成都地區(qū)鄰近工程施工對地鐵結(jié)構(gòu)安全影響評估要點分析

唐曉天

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300308）

隨著軌道交通事業(yè)的發(fā)展，地鐵站周邊新建工程都面臨地鐵保護的問題，而更多的商業(yè)地塊與地鐵結(jié)合開發(fā)或者預(yù)留后期接駁的條件，給地鐵保護提出了更高要求。國家針對地鐵結(jié)構(gòu)安全的保護制定了相關(guān)技術(shù)規(guī)范［1］，各大城市也為健全當(dāng)?shù)爻鞘熊壍澜煌ūＷo區(qū)內(nèi)建設(shè)項目管理機制制定了相關(guān)管理實施細則，要求對軌道交通保護區(qū)內(nèi)的外部作業(yè)影響等級達到二級及以上時，應(yīng)對新建項目進行安全評估并形成評估報告。因此有必要對一些典型的評估案例進行分析，從而總結(jié)出一些影響地鐵結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵因素，為以后同類型工程的安全評估提供一定的參考。評估一般分為工程可行性評估、軌道交通現(xiàn)狀評估、工程實施前預(yù)評估以及外部影響完成后評估，本文主要結(jié)合軌道交通現(xiàn)狀評估和工程實施前預(yù)評估展開研究。

軌道交通現(xiàn)狀評估要求對地鐵結(jié)構(gòu)做好外觀調(diào)查，收集評估范圍內(nèi)地鐵結(jié)構(gòu)的竣工資料、養(yǎng)護資料、運營監(jiān)測數(shù)據(jù)等，調(diào)查結(jié)構(gòu)有無裂縫、蜂窩、麻面、露筋、銹蝕、滲漏水、變形縫滲漏水等現(xiàn)象，利用儀器對地鐵結(jié)構(gòu)斷面尺寸、水平變形、豎向變形等進行測量并進行數(shù)據(jù)分析，最后參照規(guī)范給出地鐵結(jié)構(gòu)的健康度以及安全控制值標(biāo)準(zhǔn)。

工程實施前預(yù)評估是評估工作的重點，要收集新建工程以及評估范圍內(nèi)地鐵結(jié)構(gòu)的勘察、設(shè)計資料，明確新建工程與地鐵結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系并根據(jù)相關(guān)規(guī)范及條文判定外部作業(yè)影響等級，再結(jié)合具體的工程案例確定主要評估內(nèi)容和評估方法。

1 地鐵結(jié)構(gòu)安全評估案例分析

本文列舉了成都地區(qū)4個鄰近地鐵施工的典型案例。

1.1 案例一

地鐵車站側(cè)面的新建超高層民建項目基坑采用明挖法施工，深度約為10.0 m。圍護結(jié)構(gòu)采用雙排樁支護，樁長17 m、樁徑1.0 m、間距2.0 m、排距2.0 m，嵌固深度7.0 m。采用管井降水，降水井間距20.0 m左右，深度按20.0 m設(shè)計，同時對整個基坑輔以明排水。基坑開挖圍護樁邊線與地鐵車站附屬B號出入口結(jié)構(gòu)外皮橫向凈距離約11.21 m，與地鐵車站附屬消防出入口結(jié)構(gòu)外皮橫向凈距離約11.12 m，與車站主體結(jié)構(gòu)外皮橫向凈距離約為11.05 m。見圖1。

圖1 新建超高層民建項目與地鐵車站計算模型

通過數(shù)值模擬［2］，在基坑開挖及回筑過程中，車站主體結(jié)構(gòu)最大水平位移為1.43 mm，最大豎向位移0.10 mm，車站附屬B口結(jié)構(gòu)最大水平位移1.44 mm，最大豎向位移1.46 mm，車站附屬消防口結(jié)構(gòu)最大水平位移2.08 mm，最大豎向位移1.02 mm，水平、豎向位移均滿足控制值要求［1］。

1.2 案例二

地鐵盾構(gòu)區(qū)間側(cè)面的新建超高層民建項目基坑采用明挖法施工，基坑深度約為9.0 m，圍護結(jié)構(gòu)采用單排樁支護，樁徑1.2 m、間距2.4 m、嵌固段9.3 m、樁長18.0 m。采用管井降水，降水井間距20.00～22.00 m，井深17.5～25.0 m?；娱_挖邊線與盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)外皮橫向最小凈距離約為6.6 m，基坑圍護樁邊線與盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)外皮橫向最小凈距離約為8.6 m。見圖2。

圖2 新建超高層民建項目與地鐵盾構(gòu)區(qū)間計算模型

通過數(shù)值模擬［3］，在基坑開挖及回筑過程中，區(qū)間右線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)X向最大位移1.00 mm，Y向最大位移0.08 mm，Z向最大位移1.03 mm，左線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)X向最大位移1.91 mm，Y向最大位移0.18 mm，Z向最大位移1.20 mm，水平、豎向位移均滿足控制值要求［1］。右線區(qū)間隧道計算所得曲率半徑為90 912.4 m，左線區(qū)間隧道計算所得曲率半徑為83 683.1 m，滿足規(guī)范規(guī)定的隧道變形曲率半徑＞15 000 m的要求。

1.3 案例三

地鐵區(qū)間上方的新建鐵路隧道項目基坑采用明挖法施工，深10.2～15.8 m、寬12.2 m，圍護結(jié)構(gòu)采用φ1 200 mm@2 200 mm排樁+內(nèi)支撐。采用管井降水，降水井間距約20.0 m，降水高度為基底以下1 m。隧道段基坑底開挖線與盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)外皮豎向最小凈距離約為4.68 m，圍護樁底線與盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)外皮豎向最小凈距離約為1.68 m。見圖3。

圖3 新建鐵路明挖隧道項目與地鐵區(qū)間計算模型

通過數(shù)值模擬［4］，在基坑開挖及回筑過程中，區(qū)間右線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)Y向位移1.78 mm，Z向位移2.77 mm，左線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)Y向位移2.59 mm，Z向位移4.21 mm，水平、豎向位移均滿足控制值要求［1］。右線區(qū)間隧道計算所得曲率半徑為35 734.5 m，左線區(qū)間隧道計算所得曲率半徑為37 521.6 m，滿足規(guī)范規(guī)定的隧道變形曲率半徑＞15 000 m的要求。

1.4 案例四

與地鐵車站接駁的地下連接通道項目基坑采用明挖法施工，開挖深度9.9～11.9 m。圍護結(jié)構(gòu)采用單排樁+2道鋼支撐支護，樁徑1.0 m、間距2.0 m、嵌固3.5 m，內(nèi)支撐均采用φ609 mm、t=16 mm的鋼支撐，鋼支撐水平間距4.0～6.0 m。采用管井進行降水，施工期需降水至底板下。項目將與車站附屬D號出入口通道接駁，基坑開挖邊線與地鐵車站結(jié)構(gòu)外皮橫向凈距離約11.9 m，與盾構(gòu)區(qū)間外皮橫向凈距離約為13.5 m。見圖4。

圖4 新建商業(yè)綜合體接駁通道項目與地鐵車站及區(qū)間計算模型

通過數(shù)值模擬［5］，在基坑開挖及回筑過程中，車站主體結(jié)構(gòu)最大水平位移0.07 mm，最大豎向位移0.27 mm，車站附屬D口結(jié)構(gòu)最大水平位移0.29 mm，最大豎向位移1.11 mm，區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)最大水平位移0.29 mm，最大豎向位移0.55 mm，水平、豎向位移均滿足控制值要求［1］。

2 影響地鐵結(jié)構(gòu)安全性技術(shù)要點

2.1 圍護樁施工

根據(jù)上述4個案例可知，成都地區(qū)鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的新建項目基坑圍護結(jié)構(gòu)普遍采用圍護樁。圍護樁施工應(yīng)嚴(yán)格控制精度，避免對周邊管線及下臥地鐵結(jié)構(gòu)造成不利影響。根據(jù)成都地區(qū)砂卵石地層的特性，應(yīng)充分考慮塌孔和漏漿情況發(fā)生的可能性，基樁施工應(yīng)采用合理的成孔工藝。鉆機及鋼筋籠吊裝時引起的地面超載應(yīng)盡量遠離地鐵隧道，不應(yīng)布置在地鐵結(jié)構(gòu)正上方。若遇到基坑上跨運營地鐵結(jié)構(gòu)的情況，圍護樁應(yīng)跳樁間隔施工，下部成樁區(qū)建議采用對地層干擾較小的成孔方式，以進一步減少對地鐵結(jié)構(gòu)的影響。

2.2 降水施工

由于成都地區(qū)的地層特性，普遍采用坑外管井降水，輔以坑內(nèi)積水明排的方式。數(shù)值模擬分析結(jié)果顯示，降水工況往往會導(dǎo)致地鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的變形，所以降水過程中須嚴(yán)格控制出砂、出泥量，嚴(yán)禁細顆粒土的流失并控制降水速度。降水井的布置應(yīng)盡量遠離地鐵結(jié)構(gòu)，在有條件的情況下，應(yīng)加密降水井的布置，同時減少地下水降深，緩慢、對稱降水，避免形成水壓差對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

2.3 土方開挖

由于一般情況下新建工程的基坑開挖規(guī)模都較大，因此土方開挖順序以及馬道的設(shè)置對地鐵保護也至關(guān)重要。針對基坑位于地鐵結(jié)構(gòu)側(cè)面的情況，建議對基坑開挖順序進行合理安排，調(diào)整土方開挖的分區(qū)，先開挖遠離地鐵結(jié)構(gòu)的分區(qū)的土方，預(yù)留反壓土且馬道出土路徑不能設(shè)置在地鐵車站或區(qū)間所在的道路上。針對基坑位于地鐵結(jié)構(gòu)上方的情況，應(yīng)保證土方均勻開挖，均勻卸載，嚴(yán)禁超挖，防止地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的隆起變形。另外土方開挖過程中應(yīng)特別注意對樁間土體的防護，防止其坍塌造成鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的變形。

2.4 基坑回填

基坑必須在地下結(jié)構(gòu)達到設(shè)計強度后回填?；靥钋?，應(yīng)將基坑內(nèi)積水、雜物清理干凈，符合回填的虛土應(yīng)壓實并經(jīng)隱檢合格?；踊靥顟?yīng)分層、水平壓實，結(jié)構(gòu)頂板兩側(cè)應(yīng)水平、對稱、同時填壓?；靥顣r針對地鐵結(jié)構(gòu)的保護，控制上方及側(cè)向10 m范圍內(nèi)的地面超載≯20 kPa，鄰近地鐵側(cè)基坑圍護結(jié)構(gòu)與其地下室結(jié)構(gòu)側(cè)墻之間的肥槽不得采用雜填土、建筑垃圾等性質(zhì)較差或不穩(wěn)定的材料回填，可采用素混凝土回填并保證其他部位回填土密實。

2.5 地鐵接駁

地鐵接駁項目要注意排水設(shè)計一般不考慮排向地鐵出入口及通道方向，當(dāng)無條件修改排水方向時，除設(shè)置截水溝與集水坑，還應(yīng)考慮在合適位置布設(shè)擋水板，保證在突發(fā)狀態(tài)下可以阻斷接駁通道流向地鐵通道的水，保證地鐵結(jié)構(gòu)的安全與正常運營。為保證地鐵結(jié)構(gòu)與連接通道結(jié)構(gòu)各自形成受力體系，一般建議在接口位置鄰近連接通道側(cè)設(shè)置一道變形縫，變形縫的做法應(yīng)跟地鐵設(shè)計的要求保持一致。接口施工縫位置應(yīng)布置不少于兩道防水措施，保證防水卷材與地鐵結(jié)構(gòu)防水卷材可靠搭接且應(yīng)在施工縫兩側(cè)布置外貼式止水帶或防水加強層，確保外包防水的整體性能。通道接口應(yīng)嚴(yán)格按照地鐵預(yù)留鋼筋接駁器條件實施；避免采用植筋連接，從而對地鐵結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性造成影響。連接通道施工完畢后，再在車站出入口通道內(nèi)打圍，采用靜力法鑿除接口處通道側(cè)墻。

2.6 變形影響趨勢

對比案例一和案例四可知，新建項目自身圍護結(jié)構(gòu)剛度越大，對地鐵結(jié)構(gòu)的安全影響越小，樁+內(nèi)支撐的支護方式相對于懸臂樁來說更有利于抑制地鐵結(jié)構(gòu)的變形。對比案例二和案例三可知，上跨地鐵盾構(gòu)區(qū)間的項目相對于側(cè)邊緊鄰地鐵區(qū)間的項目來說對地鐵結(jié)構(gòu)變形的影響更大。

3 結(jié)論

在大多數(shù)新建項目基坑施工控制良好的情況下，引起地鐵結(jié)構(gòu)的受力、位移變化較小，未超過規(guī)范規(guī)定安全控制值，可認(rèn)為該工程實施對既有地鐵結(jié)構(gòu)在預(yù)測變形范圍內(nèi)是安全的，可滿足地鐵安全運營的要求。但是數(shù)值模擬分析僅能對地鐵結(jié)構(gòu)的變形趨勢做出預(yù)判，必須通過大量已實施工程案例分析總結(jié)出影響地鐵結(jié)構(gòu)安全的要點，才能有針對性的提出專項保護措施，實現(xiàn)安全評估的價值和意義。