一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统及方法与流程

1.本发明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。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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-路基-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。
6.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。
7.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。本发明通过接收第一数据，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。
8.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。
9.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。
10.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明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，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

11.针对现有技术所提出的至少一部分不足之处，本技术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；
12.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。
13.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。
14.针对上述问题，本技术提出一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统，依据既有线路受到新建线路影响程度的不同将既有线路分为若干影响区域，例如，用于表征新建线路对既有线路影响程度的第一阈值和第二阈值可依据设计施工规范或模拟计算进行确定，根据施工规范可将既有线路划分为可能影响区、次要影响区和主要影响区；监测模块在既有线路中的监测布置方案可在不同影响区内进行差异化布置，差异化布置可包括监测项目、监测点数量、监测点布置位置、监测点密度、监测频率中一项或多项不同。监测项目可包括多项，例如隧道及车站变形测量：隧道结构竖向位移、隧道结构水平位移、隧道结构净空收敛、隧道结构变形缝差异沉降、轨道结构竖向位移、轨道静态几何形位、隧道结构裂缝、管线沉降、站台及地表沉降、构筑物沉降，建构筑物倾斜等；支护结构变形测量：墙位移测量、支护应变应力测量、锚杆锚固力测量、钢架内力及承受载荷测量等；周边环境测量：围岩变形及压力测量、沿线地表沉降观测、沿线地下管线变形测量、沿线重要建筑物变形测量等；上述测量项目可分为应测项目和选测项目，依据不同的地质结构和设计施工要求，可适当增加对应的选测项目。
15.依据新建线路的施工面与既有线路的相对位置关系不同将新建线路分为若干施工区域，用于表征新建线路的施工面到既有线路相对位置关系的第三阈值可根据设计施工规范和模拟技术进行确定，例如，根据交叉隧道施工特点，可将新建线路分为前施工区域、近接施工区域和后施工区域；前施工区域，当新建线路的施工面处于前施工区域时，施工面距离既有线路较远，影响较为有限，则针对既有线路的监测应当设置合适的监测布置方案以获得代表性的变形数据；当新建线路的施工面处于近接施工区域时，施工面距离既有线路较近，且既有线路周围的地质结构受到新建线路的影响较为明显，针对既有线路的监测布置方案应当优化设置以获取更为详尽的变形数据，使得既有线路的变形数据能够更全面地评判既有线路的结构安全，并为施工方案和支护方案的调整提供更准确的数据支撑。
16.针对现有技术中数据处理没有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的问题，本技术的数据处理模块对监测模块所测得的数据在空间分布和时间变化方面进行分析处理，可获得既有线路变形数据在一维至三维的变化规律，在时间上变化的速度和加速度，变形的局部发展规律等，使得新建线路对于既有线路的影响过程和影响规律能够清晰地量化和展现，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。
17.优选地，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可能影响区、次要影响区和主要影响区，其中，第二阈值大于第一阈值，可能影响区为监测位置到交叉位置的距离大于第二阈值的既有线路区段，次要影响区为监测位置到交叉位置的距离小于第二阈值且大于第一阈值的既有线路区段，重要影响区为监测位
置到交叉位置的距离小于第一阈值的既有线路区段；第一阈值和第二阈值的设定可根据隧道地表沉降曲线计算公式中的沉降槽宽度系数进行确定，例如，第一阈值为交叉位置到隧道沉降曲线反弯点的距离，第二阈值可以为隧道沉降曲线反弯点到沉降曲线边缘2.5倍沉降槽宽度系数。将既有线路基于隧道沉降曲线参数分为可能影响区、次要影响区和主要影响区，各区段可依据受到新建线路影响程度的不同而分别设置针对性的监测布置方案，使得监测模块增强对重点区域的变形数据监测而减少非重点区域的数据量，提高既有线路变形监测的针对性和科学性。
18.优选地，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前施工区域、近接施工区域和后施工区域，其中，前施工区域为施工面到既有线路的最小距离大于第三阈值且施工面的推进方向朝向交叉位置的区段，后施工区域为施工面到既有线路的最小距离大于第三阈值且施工面的推进方向远离交叉位置的区段，近接施工区域为分布在交叉位置两侧且施工面到既有线路的最小距离小于第三阈值的区段；第三阈值可依据设计规范和工程实践经验设定，例如，当施工面的施工爆破在既有线路引起的振动幅度达到一定值时的间隔距离设定为第三阈值；也可根据新建线路与既有线路的近接程度进行设定，近接程度由交叉位置处的新建线路隧道外表面到既有线路隧道衬砌表面最小间隔距离的大小来决定，最小间距越小，则近接程度越大；则第三阈值可与最小间隔距离成反比例设置，即新建线路与既有线路的最小间隔距离越小，第三阈值的设定值就越大。
19.将新建线路划分为若干施工区域可根据施工面推进对既有线路的影响程度来进行针对性的监测方案布置，例如，当新建线路的施工面位于前施工区域时，施工面对既有线路可能影响区、次要影响区和主要影响区的影响程度依次加重，但仍然处于风险较低的情况，既有线路的分区监测布置方案可以适当简化；后施工区域的设置则考虑了新建线路隧道结构成形对既有线路的影响，虽然施工面距离既有线路较远，但上穿或下穿既有线路的新建线路显著改变了既有线路周边的地质结构，影响程度相比施工面位于前施工区域的情况要更为复杂；近接施工区域则是交叉线路施工中的重点控制区域，施工面的推进和支护结构对于既有线路的影响均在此处达到最值，则既有线路的分区监测方案布置应当优化设置以获取更为详尽和及时的变形数据，用以指导优化新建线路的施工方案和支护方案。
20.优选地，第一阈值和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，第一阈值为i，第二阈值为2.5i，其中，i＝(h+r)/((2π)
0.5
*tan(π/4-ψ/2))，h为新建线路隧道覆土厚度，r为新建线路隧道计算半径，对于非圆截面，r为(a/π)
0.5
，a为新建线路隧道截面积，ψ为隧道周围地层内摩擦角。隧道地表沉降曲线计算公式是最常用的隧道施工引起地表沉降的估算方法，该公式的函数曲线与实际观测的沉降轮廓线的形状相似，将地表沉降所形成的沉降槽的曲线形态以数学形式加以表现，逐步对地表沉降分布、最大沉降量进行理论估算。运用该方法确定新建线路对于既有线路的影响分区可以充分利用现有最常用的理论，实际的变形数据影响范围与该公式的函数曲线表现十分接近，则以该公式中的沉降槽宽度系数作为既有线路分区阈值可有效区分新建新路对既有线路的影响程度，对于既有线路的变形监测方案布置具有重要意义。
21.优选地，第一阈值和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，第一阈值为i，第二阈值为2.5i，i＝kz，z为新建线路隧道深度，k为沉降槽宽度参数，由土性决定：当土性为无粘性土时，k为0.2-0.3；当土性为硬粘土时，k为0.4-0.5；
当土性为粉质黏土时，k为0.7。该沉降槽宽度系数的估算公式则考虑了不同土性下的计算差异，选用合适的沉降槽宽度参数计算对应的沉降槽宽度系数，对于不同土性下的新建线路对既有线路的影响范围估计更为准确和实用。
22.优选地，第三阈值根据新建线路和既有线路的近接程度进行设定，近接程度由新建线路隧道表面至既有线路隧道衬砌表面的最小距离决定，则第三阈值的大小与最小距离的大小成反比例设置，即第三阈值为(lo/l)*d，其中，l为新建线路隧道表面至既有线路隧道衬砌表面的最小距离，d为新建线路隧道外径，lo为根据设计施工经验获得的预设值，根据土质结构和施工方法的不同，lo可设置为5d-10d。针对新建线路进行区段划分的第三阈值由新建线路和既有线路之间的相对位置关系直接决定，当新建线路与既有线路越靠近时，其近接施工影响程度越大则需要重点考虑的施工影响范围应当扩展，将低于阈值与最小距离呈反比例设置，则针对新建线路的区段划分可契合交叉线路越靠近影响范围越大的实践规律，保证新建线路施工区域的划分能够符合既有线路变形监测的需求。
23.优选地，第三阈值根据新建线路和既有线路的近接程度进行设定，近接程度由新建线路隧道表面至既有线路隧道衬砌表面的最小距离决定，若l为新建线路隧道表面至既有线路隧道衬砌表面的最小距离，d为新建线路隧道外径，当新建线路隧道上穿既有线路隧道时且l》3.0d、3.0d》l》1.5d和1.5d》l时，第三阈值分别设置为3.0d、5.0d、和8.0d；当新建线路隧道下穿既有线路隧道且l》3.5d、3.5d》l》2d和2d》l时，第三阈值分别设置为5.0d、10.0d、和16.0d；该第三阈值的设置方法则对新建线路上穿或下穿既有线路进行区分，增加新建线路下穿既有线路时近接范围，使得新建线路对既有线路的影响范围区分更符合实践规律，对于既有线路的变形监测方案布置对于新建线路下穿既有线路的情况考虑更加全面。
24.优选地，第一阈值至第三阈值根据新建线路与既有线路交叉位置的交叉角设置有调整倍数n，n＝no+(90-θ)/β，其中，θ为新建线路与既有线路的交叉角，交叉范围理论取值为0《θ≦90；no为基准倍数，取值为1；β为参考变化角度，可根据地质结构和施工设计在10-30度之间取值。新建线路与既有新路交叉必然存在交叉角度，相同近接程度下，当交叉角从90度逐渐减小时，新建线路与既有线路的交叉影响范围逐渐增大，即新建线路到既有新路最小间距小于某一固定值的范围会增加，相应的，新建线路的近接施工区域和既有线路的重要影响区应当扩大范围，因此，对第一阈值至第三阈值引入调整倍数以表征交叉角变化给区段划分带来影响，使得针对既有线路和新建线路的区段划分更加科学合理；同时，由于大部分地铁隧道交叉施工在近接范围内接近对称分布，则对第一阈值和第三阈值引入相同的调整倍数，若地铁隧道交叉为非对称分布，则可考虑对既有线路和新建线路分别引入关于交叉角的调整倍数。
25.优选地，在既有线路依据第一阈值和第二阈值划分为主要影响区、次要影响区和可能影响区的情况下，监测模块分别在主要影响区、次要影响区和可能影响区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。监测模块在主要影响区、次要影响区和可能影响区的监测点密度也可分别按照等距或间距递减的方式进行设置，即越靠近交叉位置，监测点的布置应当越密集，使得采集的变形数据更加详尽准确。
26.优选地，在新建线路依据第三阈值划分为前施工区域、近接施工区域和后施工区
域的情况下，数据处理模块配置有第一工作模式至第三工作模式，使得数据处理模块能够基于第一工作模式至第三工作模式对监测模块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施工指导模块，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、变化加速度等。
27.优选地，施工指导模块用于展示数据处理模块对既有线路变形数据的处理结果，施工指导模块对于变形数据的展示方式包括数据表，与监测频率相适应的拟合曲线，二维或三维云图；施工指导模块也可基于数据处理模块的预测变形数据展示预测变化图表，用以指导施工方案和支护方案。
28.本发明还提供了一种交叉穿越既有线的既有线变形监测方法，既有线变形监测方法基于既有线变形监测系统实施，其中，该方法包括以下步骤：
29.依据第一阈值和第二阈值将既有线路划分为可能影响区、次要影响区和主要影响区，其中，第一阈值和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；
30.依据第三阈值将新建线路划分为前施工区域、近接施工区域和后施工区域，其中，第三阈值根据新建线路和既有线路的近接程度进行设定，近接程度由新建线路隧道表面至既有线路隧道衬砌表面的最小距离决定，则第三阈值的大小与最小距离的大小成反比例设置；
31.第一阈值至第三阈值根据新建线路与既有线路交叉位置的交叉角设置有调整倍数n，n＝no+(90-θ)/β，其中，θ为新建线路与既有线路的交叉角；no为基准倍数；β为参考变化角度；
32.监测模块分别在主要影响区、次要影响区和可能影响区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；
33.数据处理模块配置有第一工作模式至第三工作模式，使得数据处理模块能够基于第一工作模式至第三工作模式对监测模块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施工指导模块，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。
附图说明
34.图1是本发明的一种优选实施方式的既有线变形监测系统连接示意图；
35.图2是本发明的一种优选实施方式的既有线路和新建线路垂直交叉示意图；
36.图3是本发明的一种优选实施方式的既有线路和新建线路倾斜交叉示意图。
37.附图标记列表
38.100：监测模块；200：数据处理模块；300：施工指导模块；400：既有线路：401：可能影响区；402：次要影响区；403：重要影响区；500：新建线路；501：前施工区域；502：近接施工区域；503：后施工区域。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明进行详细说明。
40.本技术提出了一种交叉穿越既有线的既有线变形监测系统及方法，如图1所示，系
统包括监测模块，用于对既有线路400的变形数据进行监测；数据处理模块200，用于处理监测模块100所测得的变形数据；施工指导模块300，基于数据处理模块200输出的计算结果优化调节新建线路500的施工设计和施工方案。如图2和图3所示，交叉穿越既有线即新建线路500需要穿越既有线路400，新建线路500与既有线路400的交叉穿越包括上交叉和下交叉，也可称为上跨和下穿，其中，上交叉即为新建线路500从上部穿越既有线路400，下交叉即为新建线路500从下部穿越既有线路400，交叉穿越中评判新建线路500与既有线路400近接程度的影响因素包括：交叉角度、交叉距离，穿越方式、既有线路400规模、既有线路400结构、新建线路500规模、新建线路500施工方法等。
41.如图2所示，近接程度按照新建线路和既有线路400的相互影响程度可定性划分为无影响范围、一般影响范围和重点影响范围，无影响范围指新建线路500与既有线路400距离较远，近接施工的相互影响可忽略不计；重点影响范围指新建线路500与既有线路400的间距十分接近，近接施工可能对既有线路400产生重大影响；一般影响范围则介于无影响范围和重点影响范围之间，近接施工需考虑对既有线路400产生一定程度的影响。例如，主要考虑交叉距离对近接程度影响时，近接程度可根据既有隧道和新建隧道的间隔l的大小进行划分，间隔l是指既有隧道衬砌到新建隧道的最小距离，以新建隧道的外径为d，当新建隧道上穿既有隧道时，l》3.0d时为无影响范围，3.0d》l》1.5d为一般影响范围，1.5d》l为重点影响范围；当新建隧道下穿既有隧道时，l》3.5d时为无影响范围，3.5d》l》2d为一般影响范围，2d》l为重点影响范围。由于新建线路500下穿既有线路400对于既有线路400周边地质结构的改变更大，则下交叉对于既有线路400的结构影响效果显然会更强，则重点影响范围的区域相比上交叉会显著增加。
42.既有线路400一般处于结构完成阶段或已投入运营阶段，当新建线路500交叉穿越既有线路400的近接程度为一般影响范围和重点影响范围时，需针对既有线路400及周边环境的变形数据实施监测，保障既有线路400的结构安全和新建线路500的正常施工。而在新建线路500施工动态推进过程中，新建线路500施工面与既有线路400的相对位置关系处于动态变化过程，即新建线路500对既有线路400的影响作用随着施工面的推进而产生相应变化。
43.因此，针对既有线路400的变形监测应当考虑施工面与既有线路400的相对位置的动态变化关系以准确把握交叉施工中的监测重点区域和关键监测周期，基于上述分析，本技术将既有线路400和新建线路500根据相对位置关系和新建线路500的推进阶段划分为若干关联区段，在既有线路400的若干区段设置差异化的监测布置方案，根据新建线路500的推进程度，采用不同的监测模式，提高交叉穿越既有线中针对既有线路400变形监测的准确度和合理性。
44.优选地，如图2和图3所示，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可能影响区401、次要影响区402和主要影响区，其中，第二阈值大于第一阈值，可能影响区401为监测位置到交叉位置的距离大于第二阈值的既有线路区段，次要影响区402为监测位置到交叉位置的距离小于第二阈值且大于第一阈值的既有线路区段，重要影响区403为监测位置到交叉位置的距离小于第一阈值的既有线路区段。
45.首先现有技术很少涉及在交叉穿越既有线的施工环境下考虑动态变化的分区形
变检测以及在此基础上的风险预警方案，其次，部分现有工程可能在施工时会利用到一些地面沉降检测或预测方法去检测既有线路在新建线路的施工过程中的沉降变化，但是现有施工人员往往会利用常规的划分手段去选定单一的特征值来区分影响区的范围，然而，本发明注意到，每个施工项目条件都大不一样，对影响区域的划分不能简单按照经验指导进行，现场存在多种信息均会影响到影响区域的具体划定，如果监测分区划定不合理，则无法保证监测布置的针对性和有效性，难以形成有层次、有重点、有区分的检测体系，对后续的检测、预警、施工指导的参考价值不高，且监测分区划分过于经验化和粗糙化也不利于监测资源的合理利用和施工成本的控制。
46.基于上述问题，本技术将第一阈值和第二阈值可设定为k1s0和k2s0，其中，s0为参考系数，参考系数s0可基于经验公式、模型和数值模拟结果进行确定，例如预测地表沉降的peck方法、地层沉降解析公式、等效地层损失模型等；k1和k2分别为第一阈值和第二阈值的设定参数，对于参考系数s0确定的情况，k1和k2由经验公式f(m1、m2、m3…mx
)获得，m1至m
x
包括工法、施工参数、地层结构、经验数据和模拟数据等，例如，k1的取值范围可以设定为1-3，k2的取值范围可设定为2-5，且k2大于k1；现有交叉穿越工程施工过程中，既有线路400的变形检测无法针对性地布置监测方案，而参考系数基于函数曲线模拟地层实际沉降曲线而获得，使用参考系数设定用于监测分区的阈值可提高分区合理性，避免现有工程中粗放式的检测布置，对于提高监测的针对性和准确性具有重要意义；且第一阈值和第二阈值的设定参数k1和k2考虑多种影响既有线路400区域划分的因素，将地质勘探数据、设计参数、施工经验等个性因素和参考系数代表的共性因素相结合，显著提高交叉穿越既有线施工中既有线变形监测分区的针对性和科学性。
47.优选地，第一阈值和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，第一阈值为i，第二阈值为2.5i，其中，i＝(h+r)/((2π)
0.5
*tan(π/4-ψ/2))，h为新建线路500隧道覆土厚度，r为新建线路500隧道计算半径，对于非圆截面，r为(a/π)
0.5
，a为新建线路500隧道截面积，ψ为隧道周围地层内摩擦角。隧道地表沉降曲线计算公式是最常用的隧道施工引起地表沉降的估算方法，该公式的函数曲线与实际观测的沉降轮廓线的形状相似，将地表沉降所形成的沉降槽的曲线形态以数学形式加以表现，逐步对地表沉降分布、最大沉降量进行理论估算。例如，对于设定半径r为5.4米的半圆形盾构地铁隧道，设定覆土厚度h为20米，参考周围地层内摩擦角ψ为20度，则沉降槽宽度系数计算结果约为14.5米；则沉降槽宽度系数计算结果为14.5米，第一阈值为14.5米，第二阈值为36.25米，即既有线路400交叉位置两侧14.5米以内为重要影响区403，交叉位置两侧14.5米至36.25米为次要影响区402，交叉位置两侧36.25米外为可能影响区401。针对既有路线的分区标准引入了新建线路500的沉降理论数据，使得既有路线依据第一阈值和第二阈值的分段方式与新建线路500对既有线路400的实际影响效果相匹配。
48.优选地，第一阈值和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，第一阈值为i，第二阈值为2.5i，i＝kz，z为新建线路500隧道深度，k为沉降槽宽度参数，由土性决定：当土性为无粘性土时，k为0.2-0.3；当土性为硬粘土时，k为0.4-0.5；当土性为粉质黏土时，k为0.7。该沉降槽宽度系数的估算公式则考虑了不同土性下的计算差异，选用合适的沉降槽宽度参数计算对应的沉降槽宽度系数，对于不同土性下的新建线路500对既有线路400的影响范围估计更为准确和实用。同样针对设定半径r为5.4米的
半圆形盾构地铁隧道，设定覆土厚度h为20米，参考土性为硬黏土，沉降槽宽度参数为0.5，则沉降槽宽度系数计算结果为12.7米，第一阈值为12.7米，第二阈值为31.75米。第三阈值根据新建线路500和既有线路400最小间距进行设置的方式将近接程度的影响纳入现有线路的区段划分中，当既有线路400与新建线路500越靠近，则影响既有线路400的近接施工区域502范围就越大。
49.优选地，如图2和图3所示，新建线路500基于施工面到既有线路400的最小距离与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，前施工区域501为施工面到既有线路400的最小距离大于第三阈值且施工面的推进方向朝向交叉位置的区段，后施工区域503为施工面到既有线路400的最小距离大于第三阈值且施工面的推进方向远离交叉位置的区段，近接施工区域502为分布在交叉位置两侧且施工面到既有线路400的最小距离小于第三阈值的区段；第三阈值根据新建线路500和既有线路400的近接程度进行设定，近接程度由新建线路500隧道表面至既有线路400隧道衬砌表面的最小距离决定，则第三阈值的大小与最小距离的大小成反比例设置，即第三阈值为(lo/l)*d，其中，l为新建线路500隧道表面至既有线路400隧道衬砌表面的最小距离，d为新建线路500隧道外径，lo为根据设计施工经验获得的预设值，根据土质结构和施工方法的不同，lo可设置为5d-10d。例如，针对新建线路500隧道表面至既有线路400隧道衬砌表面的最小距离l为0.5d，lo设置为8d，d取值为5.4米，则第三阈值的计算结果为86.4米，即新建线路500交叉位置两侧86.4米范围内为近接施工区域502，新建线路500交叉位置两侧86.4米外分别为前施工区域501和后施工区域503。
50.优选地，第三阈值根据新建线路500和既有线路400的近接程度进行设定，近接程度由新建线路500隧道表面至既有线路400隧道衬砌表面的最小距离决定，若l为新建线路500隧道表面至既有线路400隧道衬砌表面的最小距离，d为新建线路500隧道外径，当新建线路500隧道上穿既有线路400隧道时且l》3.0d、3.0d》l》1.5d和1.5d》l时，第三阈值分别设置为3.0d、5.0d、和8.0d；当新建线路500隧道下穿既有线路400隧道且l》3.5d、3.5d》l》2d和2d》l时，第三阈值分别设置为5.0d、10.0d、和16.0d；该第三阈值的设置方法则对新建线路500上穿或下穿既有线路400进行区分，增加新建线路500下穿既有线路400时近接范围，使得新建线路500对既有线路400的影响范围区分更符合实践规律，对于既有线路400的变形监测方案布置对于新建线路500下穿既有线路400的情况考虑更加全面。例如，同样针对新建线路500隧道表面至既有线路400隧道衬砌表面的最小距离l为0.5d的情况，d取值为5.4米，新建线路500分别上穿或下穿既有线路400，则第三阈值的计算结果分别为43.2/86.4米。
51.优选地，第一阈值至第三阈值根据新建线路500与既有线路400交叉位置的交叉角设置有调整倍数n，n＝no+(90-θ)/β，其中，θ为新建线路500与既有线路400的交叉角，交叉范围理论取值为0《θ≦90；no为基准倍数，取值为1；β为参考变化角度，可根据地质结构和施工设计在10-30度之间取值。例如，对于新建线路500和既有线路400的交叉角为70度的情况，参考变化角度β为20度，调整倍数n的计算值为2，即第一阈值至第三阈值在原计算结果的基础上增加一倍，使得重要影响区403和近接施工区域502的范围扩大一倍。新建线路500与既有新路交叉必然存在交叉角度，相同近接程度下，当交叉角从90度逐渐减小时，新建线路500与既有线路400的交叉影响范围逐渐增大，即新建线路500到既有新路最小间距小于
某一固定值的范围会增加，相应的，新建线路500的近接施工区域502和既有线路400的重要影响区403应当扩大范围，因此，对第一阈值至第三阈值引入调整倍数以表征交叉角变化给区段划分带来影响，使得针对既有线路400和新建线路500的区段划分更加科学合理；同时，由于大部分地铁隧道交叉施工在近接范围内接近对称分布，则对第一阈值和第三阈值引入相同的调整倍数，若地铁隧道交叉为非对称分布，则可考虑对既有线路400和新建线路500分别引入关于交叉角的调整倍数n1和n2。
52.优选地，在既有线路400依据第一阈值和第二阈值划分为主要影响区、次要影响区402和可能影响区401的情况下，监测模块100分别在主要影响区、次要影响区402和可能影响区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。针对既有线路400的变形监测，为保证线路的正常运营，降低变形监测过程对既有线路400的影响，应当依托既有线路400运行监测系统，采用自动化设备进行变形数据收集，使得监控人员能够远程监控或视频监控，必要时进行现场复核测量。
53.优选地，监测项目可包括多项，例如隧道及车站变形测量：隧道结构竖向位移、隧道结构水平位移、隧道结构净空收敛、隧道结构变形缝差异沉降、轨道结构竖向位移、轨道静态几何形位、隧道结构裂缝、站台及地表沉降、构筑物沉降，建构筑物倾斜等；支护结构变形测量：墙位移测量、支护应变应力测量、锚杆锚固力测量、钢架内力及承受载荷测量等；周边环境测量：围岩变形及压力测量、沿线地表沉降观测、沿线地下管线变形测量、沿线重要建筑物变形测量等。
54.优选地，上述测量项目可分为应测项目和选测项目，依据不同的地质结构和设计施工要求，可在次要影响区402或主要影响区内适当增加对应的选测项目。例如，针对可能影响区401，监测项目的选取参照正常运营轨道交通监测项目进行设置；在次要影响区402，增加关于隧道结构位移变形、轨道结构位移变形、轨道静态几何形位变形和隧道净空收敛的监测，在正常变形监测的基础上，初步监控新建线路500隧道对既有线路400隧道的结构影响在隧道变形、轨道沉降和围岩应力等方面的影响；在主要影响区，增加关于围岩变形和压力测量，钢架内力及承受载荷测量，衬砌应变应力测量等，全面监控主要影响区内的变形位移，对于隧道支撑结构和围岩内部变化进行监控，保障变形速率和累计变形量符合阶段控制和整体控制要求。
55.优选地，监测点位置的选取以能够准确有效测量为标准，监测点布置则对于不同的监测项目有特定要求，且不同方法下测量布置各有特点，针对重要影响区403，监测点布置和监测方法的选取应当更侧重于变形监控的精准度和有效性。例如，针对隧道结构竖向位移的监测点一般布置在隧道拱顶和轨道所处基面，在重要影响区403可基于设置在隧道拱顶和轨道所处基面的若干传感器进行综合测定；竖向位移监测主要考虑监测等级和竖向位移控制值，竖向位移控制值包括变化速率控制值和累计变化量控制值，竖向位移监测的精度首先要根据控制值的大小进行确定，特别要满足速率控制值或在不同工况下按各阶段分别控制的要求；对于建筑物倾斜监测，当建筑物具有明显的外部特征点和宽敞的观测场地时，可采用投点法，当被测建筑物内部有一定竖向通视条件时，可采用激光铅直仪观测法。对于地表沉降或站台平面沉降，采用水准仪测量，水准桩埋设深度大于0.8米，地面保护加盖，保护盖内径大于精密水准尺宽度；对于地下管线的测量布置，延管线纵向布置测点，在距管线外壁一侧竖直开孔，通过探孔将测点钢筋埋设在管线一旁，测点钢筋外套钢管，测
点和钢管之间用细沙填充。
56.优选地，监测点密度大小取决于监测位置受到影响的程度，针对既有线路400的变形测量中，可能影响区401参照正常运营轨道交通的测点密度进行布置，次要影响区402则适当增加测点密度，同时，对于不同监测项目的测点密度应当区分，有设置条件的监测项目可以集中于某一监测断面，而对于重要影响区403，监测点密度的设置应当满足重点监控区段的监测需要。例如，对于监测点密度，不同的监测项目监测布置密度要求不同，监测模块100在主要影响区、次要影响区402和可能影响区401的监测点密度也可分别按照等距或间距递减的方式进行设置，即越靠近交叉位置，监测点的布置应当越密集，使得采集的变形数据更加详尽准确。
57.例如，针对既有线路400轨道沉降的变形监测中，在既有线路400的可能影响区，轨道沉降监测断面间距为50-100米，监测点的布置方式为单线布置，即每个监测断面在轨道中心和左右侧边交替设置监测点，使得监测点的连线呈线状，在监测轨道沉降变形量的同时，也能体现轨道左右侧沉降的不均匀程度；在既有线路400的次要影响区，轨道沉降监测断面间距为6-10米，越靠近交叉位置，监测断面间距可递减设置，监测点的布置方式为网状布置，即每个监测断面在轨道中心和轨道左右侧边中选择至少两个点进行布置，使得监测点的连线呈网状，在增加监测覆盖密度的同时，也能提高对特殊原因导致局部沉降变形量出现异常的情况；在既有线路400的主要影响区，轨道沉降监测断面间距为2-5米，越靠近交叉位置，监测断面间距可递减设置，监测点的布置方式为立体布置，即每个监测断面不仅在轨道中心和轨道左右侧边布置测点，在轨道路基区域也设置测点，使得监测点能够覆盖不同水平高度的位置，综合反应轨道、轨道路基、轨道相关结构的沉降变形情况，提高对重点影响区域变形监测的力度，及时发现可能导致轨道沉降变形异常的部分薄弱结构或病害点，保证监测的准确性和预见性。在弯道、道岔、车站、衔接点等特殊位置处，也可增加监测断面并依据所处的影响区域进行监测点的布置。
58.优选地，在新建线路500依据第三阈值划分为前施工区域501、近接施工区域502和后施工区域503的情况下，数据处理模块200配置有第一工作模式至第三工作模式，使得数据处理模块200能够基于第一工作模式至第三工作模式对监测模块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施工指导模块300，其中，不同程度的加工包括选用至少部分变形监测数据并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。例如，当施工面位于前施工区域501时，数据处理模块200配置为第一工作模式，数据处理模块200在以第一设定频率采集可能影响区401应测项目变形数据的基础上，针对次要影响区402和主要影响区分别以区别于第一设定频率的第二设定频率和第三设定频率进行增加项目的变形数据监测；当施工面位于后施工区域503时，数据处理模块200配置为第二工作模式，数据处理模块200在以第二设定频率采集可能影响区401应测项目变形数据的基础上，针对次要影响区402和主要影响区分别以区别于第二设定频率的第三设定频率和第四设定频率进行增加项目的变形数据监测；当施工面位于近接施工区域502时，数据处理模块200配置为第三工作模式，数据处理模块200在以第三设定频率采集可能影响区401应测项目变形数据的基础上，针对次要影响区402和主要影响区分别以区别于第三设定频率的第四设定频率和第五设定频率进行增加项目的变形数据监测。
59.数据处理模块200也可以不采用上述交替更新的监测频率，而是在第一工作模式
至第三工作模式下分别针对既有线路400的不同影响区域设定监测频率，使得不同工作模式下的监测频率可以进行独立调整或根据实际监测需求进行自定义设置，提高监测系统的适应性。例如，当数据处理模块200配置为第一工作模式时，对可能影响区的检测频率设定为7d/次，对次要影响区的检测频率设定为5d/次，对主要影响区的检测频率设定为3d/次；当数据处理模块200配置为第二工作模式时，对可能影响区的检测频率设定为3d/次，对次要影响区的检测频率设定为1d/次，对主要影响区的检测频率设定为0.5d/次；当数据处理模块200配置为第三工作模式时，对可能影响区的检测频率设定为5d/次，对次要影响区的检测频率设定为2d/次，对主要影响区的检测频率设定为1d/次。
60.在新建线路500施工面位于不同施工区域的情况下，数据处理模块200和监测模块100基于既有线路400不同区段监测项目、监测点密度和数据采集频率的差异化布置实现针对性的变形监控方案，即对可能影响区401进行一般监测，对次要影响区402进行补充监测，对重要影响区403进行重点监测，且随着新建线路500施工面的推进，监测力度也随之发生变化，针对既有线变形监测在空间和时间上均按照一定规律变化，在保证监测效果的同时，也可以突出重点，降低非必要数据量，减轻变形数据处理和分析的压力，对于交叉穿越既有线的既有线变形简称构成差异化、多层次的科学监测体系具有重要意义。
61.优选地，施工指导模块300用于展示数据处理模块200对既有线路400变形数据的处理结果，数据处理模块200基于不同采集频率获取既有线路400的变形数据并进行计算处理，将结果以与采集频率相适应的更新频率传输至施工指导模块300，施工指导模块300对于变形数据的展示方式包括数据表，与采集频率相适应的拟合曲线，二维或三维云图等；施工指导模块300也可基于数据处理模块200的预测变形数据展示预测变化图表，用以指导新建线路500的施工方案和支护方案。
62.优选地，本技术的监测模块、数据处理模块200和施工指导模块300组成分布式自动化监测系统，采用现代工业自动化控制技术，计算机多媒体和网络通信技术，对各种物理量的测量传感器进行数据采集、实时测控、在线运算和分析处理，可完成既有线路400正常运营下的变形监测工作。
63.监测模块100可由数据智能采集单元、防护部件、传输链路组成，是系统的核心部件，能适应恶劣环境下的监测工作，智能采集单元可自主运行，可灵活地与各类工业标准传感器及非工业产品连接，可在系统控制下完成传感器的激励、监测、数据寄存工作；数据处理模块200设置在监控中心或其它可干预环境下，可与多种输出设备连接，其主要功能包括：数据处理、实时监控、警报警示与确认、数据记录与存储、参数设置、程序编辑、数据库管理和远程控制等；施工指导模块300包括图表输出工具，打印设备等，依据数据处理模块200的数据分析结果为设计单位、施工单位、监理单位等进行设计优化、施工指导和建设监督提供参考。
64.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。