新建道路工程穿越既有軌道交通設施的安全評價與控制

郭立波

(北京市建設工程質量第三檢測所有限責任公司，北京 100037)

1 引 言

在我國，大中城市的道路工程仍處于建設和改造的階段。新建道路工程與既有城市軌道交通設施存在大量鄰近與穿跨越節點，新建工程施工過程中，由于開挖卸荷-加載作用，原隧道結構的承載系統改變，造成結構附加變形，有時可能出現結構的開裂，導致了結構的承載能力下降；于此同時，地下水通過開裂的結構侵入，造成了鋼筋、螺栓等的銹蝕，混凝土結構力學性質持續惡化，嚴重威脅隧道結構的運營安全。

本文以某道路工程為背景，對地鐵隧道、軌道結構進行施工安全評估，為道路施工方案的制定、道路施工管理和結構變形監測提供合理建議。

2 安全性影響評估

2.1 風險點變形

根據新建道路與管線與既有地鐵線路的相對位置關系，劃分以下安全風險點。

根據新建工程的施工步驟，選用Midas GTS NX及ANSYS軟件按最不利情況將工程施工進行分階段計算。

2.2 評估結果與建議

根據對風險點的分析施工會對既有地鐵車站及區間產生一定的附加變形，附加變形值在運營安全允許范圍之內。正常施工條件下，采取一定的監測和軌道防護措施，能確保地鐵列車安全運營。

(1)施工建議

①施工前應進一步對地鐵結構進行物探，查明既有結構圍護樁、盾構井等構筑物實際位置，充分考慮其給施工帶來的不利影響。管線開槽如需要采取破除原施工圍護結構，應采用靜力破除方式，減小對既有機構影響。

②隨路管線施工過程中，應按照跳槽開挖方式施工，同時，應盡快回填，減少管線溝槽暴露時間，盡量降低對既有線的影響。

③上跨車站附屬部分管線與車站主體及附屬頂板距離較近，施工時不得采用大型機械開槽施工，并嚴格控制開挖尺寸。

④出入口附加施工時應該考慮到對地鐵客流的影響，提前做好圍擋與客流疏導工作。

⑤橋梁施工過程中，需對鄰近地鐵側樁基采取可靠的防塌孔措施，樁成孔過程保證清孔質量，減少樁底沉渣量，減少后續上部結構加載產生樁的沉降變形。

⑥嚴格按信息化施工原則進行施工管理，充分利用監測量控信息指導施工，嚴格按照設計方案、施工工藝及工序進行，不得任意省略。

(2)監測建議

根據安全評估結果，掌握軌道交通可能產生的變形大，綜合考慮施工、列車振動對軌道結構的影響以及地方規范要求，依據現有常規測量儀器的監測精度，確定變形控制值。

3 既有地鐵現狀檢測技術與結果

3.1 分級檢測內容

結合穿越工程評估分析及風險分級的判定，合理確定既有軌道交通結構的檢測范圍和檢測內容。在對影響區域內的既有車站、區間以及其附屬結構(如出入口、風道、應急疏散通道等)進行系統調查檢測的同時，實現資源的合理優化配置、工程成本的有效控制，具體檢測內容如表1。

3.2 檢測技術

(1)結構混凝土外觀調查

混凝土構件外觀檢測的主要內容為水跡、銹跡、鋼筋銹蝕、保護層脫落等。

(2)結構混凝土裂縫檢測

檢測時采用裂縫寬度儀檢測裂縫寬度，對大于0.05 mm的結構裂縫以及大于2 mm的道床裂縫采用卷尺量測裂縫的長度，采用非金屬超聲波儀檢測裂縫深度，記錄并描繪出裂縫的位置及分布走向。

表1 分級檢測項目

(3)結構混凝土強度檢測

利用回彈法對混凝土構件的混凝土強度進行抽樣測試。均勻分布測區范圍內的測點，兩點之間的凈距大于等于20 mm；測點要設置在距外露鋼筋、預埋件30 mm以外。

(4)結構混凝土碳化深度檢測

每一測區測量碳化深度值，每個測區不少于3次，取其平均值。

(5)結構混凝土保護層厚度檢測

采用鋼筋測試儀對結構實體進行檢測，如果已知鋼筋直徑，在檢測鋼筋保護層厚度之前應該預置鋼筋直徑；如果未知鋼筋直徑，可以在檢測鋼筋直徑的同時檢測鋼筋保護層厚度。

(6)結構混凝土鋼筋銹蝕狀況檢測

對鋼筋銹蝕嚴重、保護層脹裂處的鋼筋銹蝕情況，采用測量鋼筋剩余截面面積的方法，確定鋼筋的截面損失率；對已經開始銹蝕、混凝土尚未開裂的鋼筋，采用自然電位法檢測評價其銹蝕狀況。

4 穿越既有軌道交通工程監測技術

4.1 分級監測措施

根據既有軌道交通線路的敷設形式，將穿越工程分為三種類型：穿越既有軌道交通隧道、橋梁以及路基，包括自動化實時監測和人工監測。

穿越工程對已有軌道交通結構及變形的監測與一般的監測項目是不同的，城市軌道交通的運營時間為白天，只有夜間短時間停運，且穿越工程會受到列車振動的干擾，如果僅僅是在軌道交通夜間短時間停運后進行檢測，這就難以保證已有軌道交通的運營安全，因此，需要根據穿越工程風險等級大小，針對已有軌道交通采取經濟合理有效的監測措施，必要時可以實施全天候的監測。根據判定的分險等級，采取相應的監測措施。見表2。

表2 不同等級的監測措施

監測主要內容如表3所示。

表3 監測內容

4.2 測點布設和監測方法

(1)自動化監測：在主要影響范圍內沿線路方向每5～15 m布設一個斷面，在變形縫處應增設斷面，在每個斷面上安排2個測點，這樣就形成了沉降監測數據能夠實時傳輸的傳感網。針對不同的風險等級，監測布點的間距應有所不同，例如要監測區間隧道變形，針對特級/一級/二級風險點，每5 m/10 m/15 m布設一個監測斷面。每20～60 min采集一組數據。

(2)人工監測：在主要影響范圍內沿線路方向每10～20 m布設一個斷面，在變形縫處增設1個斷面，針對每個斷面，需要在隧道兩側結構的側墻上布設一個監測點。監測布點應根據不同的分險等級采用不同的間距。

4.3 監測預警

可以根據觀測數值與預警值、警戒值比較結果來判斷監測報告中的變形是否超限。宜采用三級管理制度。

表4 三級管理制度

5 結 論

(1)隨著我國城市化建設進程的逐步加快，新工程建設與已有工程的之間的相互作用、 影響不斷突出，對鄰近及穿越已有地鐵隧道的工程進行施工，必須在保證本身工程變形安全的同時，要保證對鄰近既有地鐵隧道的影響是在安全合理的范圍之內。

(2)選用Midas GTS NX及ANSYS軟件，模擬分析工程施工對既有地鐵車站及區間結構的影響。道路與管線工程施工引發的既有地鐵結構附加變形值在運營安全允許范圍之內，正常施工條件下，采取一定的監測和軌道防護措施，可以確保地鐵列車運行安全。

(3)利用無損檢測技術與設備對施工影響范圍捏的地鐵結構進行工前檢測，檢測范圍內主體結構完整無損，建筑限界滿足控制要求。扣件各零部件均完好，軌枕基本完好。軌道上行線、下行線及道岔內、外軌軌面高程變化趨勢一致。上下行線線路較平順。

(4)施工過程中地鐵結構采用自動化和人工相結合的方式進行監測，并采用三級管理制度對結構變形進行預警、報警等相應控制措施，確保地鐵既有結構的運行安全。