浅析高速铁路隧道下穿既有重载铁路隧道的监控量测19

浅析高速铁路隧道下穿既有重载铁路隧道的监控量测

摘要：随着我国高速铁路建设快速发展，新建铁路隧道下穿既有铁路越来越多，为了保证既有铁路正常安全运行，在下穿施工过程中，对新建隧道与既有铁路交

叉段的监控量测尤为重要。新建京张铁路草帽山隧道下穿既有张唐重载铁路隧道，该隧道地质条件差、隧道拱顶距唐张铁路隧道底距离仅为16m，通过对新建隧道

与既有铁路隧道的交叉段进行监控量测，及时分析量测数据，依据所得的分析结

论来指导施工。本文结合工程实例，对高速铁路隧道下穿既有重载铁路隧道的监

控量测进行了研究，为今后类似工程提供参考。

关键词：铁路隧道下穿既有铁路监控量测

1 引言

新建京张铁路设计时速350km/h，无砟轨道，双线，线间距5.0m。其中草帽

山隧道采用单洞双线形式，全长7340m，设计时速250km/h。该隧道在

DK173+862～DK174+057段下穿既有张唐重载铁路北草帽山隧道，下穿段落为全

－强风化凝灰岩，岩芯破碎，多呈碎块状，自稳能力差，局部具有中等膨胀性，

隧道围岩类别为Ⅳ级。新建京张铁路隧道开挖及上部重载列车荷载作用下，周边

围岩会出现不同程度的扰动，进而影响张唐铁路的正常运营。为保证既有张唐铁

路正常安全运行，对既有张唐铁路隧道、新建京张铁路隧道的交叉段同时进行监

控量测，预测评估新建京张铁路草帽山隧道的开挖对交叉段的影响程度及可能带

来危害，进而对新建京张铁路草帽山隧道下穿张唐既有铁路隧道的施工方案、加

固措施提出合理性意见，对危险部位事先采取防范措施。

2 工程概况

2.1概述

新建京张铁路草帽山隧道位于河北省张家口市沙岭子镇北，隧道采用单洞双

线形式，全长7340m，设计时速250km/h。隧道穿越草帽山的主脉，山势陡峭，

地形起伏较大，地面海拔高程674.14～809.82m，相对高差80～110m。该隧道在DK173+862～DK174+057段下穿既有张唐重载铁路北草帽山隧道，交接里程

DK173+965（张唐铁路IDK25+620），平面交角76°22′，该隧道拱顶距张唐铁路隧

道底距离约16m。

2.2地质情况

京张铁路草帽山隧道下穿张唐铁路DK173+862～DK174+057 段为全－强风化

凝灰岩，岩芯破碎，多呈碎块状，自稳能力差，局部具有中等膨胀性，隧道围岩

类别为Ⅳ级。

张唐铁路北草帽山隧道，隧道为Ⅴ级围岩，隧道周边为凝灰岩、凝灰质熔岩，强风化，岩石裂隙发育，气孔发育，呈散体状结构，该段衬砌结构为Ⅴ级加强复

合式衬砌。

3 施工方法

为保证新建京张铁路草帽山隧道施工顺利和张唐铁路运行安全，隧道下穿张

唐铁路段施工以“预加固，短进尺，弱爆破，强支护，早封闭，勤量测”的原则进行。下穿隧道段采用Ⅳ级围岩支护参数、三台阶开挖工法、弱爆破、超前管棚施工。隧道开挖、支护过程利用既有铁路的天窗时间进行，减少上部既有重载铁路

列车运行对下部隧道施工的影响，避免因下部隧道施工而引发的行车安全事故。

4 监测范围

新建京张铁路草帽山隧道与既有张唐铁路隧道交叉段相互影响范围，如图4-1、4-2所示。

按最不利围岩地层变形界限进行分析，新建草帽山隧道施工对既有张唐铁路

隧道的纵向影响范围长度是68.78m，纵横向强影响范围长度是35.15m。在下穿

草帽山隧道施工过程中，对下部新建京张铁路草帽山隧道及上部既有张唐铁路北

草帽山隧道进行同步监测。

拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上，监控量测断面按表4-1

的要求布置。

掌子面施工到距交叉点40m范围时，依据表5-2中所提供的监控量测断面里程实施监测，监测频率依据表4-2和表4-3进行调整。

5.2监控量测项目

根据《铁路隧道监控量测技术规程》（Q/CR9218-2015），对张唐铁路隧道交叉段监控量

测项目主要为轨枕下沉监测和衬砌结构裂缝监测。

5.3数据分析

（1）量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和监控量测数据与开挖面距

交叉点距离关系图，由于现场量测的数据具有一定的离散性，包含偶然误差的影响，要经过

数学处理方可应用，应对所有数据进行回归计算。预测可能出现的最大值，分析变化速率，

数据异常时，应根据具体情况及时采取措施。

（2）根据量测数据绘制轨枕下沉量与开挖面距交叉点距离变化曲线。

（3）根据测量数据绘制距离-位移散点图，选择合适的函数进行回归分析，得到相应的

关系曲线。预测数据变化趋势，并与控制基准值进行比较，结合下穿隧道施工工况综合分析

张唐铁路隧道的稳定性。如图5-1所示，如果曲线正常，说明隧道处于稳定状态，且需保证

总体累积沉降不超过0.5mm；如果曲线反常，出现急骤增长现象，表明仰拱及衬砌结构已呈

不稳定状态，需立即采取相应的措施。

图5-1 监控量测数据拟合趋势说明

5.4 监控量测控制基准

根据张唐铁路隧道周边地质围岩情况、隧道衬砌施工方案、张唐铁路工程重要性及隧道

监控量测控制基准，充分保证既有张唐铁路隧道稳定性及铁路运营安全性，对监控量测数据

作出如下控制：

（1）各测点轨枕最终下沉量值应小于0.5mm，严格控制张唐铁路隧道轨枕下沉量，保证

轨向、水平、高低差值在容许范围内，确保铁路安全运营，见表5-3。

掌子面施工到距交叉点40m范围时，依据表6-2中所提供的监控量测断面里程实施监测，监测频率依据表4-2和表4-3进行调整。

6.3监控量测控制基准

监控量测控制基准包括隧道内拱顶位移、隧道净空收敛，根据新建京张铁路草帽山隧道

周边地质条件、隧道结构长期稳定性及重要性制定如表6-3所示。

6.4监控量测数据分析

量测后应及时进行数据整理，并绘制量测数据时态曲线和监控量测数据与开挖面距交叉

点距离关系图，由于现场量测的数据具有一定的离散性，包含偶然误差的影响，要经过数学

处理方可应用，应对所有数据进行回归计算。预测可能出现的最大值，分析变化速率，若数

据异常时，应根据具体情况及时采取措施。

根据测量数据绘制位移-时间图、位移-距离图、净空收敛值-时间图及净空收敛值-距离图，