市政工程上穿地铁既有结构与轨道的安全性评估

市政工程上穿地铁既有结构与轨道的安全性评估

邢博然 天津滨海新区轨道交通投资发展有限公司 天津 30000

摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。随着我国城市轨道交通线网的大规模建设，必然会遇到线路之间的相互交叉、穿越的工程问题。这些穿越问题直接关系到既有地铁线路的正常运营、在建工程的施工安全、工期和工程造价，对地铁建设和发展提出了新的挑战。我国的北京、上海等地及国外城市在地铁建设过程中遇到的地下工程穿越既有地铁线路的问题虽然已有成功的案例，但尚未形成综合技术体系，没有提出完善的变形控制标准，而且花费的成本和代价也值得研究。本文就市政工程上穿地铁既有结构与轨道的安全性评估展开探讨。

关键词：市政管线；既有地铁；上穿施工

引言

随着城市轨道交通设施的大量建设，现已出现大量市政工程邻近、穿越既有地铁的施工工程，为了保护既有地铁结构与轨道稳定性，确保运行安全，对新建工程影响程度进行数值模拟分析，对施工、监测等作业提出针对性建议和意见。

1关于临近地铁结构施工安全性的研究

安全系统工程是20世纪中期发展起来的一门新兴学科。安全系统工程是指在系统思想指导下，运用先进的系统工程的理论和方法，对安全及其影响因素进行分析和评价，建立综合集成的安全防控系统并使之持续有效运行。主要有以下几种方法：(1)理论解析分析。此方法主要通过土力学、岩石力学、隧道力学等理论知识，寻找出事物的共性。但是由于土和岩石这种介质的复杂性，造成数学求解的困难，较难得到具有强可靠性的解析解。(2)数值模拟。随着计算机技术和数值分析方法的发展，基于应用广、成本低、解答方便等优点，数值理论分析得到了迅速发展。该方法也是该领域学者应用最多的一种方法。(3)模拟试验。此方法主要用于数值方法尚不能解决的问题，但是成本较高，周期较长，一般不经常使用。该方法的重点内容是进行相似性模拟实验。分为普通模拟实验和离心相似模拟实验。人们希望能够建立力学模型来模拟原型的物理规律，但是岩土是一个相对复杂的介质，属于各向异性介质，因此不能精确反映原型的物理力学性质，有必要情况下采用现场实测。通过改变模型尺寸来改变基础大小和它所接触的土颗粒总数及基础所受到的约束程度，从而探讨粒径效应和边界效应的作用规律和影响范围。得到的结论表明边界效应与研究的问题类型、结构类型、土的类型、研究目标以及它们之间的组合有关。(4)现场实测。现场实际监测能够较好的反映多因素作用下岩土的实际情况，能够通过数据分析区分主导因素和次要因素，具有较高的可靠性，容易被接受。但是和实验研究方法相似，现场实测需要投入较多的人力物力，工作量较大。基于盾构施工对周围土体及构筑物的扰动影响机理，通过实测数据对盾构近距离穿越扰动影响问题进行了定量分析，并讨论了运营隧道对各盾构施工参数的敏感性。研究结果表明：盾构穿越对已建地铁隧道的扰动影响主要以隧道的竖向位移为主，随着盾构推进，隧道结构纵向上呈波浪状，其隆起峰值不断沿推进方向移动，盾尾后隧道段受盾构穿越的影响显著，隆起峰值始终位于盾尾后。(5)工程类比。在有较多类似的成功工程实例基础上，对既有工程进行分析、总结，得出该类工程的实际影响规律，对之后类似工程能起到较大的借鉴指导意义。

2工程概况

1. 新建管线。(1)热力隧道采用暗挖法施工，其中过路段暗挖段开挖面总宽度3.3m，总高度3．15m，拱顶埋深约6m。(2)DN300球墨铸铁给水管，挖深约1．37～1．57m。(3)DN1000雨水钢筋混凝土管，采用顶管法施工，管顶埋深2．5m。(4)DN400污水钢筋混凝土管，采用顶管法施工，管顶埋深3．9m。（二）既有地铁。区间全线采用矿山法施工。新建管线工程穿越位置位于地铁站后折返线区间。工程实施方式:顶管+暗挖+明挖。直径为300mm的上水管线距离地铁隧道17m；直径为1000mm的雨水管线与地铁右线净距约为14．7m，距离左线隧道12．5m；直径为400mm的污水管线距离地铁右线隧道14．0m，与左线隧道相距约11．7m；另外，2．3m×2．1m的热力隧道与地铁右线隧道净距约9．0m，施工检查井与右线隧道净距约6．8m。

3地下工程穿越既有地铁线路工程分类及其特征

根据新建地下工程与既有地铁线路的相对位置关系，可以将穿越工程简要分为以下几类:（1）新建地下工程正交下穿既有线路车站(或区间)。该类型的主要特征是新建地下工程位于既有地铁线路的下方，且线路走向交角为直角或接近900。在很多情况下，由于交通规划的多变性以及城市的快速发展，前期建设中没有预留新线的接线，或者预留工程的标准和条件不够，因此新建地下工程绝大部分为下穿工程，同时为了尽量减少施工对既有线路运营的影响，快速通过既有线范围，在条件允许的情况下，大部分采用正交方式通过。（2）新建地下工程斜交下穿既有线路车站(或区间)。该类型的主要特征是新建地下工程位于既有地铁线路的下方，且线路走向交角为锐角。由于新建线路的走向问题，新建地下工程经常斜交通过既有线路车站(或区间)，斜交下穿类型加大了新建线路与既有地铁线路的相互影响范围，增大了施工过程中的变形控制的难度。（3）新建地下工程正交上穿既有线路车站(或区间)。该类型的主要特征是新建地下工程位于既有地铁线路的上方，且线路走向交角为直角或接近900。相对于前两种类型，这种类型对既有地铁线路的影响较小，主要是要克服在施工过程中由于既有地铁线路上方减载而引起的上浮变形。如果前期建设线路的埋深较大，可以允许新建线路上穿通过，那么应该优先考虑这种形式。（4）新建地下工程斜交上穿既有地铁车站(或区间)。该类型的主要特征是新建地下工程位于既有地铁线路的上方，且线路走向交角为直角或接近900。新建地下工程与既有地铁线路之间相互影响范围较大。

4监控测量建议

1. 施工期间，加强对既有地铁变形的监测，做好应急处理准备工作，监测结果达到预警值，向施工单位和地铁管理单位同时发出警报。（2）工程施工前，应制定严格的监测方案，监测与防护范围为:地铁三线120m。（3）监测既有地铁轨道结构变形，及时调整钢轨下扣件；在工程实施过程中，如若变形程度达到报警值，必须要采取相应的处理措施，阻止位移继续发展，以确保已有交通轨道结构的安全性。（4）监测单位应在施工前进行一次测量，之后的测量要以本次测量结果为基础；在记录监测数据的同时做好施工步序的记录，既可以指导施工又可以积累经验。（5）监测单位和施工单位之间要应建立良好顺畅的数据交换机制，以及时反馈监测信息。跟据第三方监测方案以及施工情况随时调整监测频率，在监测值出现情况异常，检测值达到报警值或遇到不良天气状况等时，应加大频率，监测数据和相关状态做好记录。（6）监测数据的获取必须做到及时、准确和完整，如若发现异常情况，要加强监测力度。

结语

地下工程穿越既有地铁线路变形控制标准包括两个方面的内容，即结构变形控制标准和轨道变形控制标准。另外，控制标准的还必须满足隧道内设施和设备正常使用的要求。轨道变形控制标准的制定应以利于养护维护、维修可用为原则。

参考文献

［1］赵鸿儒．小净距盾构下穿既有地铁车站安全分析［J］．城市住宅，2020，27(06):181－182．

［2］李翠．地铁车站基坑施工对紧邻既有轻轨高架桥安全影响分析［J］．国防交通工程与技术，2020，18(03):27－30．

［3］陈亚敏．基于ANSYS方法对地铁下穿既有铁路施工的安全影响性分析［J］．建筑安全，2020，35(04):29－31．