一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统及方法，交叉穿越既有线即为新建线路上跨或下穿既有线路，既有线路依据第一阈值和第二阈值划分为若干不同影响区域，新建线路依据第三阈值划分为若干施工区域，监测模块在不同影响区域设置有差异化的监测布置方案，数据处理模块基于变形数据的空间分布规律和时间变化规律向施工指导模块输出计算结果以优化调节新建线路的施工设计和施工过程。既有线路和新建线路基于相对位置关系和影响强度划分为若干区段，将施工中的动态变化因素纳入参考并针对性地设置既有线路的变形监测方案，提高变形监测的准确度和合理性，对于交叉穿越既有线的施工设计和安全管理具有重要意义。既有线的施工设计和安全管理具有重要意义。既有线的施工设计和安全管理具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及轨道交叉施工领域，尤其涉及轨道交叉施工中的数据监测与安全保障，具体为一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统及方法。

技术介绍

[0002]城市化进程带动轨道交通迅速发展，大城市轨道交通进入组网规划建设阶段，而轨道交叉施工是其中的重点和难点，例如新建地铁穿越既有地铁隧道和车站的近接施工过程。新建线路与既有线路的空间关系分为并行和交叉两种，交叉又可分为上交叉和下交叉，上交叉即为新建线路从既有线路上方穿越，下交叉即为新建线路从既有线路下方穿越。
[0003]新建地铁线路在交叉穿越既有地铁线路时，新建地铁线路会引起地层的位移和变形，同时，新建地铁线路和既有地铁线路之间也会存在复杂的相互作用。新建线路的近接施工过程对既有线路的影响因素包括：隧道间隔、相对位置、新建线路规模、新建线路施工方法、地形地质条件和既有线路结构等。当新建线路隧道在既有线路隧道上方穿越时，既有线路隧道会向上拉伸变形，损伤既有线路隧道的拱作用，增大既有线路隧道的衬砌载荷；当新建线路隧道在既有线路隧道下方穿越时，既有线路隧道会发生沉降，有可能发生超过允许范围的轨道变形。在既有线路已投入运营的情况下，新建线路不仅要保证新建线路的结构施工顺利完成，而且也要保证既有线路的安全和正常运营。
[0004]因此，在新建线路的近接施工过程中，对既有线路进行变形监测与变形控制可针对既有线路的安全状态进行持续监控，也可以依据既有线路的监测结果动态调整新建线路的施工策略，对于轨道交叉近接施工具有重要意义。
[0005]现有技术中，例如公开号为CN105089698A的专利文件公开了一种地铁隧道下穿既有铁路的沉降控制方法，运用动力有限元理论建立线路结构
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路基
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土层三维计算模型，模拟分析不同隧道埋深、不同开挖方式下地铁隧道施工引起的隧道结构、土层和轨道基础之间的变形关系；并结合既有地铁隧道的下穿施工资料，总结归纳地铁隧道下穿施工时隧道开挖对既有线路基础的变形影响因素、变形影响规律以及对轨道不平顺的影响规律；基于既有铁路变形控制指标体系中对轨道静态几何尺寸、动态质量容许偏差管理的相关要求，提出地铁隧道下穿既有铁路的沉降控制指标；施工过程中实时监测的路基沉降量超过所述沉降控制指标，则发出报警。
[0006]该专利的技术方案通过结合计算模型、施工条件和既有变形控制指标的方式给出沉降量和沉降速率的控制指标，并对比实测数据以获得施工参考。但该技术方案仅给出不同速度下的沉降评判指标，并未将地铁隧道下穿施工过程的动态影响纳入参考，难以将测得的沉降数据与施工过程的动态影响因素结合起来，有针对性地指导地铁隧道下穿的近接施工过程。
[0007]公开号CN103775098B的专利文件公开了一种基于列车震动的立体交叉隧道施工的分区监测方法及装置，该方法包括：接收第一数据，包括：围岩级别、交叉角度、交叉净距、通车速度；根据第一数据得出第一隧道上待监测位置处的动力影响准则值；将计算得出的
所述待监测位置处的动力影响准则值与预先存储的分区基准值进行比较，确定所述待监测位置的分区等级。本专利技术通过接收第一数据，计算得出后建的第一隧道任意检测位置处的动力影响准则值，将动力影响准则值与预先存储的分区基准值进行比较，从而确定第一隧道任意位置的分区等级，方便在施工前，对先建隧道通车状态下列车荷载对后建隧道的结构动力影响进行量化，指导施工过程中隧道支护结构设计及减震措施选择。
[0008]该专利的技术方案基于线路交叉近接施工的影响因素模拟计算获得动力影响准则值，并以此将新建线路的不同位置划分为若干等级以采取针对性的支护结构和减震措施。但部分影响因素在近接施工过程中会发生变化，施工前的模拟计算结果可作为近接施工预备阶段的参考，实际施工过程中需要实时监测数据来对模拟计算结果进行验证和优化，将施工过程中影响因素的动态变化纳入考虑范围以更好地指导施工过程。
[0009]因此，现有技术在新建线路交叉穿越既有线路的近接施工过程中，部分技术方案基于设计参数的模拟分析数据或经验公式计算结果指导新建线路的施工过程；但没有将近接施工中的动态因素纳入参考计算，即没有考虑地层力学参数的不确定性和施工过程的不可预见性，且新建线路地层力学参数的不确定性和施工过程的不可预见性对既有线路的影响在不同区段存在显著差异的，现有技术没有根据新建新路施工面与既有的线路的相对位置变化设定不同的监测区段和监测模式；现有技术没有提供一种根据实时变形监测数据来验证和优化预测数据的方法，并基于变形监测数据的空间分布规律和时间变化规律来获得针对性的施工策略，从而保证在近接工程动态推进过程中，既有线路的变形符合安全施工和运营的要求。
[0010]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0011]针对现有技术所提出的至少一部分不足之处，本申请提供了一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统，交叉穿越既有线即为新建线路上跨或下穿既有线路，既有线变形监测系统包括：监测模块，监测模块用于对既有线路的变形数据进行监测；数据处理模块，数据处理模块用于处理监测模块所测得的变形数据；施工指导模块，施工指导模块用于对新建线路的施工设计进行优化并对施工过程进行调节；
[0012]在既有线路基于监测位置到交叉位置的距离与第一阈值和第二阈值相对大小的不同分为若干不同影响区域的情况下，监测模块在不同影响区域设置有差异化的监测布置方案，使得监测模块能够获取不同影响区域的变形数据；在新建线路基于施工面到既有线路的最小距离与第三阈值相对大小的不同分为若干施工区域的情况下，数据处理模块基于变形数据的空间分布规律和时间变化规律向所述施工指导模块输出反馈指令和调节指令，其中，所述反馈指令用于指导所述既有线路的监测布置和监测复核，所述调节指令用于优化所述新建线路的施工设计。
[0013]现有技术交叉隧道线路施工的变形监测和沉降控制技术中，部分技术方案基于交叉线路设计参数进行数据模拟或公式计算以获得沉降控制指标或变形控制分区，但在既有
线路的结构已完成构建或已投入运行的情况下，新建线路的建设对于既有线路的影响是一个动态发展的过程，使用设计参数对已成型的新建线路和既有线路进行模拟计算，无法将施工过程中的动态影响纳入既有线路的变形监测和新建线路的施工调整中；且现有针对既有线路的变形监测方法中，测点布置对于不同影响区域的区分不够，以至于获得的变化数据对影响既有线的结构安全的关键区域的变形特点表征不足，测点布置方式单一，在新建线路的施工面与既有线路的相对位置发生动态变化的过程中，监测布置方案无法与施工面的施工方案和支护方案相适应，既有线变形监测的精准度和针对性不足。
[0014]针对上述问题，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统，所述交叉穿越既有线即为新建线路(500)上跨或下穿既有线路(400)，所述既有线变形监测系统包括：监测模块(100)，用于对所述既有线路(400)的变形数据进行监测；数据处理模块(200)，用于处理所述监测模块(100)所测得的变形数据；施工指导模块(300)，用于对所述新建线路(500)的施工设计进行优化并对施工过程进行调节；其特征在于，在所述既有线路(400)基于监测位置到交叉位置的距离与第一阈值和第二阈值相对大小的不同分为若干不同影响区域的情况下，所述监测模块(100)在不同影响区域设置有差异化的监测布置方案，使得所述监测模块(100)能够获取不同影响区域的变形数据；在所述新建线路(500)基于施工面到所述既有线路(400)的最小距离与第三阈值相对大小的不同分为若干施工区域的情况下，所述数据处理模块(200)基于变形数据的空间分布规律和时间变化规律向所述施工指导模块(300)输出反馈指令和调节指令，其中，所述反馈指令用于指导所述既有线路(400)的监测布置和监测复核，所述调节指令用于优化所述新建线路(500)的施工设计。2.根据权利要求1所述的既有线变形监测系统，其特征在于，所述既有线路(400)基于监测位置到交叉位置的距离与所述第一阈值和所述第二阈值相对大小的不同分为可能影响区(401)、次要影响区(402)和主要影响区(403)，其中，所述第二阈值大于所述第一阈值，所述可能影响区(401)为监测位置到交叉位置的距离大于所述第二阈值的既有线路区段，所述次要影响区(402)为监测位置到交叉位置的距离小于所述第二阈值且大于所述第一阈值的既有线路区段，所述重要影响区(403)为监测位置到交叉位置的距离小于所述第一阈值的既有线路区段。3.根据权利要求1或2所述的既有线变形监测系统，其特征在于，在所述既有线路(400)依据所述第一阈值和所述第二阈值划分为所述主要影响区(403)、所述次要影响区(402)和所述可能影响区(401)的情况下，所述监测模块(100)分别在所述主要影响区(403)、所述次要影响区(402)和所述可能影响区(401)设置差异化的监测布置，其中，差异化的监测布置包括监测项目、监测点位置、监测点密度中的至少一项不同。4.根据前述权利要求1至3之一所述的既有线变形监测系统，其特征在于，所述新建线路(500)基于施工面到所述既有线路(400)的最小距离与所述第三阈值相对大小的不同分为前施工区域(501)、近接施工区域(502)和后施工区域(503)，其中，所述前施工区域(501)为施工面到所述既有线路(400)的最小距离大于所述第三阈值且施工面的推进方向朝向交叉位置的区段，所述后施工区域(503)为施工面到所述既有线路(400)的最小距离大于所述第三阈值且施工面的推进方向远离交叉位置的区段，所述近接施工区域(502)为分布在交叉位置两侧且施工面到所述既有线路(400)的最小距离小于所述第三阈值的区段。5.根据前述权利要求1至4之一所述的既有线变形监测系统，其特征在于，在所述新建线路(500)依据所述第三阈值划分为所述前施工区域(501)、所述近接施工区域(502)和所述后施工区域(503)的情况下，所述数据处理模块(200)配置有第一工作模式至第三工作模式，使得所述数据处理模块(200)能够基于所述第一工作模式至所述第三工作模式对所述监测模块(100)所测得的变形数据进行不同程度的加工并以不同频次反馈至所述施工指导模块(300)，其中，不同程度的加工包括计算不同维度的空间分布规律和随时间的变化率，变化加速度。
6.根据权利要求2或3所述的既有线变形监测系统，其特征在于，所述第一阈值和所述第二阈值根据隧道地表沉降曲线计算公式中的沉降槽宽度系数i进行设定，所述第一阈值为i，所述第二阈值为2.5i，其中，i＝(H+R)/((2π)
0.5
*tan(π/4
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【专利技术属性】
技术研发人员：付春青，张国强，张鹏远，杨纬华，孙冬冬，张功，申庆梦，张照太，刘彤，郝岩，
申请(专利权)人：北京住总集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：