南寧大型立交橋涉及地鐵保護管理措施探討

黃永東，肖華杰，廖鵬，劉健

（1.南寧市城市建設投資發展有限責任公司，南寧530031；2.北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京100101）

1 引言

本文以南寧某大型立交橋工程為例，分析了該工程涉及地鐵的安全風險，總結了包括安全評估、專項施工方案、專項監測等地鐵保護區近距離施工的一系列管理措施，通過保護成效分析，驗證了通過多項技術管理措施可以順利完成項目的建設，確保地鐵運營的安全。

2 工程概況

2.1 設計概況

清川立交橋地處南寧市秀廂大道、清川大道（快速環線）與大學路交叉口，為復合立交（即T型立交+三層苜蓿葉立交+T型立交），由東西快環節點、大學路立交和相思湖北路節點復合而成。本工程主要包括道路工程、立交工程、管線工程等，其中，對地鐵結構影響較大的主要為立交工程和管線工程。立交橋如圖1所示。

圖1 清川立交平面圖

大學路方向跨線橋，橋梁下部結構為“門”形框架橋墩，跨越地鐵1號線民族大學站—清川站—動物園站的區間隧道及清川站兩側，跨越的軌道交通既有隧道約825 m。墩臺處承臺下接樁基，樁基直徑均為1.8 m。大學路方向跨線橋0#～8#、16#～25#橋墩橋臺的內側樁基靠近地鐵。該類樁基共76根，為減小施工對地鐵的擾動，保證施工中地鐵1號線的結構安全，樁基采用全套管跟進施工工藝，或施工時使鋼護筒頂面標高超過地鐵隧道底標高1 m。

管線工程包含雨水管、給水管和燃氣管。雨水管分布在大學路南側，設計管徑D1500 mm，不跨越清川站附屬結構，檢查井施工涉及地鐵結構上方；D1 400 mm給水管采用球墨鑄鐵管，跨越清川站附屬結構II號風亭、D出入口、A出入口、I號風亭、B出入口結構上方，DN1 200 mm給水管采用球墨鑄鐵管，跨越A出入口橫通道結構上方；燃氣管道位于大學路北側，設計管徑D160 mm，跨越清川站附屬結構II號風亭、A出入口及I號風亭結構上方。

2.2 工程地質及水文條件

本工程主要涉及的地層從上到下依次為人工素填土①1、雜填土①2、第四系更新統沖積硬塑黏土②、可塑粉質黏土③、軟塑粉質黏土④、礫砂⑤1、圓礫⑤2、古近系強風化粉砂巖、泥巖⑥、中風化粉砂巖及泥巖⑦。本工程在鉆探深度范圍內，地下水主要分為2種類型：第一類為賦存于填土①層中的上層滯水，水量較?。坏诙悶橘x存于粉質黏土層、礫砂及圓礫層中的孔隙潛水。

3 風險分析

本工程大學路方向的跨線橋樁基與地鐵1號線左、右線盾構隧道最小水平凈距為3.1 m，與地鐵車站主體圍護結構最小水平凈距為1.8 m，與地鐵車站附屬圍護結構最小水平凈距為0.82 m；清川大道方向跨線橋與地鐵車站主體圍護結構最小水平凈距為2.45 m，與地鐵車站附屬圍護結構最小水平凈距為0.82 m。立交橋樁距離既有軌道交通1號線清川站的主體結構最近約1.8m，在樁基施工過程中容易造成主體車站結構開裂、變形。

樁基距離盾構隧道最近約3 m，位于軌道1號線盾構隧道的強烈影響區內，容易造成管片結構開裂、滲漏水、隧道凈空變化甚至隧道結構變形過大等病害。同時，車站及隧道上方的滿堂腳手架及現澆梁施工將會導致車站及隧道上方荷載大量增加，導致隧道及車站結構出現豎向變形，影響地鐵運營安全。立交橋與既有地鐵車站及隧道結構的位置關系如圖2～圖4所示。

圖2 清川立交與地鐵平面位置關系圖

圖4 樁基與區間隧道剖面位置關系圖

另外，管線工程中的檢查井及管線施工跨越地鐵附屬結構，其中，檢查井底與地鐵附屬結構頂板最小凈距為0.5 m，給水管道溝槽底與地鐵附屬結構最小凈距在0.74～1.14 m，燃氣管道溝槽底與地鐵附屬結構最小凈距為1.8 m。管線與附屬結構交叉部位需要破除冠梁及圍護樁。以上近距離的施工如果控制不當將會破壞地鐵結構，影響地鐵運營安全。

圖3 樁基與地鐵車站剖面位置關系圖

4 地鐵保護管理措施

4.1 編制專項施工方案

針對本項目的設計情況及與地鐵結構的保護要求，要求施工單位詳細剖析本工程的各施工工序及風險源，將對地鐵結構影響較大的施工工藝編制專項施工方案。其中包括《鉆孔樁安全專項施工方案》《管線施工及基坑開挖涉及地鐵安全專項施工方案》《滿堂支架涉及地鐵專項施工方案》，方案針對具體的施工工藝提出技術、安全和質量等方面的保障措施，重點要求加強影響地鐵結構及附近設施的各種保障措施，確保地鐵運營及施工本身的安全，并建立應急響應機制[1]。

4.2 開展安全評估分析

根據CJJ/T 202—2013《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（以下簡稱《技術規范》）中外部作業接近程度及影響分區的判定標準，本工程樁基距離地下車站結構最小凈距為1.8 m，距離盾構法隧道結構最小凈距為3.1 m，接近程度均為非常接近。外部作業為樁基施工，基樁長度大于32 m，地鐵車站結構及隧道結構均處于強烈影響區內，因此，外部作業影響等級為特級，需要開展安全評估工作。

評估單位針對場地工程地質及水文地質情況，設置好評估模型及計算參數，將施工工況劃分為橋樁施工、承臺基坑施工及橋梁結構施工，模擬施工工況來計算地鐵結構的變形情況。最終得出結論如下：

1）地鐵區間隧道結構外壁上的附加荷載最大為18.62 kPa、車站結構上產生的最大附加荷載為19.88 kPa、A出入口結構產生的最大附加荷載為15.56 kPa，滿足《技術規范》的要求。

2）橋梁施工階段，包括橋樁、承臺開挖、墩柱、蓋梁及上部結構施工，對地鐵結構（包括A出入口等附屬結構）產生的位移均在規范允許范圍內。

3）滿堂支架現澆施工產生的拉應力小于結構混凝土的抗拉強度，故結構不會產生裂縫。

綜上所述，清川立交工程施工過程中地鐵結構有一定的變形和應力變化，但均在規范允許值范圍內，故結構是安全的。因此，清川立交工程橋梁設計方案基本可行，在進一步補充完善后，能保證既有1號線地鐵結構及運營的安全。

另外，針對管線工程，采用類似的方法評估各環節施工中對地鐵附屬結構的影響，評估結論顯示地鐵附屬結構的變形滿足相關要求，驗證了設計及施工方案的可行性。

評估完成后對安全評估報告開展專家論證工作，專家通過將評估報告和各專項施工方案聯系分析，驗證評估報告的準確性與合理性，給出相關的評估及施工建議，完善施工專項方案，并重點討論地鐵結構的安全保障措施，確保地鐵結構的安全。

4.3 開展專項監測

根據本工程施工對地鐵結構影響的特點及安全評估分析資料，由監測單位開展地鐵結構專項監測。監測單位剖析各個施工階段對地鐵結構的影響。針對立交工程，分析主要為樁基施工、承臺基坑開挖及橋梁結構施工增加荷載對地鐵結構的影響，因此，需要重點監測的部位是橋梁樁基對應的位置。為此在隧道上方沿線橋梁樁基相對應的中心及兩側平均布設監測斷面，東西兩端的橋梁樁基再外擴2個監測斷面，單隧道布設63個監測斷面。在每個監測斷面上布設豎向位移自動化監測點（靜力水準儀）、水平位移自動化監測點（全站儀）、軌道結構豎向位移、隧道（車站）結構豎向位移、隧道結構凈空收斂、軌道幾何形位等監測項目。在影響范圍內，在每條軌道兩端布設無縫線路鋼軌位移監測點，用以監測軌道的爬行量[2]。通過自動化監測與人工監測相結合的手段來掌握地鐵結構的變形情況，實時反饋自動化監測數據，用以指導現場施工。監測布點平面圖如圖5所示。

圖5 橋梁樁基位置監測布點平面圖

針對管線工程，對穿越的附屬結構按間距布設建筑物豎向位移人工監測點；對穿越的交疊區域適當加密監測點，用以監測附屬結構的豎向位移及差異沉降。在施工過程中按照既定頻率進行監測和巡查，及時反饋監測與巡查信息用以指導施工。

4.4 施工過程管控

4.4.1 專項方案專家評審

針對本項目涉及地鐵結構影響較大的施工工序，如橋梁下部鉆孔樁的施工，要求施工單位編制專項方案，并進行專家論證，邀請行業內專家把關，驗證施工工藝及各項保證措施的合理性。

4.4.2工前交底

施工前對施工單位所有作業人員以及監理單位進行本工程涉及地鐵保護工作的交底工作，重點內容主要有以下幾點：樁基施工注意核實樁基位置，對距離地鐵結構較近的樁基要求采用全套筒方式，施工過程中防止塌孔；施工過程中應注意隧道結構上方堆載及樁機、吊車等重型機械位置，確保地鐵結構上方荷載不大于20 kPa；施工過程中注意減少震動；施工過程中注意保護地鐵結構及周邊管線，嚴禁破壞地鐵結構。

4.4.3 現狀調查

本工程在施工前、施工過程中及施工完成后，組織相關人員開展了地鐵結構現狀調查，調查內容包括結構的滲漏水、修補情況、裂縫及管片錯臺超過1 cm的位置，形成施工前中后的現狀調查對比表，結合監測數據及現狀調查情況進行綜合分析，以界定本工程施工對地鐵結構產生的影響程度。

4.4.4 測量復核

本工程涉及多根樁基的施工，樁基距離地鐵結構較近，如果平面位置不正確極易破壞地鐵結構，造成事故。因此，在樁基施工前安排施工測量人員嚴格復核樁基鉆孔位置，確保鉆孔施工滿足設計要求。針對管線工程的施工，同樣安排測量人員對開挖平面位置和深度進行測量，確保管線溝底位置滿足設計要求，嚴禁超挖。

4.4.5 施工控制

為了減少樁基施工對地鐵車站結構和隧道結構的影響，距離地鐵較近位置的樁基嚴格按照全套筒方式進行施工，施工過程中嚴格控制鉆孔、泥漿及灌注混凝土等各環節的質量，防止施工過程中發生塌孔。在管線工程施工過程中，遇到不明結構物時，及時聯系軌道公司相關人員進行現場復核和確定，確認其不是需要保護的地鐵頂板結構后再進行后續的施工。實時關注地鐵保護專項監測單位發布的自動化監測數據，在確保監測數據無異常的情況下繼續施工，出現監測數據或巡查異常的情況立即停止現場施工，查明原因并采取了有效措施才能進行后續的施工，將監測與施工緊密結合，做到監測數據有效指導施工[3]。

4.4.6 會議制度

為了掌握施工的情況和地鐵結構的監測情況，本工程在對地鐵結構影響較大的橋梁下部樁基施工期間、承臺施工期間及管線工程施工期間組織建設單位、施工單位、監理單位及地鐵保護專項監測單位召開每周1次的項目協調會議。相關單位匯報近期施工情況及需要協調的問題，重點關注涉及地鐵保護方面的施工質量控制及地鐵保護專項監測的情況，在監測數據正常的情況下方可開展下一步的施工，確保地鐵運營安全。

5 保護成效分析

本項目經過2年多的施工，最終順利實現通車。監測數據顯示，自動化豎向、水平位移監測數據累計變化最大值都在3 mm以內，滿足評估報告給出的5 mm累計值的控制要求。巡查過程中未出現大的滲漏水、管片錯臺增大、結構開裂、破損及破壞地鐵結構的情況，也未出現地鐵運營的應急處理情況，總體施工安全可控，本工程的各項管理措施對地鐵結構起到了有效保護的作用。

6 總結與展望

本項目施工工序多，涉及地鐵保護施工的范圍大，整體施工風險大，但是，通過各項管理措施，最終順利地完成了項目的建設，確保了地鐵運營的安全。總結起來，主要有以下管理措施：

1）編制地鐵保護區專項施工方案并組織專家論證。

2）開展施工影響地鐵結構的安全評估工作并組織專家論證。

3）開展施工影響地鐵結構的地鐵保護區專項監測工作，將專項監測方案經專家論證，并用監測數據指導過程施工。

4）加強施工的過程管控，尤其是涉及影響地鐵結構安全的關鍵部位和關鍵工序，做好工前交底、地鐵結構現狀調查、測量復核、施工控制、例會協調等工作，并積極配合各方開展監督檢查工作。

只有對地鐵保護工作足夠重視，合理部署，周密安排，精細分工，嚴格按照規定執行，并做好相關單位的聯動協調機制，才能有效地保護地鐵運營安全。