淺談軌道周邊地塊開發對既有軌道交通安全性影響分析的評定

樊 娜

廈門軌道交通集團有限公司 福建 廈門 361001

0 前言

隨著城市化進程的發展，全國數個大中型城市均有了自己的軌道交通線網規劃，在這些交錯布局線網中，軌道交通帶來的大量人流和地塊價值提升，帶動著地鐵周邊商業發展和周邊地塊深入開發，由于建設時序的原因，存在后續基坑工程施工對臨近既有地鐵隧道造成影響的問題，基坑開挖對臨近或下臥地鐵隧道的影響是一個十分復雜和動態變化的過程。

城市軌道交通作為密集型運輸的主要交通工具，承擔著大量人員流動的載體，是非常重要的城市運輸生命線。如果不能正確評估周邊工程對已經修建的既有結構帶來的潛在危險，則經濟損失及社會影響難以估計。根據《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（CJJT 202-2013）的規定，當有外部作業影響在軌道周邊實施時，應對城市軌道交通結構進行安全評估［1］。為保障軌道交通建設運營安全，各地也頒布了相關的軌道交通安全保護法規。因此，施工前進行必要的分析和計算，模擬各施工工序對地鐵結構產生的變形影響，正確評估周邊工程，尤其是大型基坑工程及其上部結構建設對地鐵的安全性影響工作意義重大。

1 確定評估內容

軌道地鐵周邊，通常存在建筑物、構筑物密集，周邊管線復雜多樣等復雜環境，且城市地質環境多變，因此，不同的項目所針對的評估內容并不一定相同。安全性影響評定內容，應根據項目具體情況，如基坑深度、基坑支護的方案、基坑的開挖方式、基坑與地鐵的相對關系等，甚至于樁基的施工工藝、既有地鐵原施工工法和地鐵結構圍護結構設計方案等，進行綜合判定。通過現狀調查、檢測、測量，收集場地影響范圍內的管線、地鐵結構、圍護結構等相關資料，判斷各個項目的特殊性，預測外部作業對城市軌道交通結構的不利影響。

以深基坑開挖為例，開挖擾動、壓力損失和固結沉降等因素，往往會引起地層產生移動和變形，打破既有結構的受力平衡，引起主體結構移動和變形，如果變形控制不當，或者超過設計預估值或建筑物變形承載能力，可能引起軌道變形、主體結構破壞等。因此，應根據基坑開挖施工工序，評定堆土、卸載、拆撐等施工過程對既有結構的變形影響，選擇對既有軌道影響較小的樁基及土石方開挖的施工工法，還應評定上部主體結構結構加載穩定后最終的變形及內力影響分析。

2 評估內容安全影響分級

安全影響分級在《城市軌道交通保護技術規程》中有明確規定，將影響等級應按“表1”進行劃分。其中，“接近程度”由隧道結構的施工工法與外部作業的距離進行判定；“外部作業的工程影響區分”按照隧道施工工法與外部作業所在軌道的區域范圍、相對關系進行判定。

根據地質勘察報告，可以獲得圍巖等級、巖石完整性、巖土力學性能的多項指標。當圍巖級別為較高時，影響等級可降低一級；如果圍巖級別為較差的軟土地區，影響等級應適當提高。

3 評估標準

表1 外部作業影響等級的劃分

3.1 國家保護標準

既有隧道主體結構變形可能造成主體結構開裂，造成結構滲漏，影響主體結構耐久性；嚴重時可產生軌道偏差從而影響線路平順性，影響列車的運行安全，造成生命和財產的損失。因此，為保證地鐵隧道結構的安全，對已建和運營中的地鐵隧道，在外部作業情況下，實施的影響對地鐵隧道的變形要求應有嚴格明確的依據，該容許變形量應與隧道尺寸、連接方式等密切相關。住建部發布的《城市軌道交通結構安全保護技術規范》CJJ/ T202-2013 給出了“表2”的地鐵保護技術標準：

表2 軌道結構安全控制指標值

3.2 全國不同城市保護標準

目前，國內不同城市結合當地的建設工程經驗給出了不同的標準。該標準均根據當地區域特征和地區經驗，適應當地軌道交通沿線建筑施工保護變形量規定。

上海標準是目前相對最成熟的技術標準。《上海市地鐵沿線建筑施工保護地鐵技術管理暫行規定》，對上海市地鐵保護區域內，進行加載和卸載的建筑施工活動中的技術性綜合影響限度進行了明確的規定。具體變形要求與國家規范基本一致，并明確計算時地質參數、工況及模型建立等要求。

深圳地鐵根據地區地鐵建設經驗，提出了《地鐵運營安全保護區和建設規劃控制區工程建設辦事指南》。與《城市軌道交通結構安全保護技術規范》不同的是“隧道水平位移、豎向位移、徑向收斂僅規定了控制值，其控制值不大于10mm；變形縫差異變形≤10mm；車站及隧道結構外壁附加荷載≤10KPa；車站及隧道振動速度≤12mm/s”。

廈門軌道交通集團于2020 年修編了《廈門軌道交通安全保護技術標準》，其中第六章對城市軌道交通既有線結構安全控制指標進行了明確規定。例如“隧道水平位移及豎向位移預警值為10mm，控制值均需小于10mm；隧道變形曲率半徑大于1500m；軌道橫向高差、軌向高差小于4mm”。并明確了廈門軌道交通結構檢測預警表，以指導檢測數據風險預警系統。

4 評估方法

評估方法主要采用經驗法分析預測及數值模擬計算。

經驗法即通過全國的經驗數據，及事故分析等工程類比，結合專家評議法，對計算模型建立、地層參數取值、評估結果的合理性進行比較和驗證，提出建筑物基坑施工對其鄰近結構的影響。

數值模擬計算目前常用的方法主要還是利用數值分析軟件（如Midas GTS、Abaqus 等），這種方便直觀、可操作性的計算數據模擬，通過建立數值仿真模型進行計算分析從而判斷新建地下工程是否會對既有結構的正常運營使用造成威脅。計算時通常采用地層-結構模型，計算中將模型中的土體視為彈塑性體，采用修正摩爾-庫倫模型（Modified Mohr-Coulomb Model），結構均采用各向同性彈性模型（Elastic Isotropic Model）。各地層參數按照地勘報告給出的數據選取。

在整個有限元模型建立和計算過程中，選擇合理的地質參數、構件剛度折減系數、單元模型選定等對基坑土體、支撐、樁基、隧道結構等進行模擬。分析上部結構傳力路徑，結合理論與經驗，檢驗模型的準確性和結果合理性。從而可以放心的使用計算結果，指導后續工作。

針對評價內容，計算提取擬建項目對既有地鐵結構影響工況。如項目基坑開挖，項目筏板基礎施做，建筑荷載施加。計算模擬過程為：地應力平衡→施作既有結構（初始狀態）→基坑圍護樁基及錨索施做→基坑開挖→建筑荷載。

5 總結

綜上所述，地鐵周邊地塊的項目安全評估技術路線為：確定評估內容→類似工程調研→確定控制標準→數值模擬分析→計算結果分析→得出評估結果，目的在于提出安全控制措施，給出合理化建議。地鐵安全評估通過對項目的調查，了解周邊環境及施工風險，確定評估內容，通過一系列數值模擬分析，及該地區城市軌道交通結構安全控制指標，提出安全控制措施方案，對后續施工及項目管理進行指導。