地鐵區(qū)間隧道穿越建(構(gòu))筑物的工程管理控制

譚萬忠

(中國鐵道科學(xué)研究院 深圳研究設(shè)計(jì)院，廣東 深圳 518034)

1 工程概述

深圳地鐵5號線土建工程起點(diǎn)為前海灣站，終點(diǎn)為黃貝站，線路全長40.001 km，其中高架線路1.992 km，地下線37.223 km，過渡段0.776 km。全線共19個(gè)暗挖區(qū)間段，左右線合計(jì)總長38.617 km，包括27個(gè)礦山法豎井工點(diǎn)，4個(gè)斜井工點(diǎn);11個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，共掘進(jìn)總長度19.353 km。

全線共需下穿房屋建筑84棟，其中樁基31棟，條基53棟;下穿創(chuàng)業(yè)立交橋、廣深高速、南坪快速、廣深鐵路、深惠高速橋(線)各1次，平南鐵路5次;其中創(chuàng)業(yè)立交樁基托換1處，房屋建筑樁基托換2處。

深圳地鐵5號線穿越既有建筑物的數(shù)量多、種類多，基本涵蓋了可能穿越的各種建筑物，本文擬從區(qū)間隧道穿越建筑物和既有線路的工程管理控制措施和技術(shù)管理控制進(jìn)行探討［1］，確保建筑物和工程施工安全。

2 工程管理控制措施

2.1 保證資料準(zhǔn)確

資料包括建筑物的各種技術(shù)參數(shù)和施工資料調(diào)查，與既有結(jié)構(gòu)物與新設(shè)結(jié)構(gòu)物的位置關(guān)系、影響程度，既有結(jié)構(gòu)物的種類和重要程度等有密切關(guān)系［2］。同時(shí)做好區(qū)間隧道周圍工程地質(zhì)的調(diào)查。在詳勘的基礎(chǔ)上，對勘探點(diǎn)進(jìn)行加密，以進(jìn)一步了解地層情況。

2.2 嚴(yán)格審查設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)是龍頭，對設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格把關(guān):①在工程項(xiàng)目開工前，根據(jù)隧道工程(含附屬工程)或其它高風(fēng)險(xiǎn)工程本身要求，并針對穿越構(gòu)筑物工況特點(diǎn)及環(huán)境條件，與BT指揮部的設(shè)計(jì)部聯(lián)合制訂各工況條件下監(jiān)測項(xiàng)目控制指標(biāo)，以及各監(jiān)測項(xiàng)目的控制值，并予以明確。根據(jù)工程進(jìn)展情況及時(shí)對監(jiān)測項(xiàng)目控制指標(biāo)進(jìn)行修正和再確認(rèn);②對存在較大風(fēng)險(xiǎn)的專項(xiàng)施工方案進(jìn)行專項(xiàng)評審確認(rèn);③工程出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)單位人員須及時(shí)趕赴現(xiàn)場，根據(jù)現(xiàn)場核實(shí)后的數(shù)據(jù)對工程結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，提供處置措施和意見，并對所采取的措施做出后期發(fā)展的相應(yīng)預(yù)測。

2.3 施工過程控制

施工過程的控制主要分三點(diǎn):①嚴(yán)把施工方案關(guān)，做好方案的專家論證和七方審批，層層把關(guān)。按施工方案的編制要求，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人牽頭編制，并要求施工單位的技術(shù)負(fù)責(zé)人審核簽字。審核簽字后，由建設(shè)單位組織相關(guān)從深圳市的巖土專家?guī)熘羞x擇專家對方案進(jìn)行評審論證，論證通過后再由監(jiān)理、業(yè)主等審批把關(guān);②督促審查各工點(diǎn)上報(bào)施工階段的重大安全技術(shù)方案、重大風(fēng)險(xiǎn)源以及應(yīng)急預(yù)案，經(jīng)總工辦和工程處審批后由現(xiàn)場業(yè)主代表交給結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心備案。對不符合強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求、存在重大遺漏、針對性不強(qiáng)等方案，有權(quán)要求相關(guān)單位重新編制和審批;③把臨時(shí)結(jié)構(gòu)措施當(dāng)永久結(jié)構(gòu)一樣對待，做好臨時(shí)措施的方案審查和施工質(zhì)量把關(guān);④工程出現(xiàn)險(xiǎn)情或預(yù)報(bào)警時(shí)，根據(jù)相應(yīng)級別及時(shí)趕赴現(xiàn)場組織召開安全會議，對發(fā)生預(yù)警的原因進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)合各參建方的意見，研究制訂相應(yīng)對策，同時(shí)協(xié)助相關(guān)部門采取措施，排除工程安全隱患。發(fā)生突發(fā)事故時(shí)，協(xié)助各級部門啟動相應(yīng)級別應(yīng)急預(yù)案。

3 技術(shù)管理控制

3.1 確定變形控制指標(biāo)

在詳細(xì)調(diào)查地質(zhì)和周圍環(huán)境的基礎(chǔ)上，確定隧道施工引起變形的控制指標(biāo)。從廣義上講，建筑物從完好無損到倒塌會經(jīng)歷四個(gè)階段［3］:

1)一級(美觀破壞):產(chǎn)生可見的外表或“美觀上”的損壞，在這一階段建筑物可能會出現(xiàn)細(xì)小的裂縫，裝飾材料脫落等。

2)二級(功能破壞):產(chǎn)生使用性或功能性損壞。例如墻壁開裂，水管破裂，地板傾斜等，這需要采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?/p>

3)三級(結(jié)構(gòu)破壞):產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性或穩(wěn)定性破壞。建筑物承載能力下降，己經(jīng)不能正常使用，成為危房，需要采取加固措施。

4)四級(倒塌):房屋部分或全部倒塌。

目前的隧道施工監(jiān)測往往只給出了建筑物的絕對沉降量，建筑物監(jiān)測的警戒值設(shè)為累計(jì)沉降20 mm，沉降速率3 mm/d。然而，建筑物體系上某點(diǎn)的絕對沉降量并不能很好地反映其安全狀況。建筑物安全評定的大部分標(biāo)準(zhǔn)都是按照建筑物的傾斜度制訂的。根據(jù)多年來的工程實(shí)踐，我國《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007—2002》［4］，按照各類建筑物的特點(diǎn)和地基土的不同類別，對建筑物傾斜度的設(shè)計(jì)允許值，即安全容許值給出了明確的規(guī)定，見表1。文獻(xiàn)［5］給出了建筑物允許傾斜度，見表2。

表1 建筑物傾斜容許值

表2 建筑物允許傾斜度

文獻(xiàn)［6］對各類期刊上公開發(fā)表的91個(gè)建筑物破壞實(shí)例進(jìn)行計(jì)算匯總，建立了建筑物廣義破壞等級與傾斜度之間的關(guān)系，見表3。

表3 建筑物廣義破壞等級與傾斜度

隧道穿越既有線路，對地表沉降的最大警戒值應(yīng)考慮運(yùn)營要求。實(shí)際工程中，為監(jiān)測操作的方便，洞內(nèi)外各監(jiān)測項(xiàng)目警戒值分別設(shè)為:最大隆沉量及水平位移量不超過20 mm、隧道變形曲線的曲率半徑不小于15 000 m、相對變曲不大于1/2 500。同時(shí)，對既有地鐵車站內(nèi)地表、軌道等主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，控制標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 盾構(gòu)區(qū)間隧道穿越既有地鐵車站施工控制標(biāo)準(zhǔn)

3.2 優(yōu)化施工參數(shù)

深圳地鐵5號線隧道區(qū)間分別采用了盾構(gòu)法和礦山法施工，盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的優(yōu)化和礦山施工工程質(zhì)量的控制是采取技術(shù)措施的重點(diǎn)。

盾構(gòu)掘進(jìn)主要由10個(gè)參數(shù)控制，即前倉壓力、千斤頂頂力及分布、推進(jìn)速度、盾構(gòu)坡度、糾偏方向與糾偏量、漿液配制、數(shù)量、壓力等。掘進(jìn)過程中，必須重視隧道上覆土厚度、地質(zhì)條件、地面荷載、設(shè)計(jì)坡度及轉(zhuǎn)彎半徑、軸線偏差情況及盾構(gòu)現(xiàn)狀姿態(tài)、地表監(jiān)測情況等，上述10個(gè)參數(shù)，既是獨(dú)立的，又有互相匹配、優(yōu)化組合的問題，其根本目的，是控制盾構(gòu)推進(jìn)軸線偏差不超出允許范圍及盡量減少地層變形的影響。

礦山法施工質(zhì)量的控制主要有3點(diǎn):①地質(zhì)預(yù)報(bào)和地質(zhì)資料的核實(shí)貫穿隧道施工的始終。隧道開挖所揭示的圍巖條件與勘探設(shè)計(jì)資料不相吻合的情況時(shí)有發(fā)生，甚至因此發(fā)生涌泥、涌水等突發(fā)性災(zāi)害而措手不及，給工程的安全、進(jìn)度、投資造成直接的影響。為了避免或盡量減少突發(fā)性事故的發(fā)生以及使設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)符合實(shí)際的圍巖條件，必須在礦山法施工過程中進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和地質(zhì)資料的核實(shí)工作;②增強(qiáng)初期支護(hù)密實(shí)度，提高其結(jié)構(gòu)防水能力。初期支護(hù)出現(xiàn)滲漏的部位，可采取初期支護(hù)背后注漿等技術(shù)措施進(jìn)行處理，特別在施作二次襯砌的地段，必須采用一切措施，使初期支護(hù)表面無明顯滴水或流水，避免在防水板背后形成水囊，影響二次襯砌的防水效果和受力狀態(tài);③選用高性能材料、提高施工工藝，防止二次襯砌滲水。目前地鐵5號線用礦山法修建的隧道工程均采用防水混凝土、全包防水板、埋設(shè)滲管、背后注漿等綜合防水措施，以達(dá)到二級防水的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 采取必要的地基加固措施

對一些特殊地質(zhì)或重要建(構(gòu))筑物下的軟弱地層采取必要的地基加固措施，改善地質(zhì)條件，能減少盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)造成的土體擾動，為盾構(gòu)施工創(chuàng)造有利的條件。但這些地基處理措施的采用，必須結(jié)合實(shí)際工況，因地制宜。目前5號線常用的一些保護(hù)建筑物方法有基礎(chǔ)托換法和注漿加固法。

3.4 加強(qiáng)隧道及周圍環(huán)境的監(jiān)測

信息化施工的成效很大程度上取決于隧道及其周圍環(huán)境監(jiān)測是否準(zhǔn)確、及時(shí)。以盾構(gòu)穿越深圳地鐵5號線兩條隧道為例，主要采用了地面沉降觀測、連通管觀測、收斂變形監(jiān)測三種方法。這三種監(jiān)測方式從不同角度反應(yīng)了盾構(gòu)引起的地表、地層及隧道的變形情況，為盾構(gòu)施工參數(shù)的優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)。

在施工過程中，以控制周圍環(huán)境變形為目的，對整個(gè)工程系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測。通過對大量施工監(jiān)測信息的分類、分析與處理，可以及時(shí)了解整個(gè)工程的變化情況，在確保施工安全的前提下，提取施工參數(shù)中影響地層位移的關(guān)鍵因素，通過最有效、最短的途徑不斷進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，指導(dǎo)整個(gè)保護(hù)過程，同時(shí)依據(jù)前一步施工監(jiān)測信息及施工參數(shù)的變化規(guī)律，推斷下一步施工工況及其對地層位移的影響與控制。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)潛在的危及周圍環(huán)境安全的因素時(shí)，可以及時(shí)作出預(yù)警，采取補(bǔ)救措施，保證施工環(huán)境的安全;而當(dāng)安全儲備過大時(shí)，也可及時(shí)修正設(shè)計(jì)方案，削減保護(hù)措施，通過反分析，可修改計(jì)算模型、調(diào)整計(jì)算參數(shù)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)水平，避免工程事故的發(fā)生。該過程貫穿于整個(gè)施工過程始終，是一個(gè)動態(tài)跟蹤的過程。信息化是確保施工環(huán)境安全的不可或缺的重要手段。

4 結(jié)語

作為城市交通的一個(gè)重要部分，地鐵大多修建在繁華市區(qū)和人員流量較大的地方，在進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，地鐵線路經(jīng)常不可避免地從既有建(構(gòu))筑物附近甚至是正下方的地層中穿過，施工過程中保護(hù)既有建(構(gòu))筑物的安全就成為一個(gè)非常常見的問題。無論是盾構(gòu)法還是礦山法施工穿越既有建(構(gòu))筑物，針對性的管理措施和技術(shù)措施是建設(shè)管理和施工實(shí)踐中必不可少的環(huán)節(jié)。實(shí)踐證明，本工程采用的技術(shù)措施和管理措施通過獲得的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)對反饋設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工收到了預(yù)期的效果，同時(shí)也為類似城市地下工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］繆林昌，王非，呂偉華.城市地鐵隧道施工引起的地面沉降［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(2):293-297.

［2］關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［3］肖躍軍.關(guān)于采動區(qū)建筑物的評定等級與破壞等級的探討［J］.礦山測量，1996(4):33-46.

［4］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50007—2002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制(第一版)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

［6］陳龍.軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道施工期風(fēng)險(xiǎn)分析與評價(jià)研究［D］.上海:同濟(jì)大學(xué)，2004.

［7］朱杰利.地鐵礦山法施工質(zhì)量控制探討［J］.煤炭工程，2008(2):115-116.