市政工程上穿地鐵既有結構與軌道的安全性評估

郭林峰

(北京市建設工程質量第三檢測所有限責任公司，北京 100037)

1 工程概況

1.1 新建管線

(1)熱力隧道采用暗挖法施工，其中過路段暗挖段開挖面總寬度3.3 m，總高度3.15 m，拱頂埋深約6 m。

(2)DN300球墨鑄鐵給水管，挖深約1.37～1.57 m。

(3)DN1000雨水鋼筋混凝土管，采用頂管法施工，管頂埋深2.5 m。

(4)DN400污水鋼筋混凝土管，采用頂管法施工，管頂埋深3.9 m。

1.2 既有地鐵

區間全線采用礦山法施工。新建管線工程穿越位置位于地鐵站后折返線區間。

工程實施方式：頂管+暗挖+明挖。

直徑為300 mm的上水管線距離地鐵隧道17 m；直徑為1 000 mm的雨水管線與地鐵右線凈距約為14.7 m，距離左線隧道12.5 m；直徑為400 mm的污水管線距離地鐵右線隧道14.0 m，與左線隧道相距約11.7 m；另外，2.3 m×2.1 m的熱力隧道與地鐵右線隧道凈距約9.0 m，施工檢查井與右線隧道凈距約6.8 m。

2 數值計算

2.1 模型構建

選取長120 m，寬120 m，自地表50 m厚的土體作為本模型構建的考察范圍。

選取實體單元作為周圍土體，不同的材料本構作為不同的土層，將模型頂面設置成自由邊界，其他的臨空面均選取法向約束。

荷載的計算主要考慮：(1)地鐵結構自重；(2)土體豎向自重。

2.2 施工模擬工序

根據新建管線工程的施工步驟，在計算模型時，分4個階段對施工階段進行模擬，見圖1。

圖1 施工工序

3 變形預測

新工程的實施對既有地鐵產生了不同程度的附加變形，為了有效的了解對既有地鐵產生的附加變形，將從不同工程階段下既有結構的豎向變形和橫向變形來進行分析。通過繪制不同施工階段施工成后既有地鐵結構的變形云圖，分析其變形結果和規律，來簡潔、直觀地反映既有結構的變形情況及規律。

計算結果表明，新建工程在實施的過程中，既有結構的豎向變形的最大值為1.372 mm，為上浮變形，變形部位為右線隧道頂拱右側。最大橫向變形值為0.853 mm，朝向施工開挖方向，變形部位為隧道仰拱，既有線路結構豎向和橫向最大變形結果見表1所示。

表1 既有地鐵結構最大變形結果

圖2 豎向變形云圖

圖3 橫向變形云圖

4 評估建議

4.1 設計、施工建議

(1)施工單位在施工時，必須嚴格按照設計圖紙要求進行施工，嚴格規范施工工藝，遵守施工紀律，嚴于管理，沿線上下水、煤氣、污水等管線的物探必須在施工前須詳細做好，在施工過程中加以注意，從而保證工程質量、地上建筑物、構筑物及地下管線的安全。

(2)施工開挖必須嚴格按設計圖要求施工，嚴格控制施工長度，并做到及時支護。

(3)R1井開挖施工過程中需進行加固措施，降低施工開挖對地鐵隧道的影響。

(4)施工前要對地下水情況進行探測，并采取有效的地下水處理以保證無水作業條件。

(5)在工程實施期間需要對既有線路軌道結構進行監測，保證軌道結構和行車的安全。一旦發現既有線路結構變形異常，應及時分析原因，采取有效措施后才能繼續施工。

(6)在施工期間發現有裂縫等病害惡化導致影響結構與運營安全，應及時進行修復；如未影響到正常運營，則建議在施工結束后，對影響范圍內地鐵結構進行復查，病害進行統一的耐久性修復。

4.2 監控測量建議

(1)施工期間，加強對既有地鐵變形的監測，做好應急處理準備工作，監測結果達到預警值，向施工單位和地鐵管理單位同時發出警報。

(2)工程施工前，應制定嚴格的監測方案，監測與防護范圍為：地鐵三線120 m。

(3)監測既有地鐵軌道結構變形，及時調整鋼軌下扣件；在工程實施過程中，如若變形程度達到報警值，必須要采取相應的處理措施，阻止位移繼續發展，以確保已有交通軌道結構的安全性。

(4)監測單位應在施工前進行一次測量，之后的測量要以本次測量結果為基礎；在記錄監測數據的同時做好施工步序的記錄，既可以指導施工又可以積累經驗。

(5)監測單位和施工單位之間要應建立良好順暢的數據交換機制，以及時反饋監測信息。跟據第三方監測方案以及施工情況隨時調整監測頻率，在監測值出現情況異常，檢測值達到報警值或遇到不良天氣狀況等時，應加大頻率，監測數據和相關狀態做好記錄。

(6)監測數據的獲取必須做到及時、準確和完整，如若發現異常情況，要加強監測力度。