑点是指在隧道1中心轴线与铁路线平面交叉点处布置的监测点a/A，均是监测点的一部分。对于Ⅲ区域，在监测区域4内的重要电化杆进行布置测点，在既有铁路2的加固范围3与未加固范围交界处布置测点，即三角小黑点c，间隔8m，最终生成既有铁路2变形监测布置网。以此，布置先两个后三个监测点是根据实际加固区域，并考虑测点布置经济性及观测合理性来定的，得到的数据能够满足实际要求，即对可对铁路运行是否安全进行提前判断。更具体地，一级监测区域具体是指既有铁路轨道结构主体部分，它直接监控既有铁路轨道结构水平位移及沉降，在隧道穿越既有铁路期间，对列车安全运营起到直接预警作用，所述二级监测区域具体是指预警监控部分，即缓冲部分，它一般处于隧道施工对既有铁路影响边界与一级监测区域之间，对列车安全运营起到提前预警作用，它的变形即使反馈给施工方，使之及时调整施工参数，所述三级监测区域具体是指除一级、二级所述部分外的影响范围内其他部分区域，它监控可能会对轨道结构造成安全隐患区域，例如影响区域内的电化杆，既有铁路加固范围与未加固范围结合处。

(5)根据步骤(4)中确定的变形监测布置网，依据既有铁路2变形监测项目，布置相应监测设备，以监测隧道1下穿既有铁路2施工下，铁路变形情况。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。