摘 要 针对京张高铁清华园隧道工程地质特征，创造性提出明挖基坑四维全自动监测技术，对基坑进行不间断监控，实现风险源的微沉降控制要求。
关键词 明挖基坑 四维全自动监测
The Four-dimensional Automatic Monitoring Technology for Open Excavation of Tsinghuayuan Tunnel in Beijing-Zhangjiakou High-speed Railway
XIAO Jing
（CHINA RALLWAY 14TH CONSTRUCTION BUREAU CO.,LTD. SHANDONG Ji'nan City, 250014,CHINA）
Abstract In view of the geological characteristics of the Tsinghuayuan tunnel construction in the Beijing-Zhangzhou high-speed railway, a four-dimensional automatic monitoring technology for open excavation foundation pits was creatively proposed to continuously monitor the foundation pits and achieve the requirements of micro-settlement control of risk sources.
Keywords Open excavated foundation pit; Four-dimensional automatic monitoring
0 引言
随着我国铁路工程和市政公路工程的大规模开发和建设，在城市密集区域修建大直径盾构隧道的工程案例不断增加，如北京铁路地下直径线、天津铁路地下直径线、上海虹桥综合交通枢纽等工程[1]。明挖基坑作为地铁车站的主要施工技术，合理运用此种施工技术不仅能够其不仅加快地铁车站建设的速度，而且也能在一定程度上提高地铁建设的质量，促进城市的健康发展[2]。
为了保证施工中地铁运营安全，加强隔离防护措施，且对地铁结构及线路进行变形监测，本文针对京张高铁清华园隧道地质特征，创造性提出明挖基坑四维全自动监测技术，对基坑进行不间断监控，满足风险源的微沉降控制要求。
1 工程概况及地质特征
1.1 工程概况
京张高铁清华园隧道位于北京市海淀区清华园旁边，是北京至张家口新建高速铁路重点控制性工程之一，于学院南路南侧入地，沿原京包铁路向北敷设，五环路内出地面，呈“V”形坡。盾构隧道自南向北依次穿越包括北三环、北四环等在内的共7条主要市政道路和88条重要市政管线；此外，隧道还下穿地铁10号线，上跨地铁12号线(在建)和地铁15号线，长距离与地铁13号线并行。清华园隧道是当前国内城市核心区穿越地层最复杂、重要建（构）筑物最多的国铁大直径盾构隧道，也是当前北京市内直径最大的高铁隧道，盾构机开挖直径达12.64米。本隧区段设计速度最大值为120 km/h，全长6020米（里程由DK13+400至DK19+420）。分段施工工法如图1所示。
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图1 清华园隧道施工区段平面示意(单位: m)
1.2 工程地质特征
地层以第四系全新统人工堆积层（Q4ml）杂填土和冲洪积层（Q4al+pl）黏性土、砂类土、粉土、卵石土及圆砾土，地层参数见表1所示。
表1 地层主要参数
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1.3 水文地质特征
隧址区主要含有上层滞水、潜水和承压水，其中上层滞水埋藏深度一般在3.4～5.7m，潜水分布在两个地层层位：①层间潜水的水位高程为31.86～34.40 m（水位埋深为15.2～18.0m）；②层间潜水的水位高程为23.50～27.50m（水位埋深为22.0～24.0 m）。隧址区承压水埋深较大，对本隧道无影响。地下水对钢筋砼结构中的砼和钢筋都具有微腐蚀性；在干湿交替环境中，地下水对钢筋砼结构中的钢筋和钢结构都具有弱腐蚀性。
1.4 工程难点
（1）地质主要为卵石土地层，其中全断面卵石地层达2400m、卵石和粉土复合地层1200m。卵石土地层对刀具磨损比较严重、且自稳能力较差，掘进时需采用合理的掘进参数、优质的循环泥浆，同时做好刀具检修工作。
（2）盾构长距离并行地铁13号线掘进，在国内尚属首次，对周边环境极为敏感，穿越邻近地铁站均为一级风险源，穿越地铁10号线及13号线道岔区为特级风险源，沉降变形控制值1mm，对盾构施工不均匀沉降要求极高。
（3）盾构沿线多次穿越重要构筑物、市政道路及管线，穿越市政道路均为一级风险源。
（4）隧道穿越多条地铁施工，包括地铁10号线、地铁15号线和在建地铁12号线，施工风险极大。
2 技术介绍
针对上述提到的地质特征和工程难点，本项目创造性提出明挖基坑四维全自动监测技术，可以实现24小时全天不间断监控，每15分钟刷新一次，并且监控数据能够自动生成累计形变曲线，根据控制值设定自动分析超限变形情况，提出预警。
全自动监测系统（如图2所示）通过四大技术组合，即传感器自动采集技术、GPRS无线分组传输技术、无线网络传输技术、计算机技术等，最终达到监测信息采集、处理及发布。。
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图2 全自动监测系统示意图
数据采集终端软件[3]是管理各监测设备的常用信息系统，负责配置采集设备基本信息和采集的频率，既采用主动式触发数据发送模式，又支持定时采集，同时也保证了数据采集有效性和实时性。信息发布平台重要作用包括在线监测、数据分析、监测管理、预报和预警以及系统管理等五个方面。在信息系统初始化进程中，数据采集终端软件能够快速地进行设备调试。以多种方式，全角度体现出地铁沉降自动化监测的实际运行参数变化，确保在线监测信息及时、全面、准确。监测软件具有以下功能：
（1）数据分析：对地铁运行中的各项数据进行集中分析，可以提供多项安全指标数据对比和历史数据查询。
（2）监测管理：对地铁及其相应的基础资料、数据报表、周边环境、预案信息等实现集中管理，使监测方在地铁管理上实现信息化、自动化。
（3）预报和预警：实时解读和分析各项监测的数据，实现单项或多项对比报警响应，对出现的预报和预警事件实现在厂区的机房声光报警，并与短信群发平台实时联动，同时可在处理预报和预警时建立消除机制，确保预报和预警能够及时有效地得到处理。
（4）系统管理：可以为信息发布平台提供优质的管理方面的支持，使信息发布平台更易扩展，更加灵活。
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图3 现场应用示意图
3 应用效果
针对本项目工程特点，与北京城勘院联合在风险源地段布置自动化监测系统，实现每15分钟对风险源变形绝对值的采集和变形趋势预判，精度可达到±0.3㎜，并将监测数据在平台发布。
根据变形情况及时调整基坑支护参数，采取有效控制措施，最终实现风险源的微沉降控制要求。目前实现1.72m超近距离与地铁13号线路基施工并行，最终将沉降值控制在±2mm以内，与地铁13号线并行的桥桩施工，最终将沉降值控制在±1mm以内。
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图4 自动化监测示意图
4 结论
（1）京张高铁清华园隧道位于北京城市核心区，穿越多条地铁线、城市主干道和重要市政管线，施工风险大；
（2）通过明挖基坑四维全自动监测技术对基坑进行不间断监控，可以实现风险源的微沉降控制要求。
参考文献
[1] 赵勇,吕刚,刘建友,刘方.京张高铁清华园隧道建造关键技术创新与应用[J]. 铁道标准设计.2020,1:109-111
[2] 冯屾, 高璇. 北京地铁某车站明挖基坑施工监测分析[J]. 海峡科技与产业.2017,5:145-146
[3] 张一诺. 辽阳万利尾矿库在线监测及预警预报[J].福建质量管理.2017,12:260