城市軌道交通保護(hù)區(qū)市政施工安全影響評(píng)估及安全保護(hù)

張 睿，鐘有信，宋 茂，雷 浩，劉紅剛，王忠政

（南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣西南寧 530028）

1 引言

南寧市軌道交通是服務(wù)于中國(guó)廣西壯族自治區(qū)南寧市的城市軌道交通系統(tǒng)。其第一條線路于2016 年6月 28 日開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)，該條線路的開(kāi)通使廣西壯族自治區(qū)成為中國(guó)第一個(gè)開(kāi)通城市軌道交通的少數(shù)民族自治區(qū)。截至2020 年11 月23 日，南寧市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路共有4 條，即南寧市軌道交通1 號(hào)線、南寧市軌道交通2 號(hào)線（簡(jiǎn)稱“2 號(hào)線”）、南寧市軌道交通3 號(hào)線（簡(jiǎn)稱“3 號(hào)線”）、南寧市軌道交通4 號(hào)線，里程總長(zhǎng)為108 km，共設(shè)車站87 座（換乘站重復(fù)計(jì)算）。截至2021年1 月，南寧市軌道交通在建線路1 條，為南寧市軌道交通5 號(hào)線一期；另有備建線路2 條，分別為機(jī)場(chǎng)線、武鳴線。

隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，影響南寧市軌道交通結(jié)構(gòu)安全的各類物業(yè)開(kāi)發(fā)、市政道路、管網(wǎng)配套等外部作業(yè)施工大幅攀升，近年來(lái)結(jié)構(gòu)受損事件時(shí)有發(fā)生，如外部作業(yè)導(dǎo)致城市軌道交通結(jié)構(gòu)傾斜和沉降、隧道被鉆穿、盾構(gòu)收斂變形和管片開(kāi)裂等。如果不加強(qiáng)城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全的保護(hù)管理并采取必要保護(hù)措施，將危及城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全并影響其正常運(yùn)營(yíng)。

作為緩解城市交通壓力的首選方案，城市軌道交通的安全保護(hù)對(duì)保證城市交通安全至關(guān)重要，需要建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)測(cè)單位、評(píng)估單位、軌道公司多方聯(lián)動(dòng)，形成整體。

2 市政施工安全影響評(píng)估

本文采用有限元軟件（Midas）模擬 2 號(hào)線東延線配套道路工程及南寧市良玉大道（平樂(lè)大道—東風(fēng)路）纜線管廊工程不同施工階段引起2 號(hào)、3 號(hào)線平良立交站附屬結(jié)構(gòu)變形以及產(chǎn)生的內(nèi)力影響并進(jìn)行分析，提出了在城市軌道交通保護(hù)區(qū)內(nèi)市政施工的安全保護(hù)措施。

2.1 項(xiàng)目概述

2 號(hào)線東延線配套道路工程及良玉大道纜線管廊工程主要包含污水管道工程和纜線管廊工程。

擬建污水管道工程起點(diǎn)位于良玉大道南側(cè)，沿北穿越良玉大道，經(jīng)平良立交向北走向平樂(lè)大道，沿平樂(lè)大道西側(cè)南北走向敷設(shè)。

擬建纜線管廊工程起點(diǎn)位于平樂(lè)大道東側(cè)，穿越平樂(lè)大道向北走向平良立交，在平良立交西南側(cè)轉(zhuǎn)向良玉大道。2 號(hào)、3 號(hào)線在平良立交交口設(shè)置平良立交站，位于五象新區(qū)南部的平樂(lè)大道-良玉大道路口，為2 號(hào)線與3 號(hào)線換乘站。平良立交站為地下車站，擬建項(xiàng)目上方為城市軌道交通區(qū)間及附屬結(jié)構(gòu)。

2.1.1污水管道工程介紹

污水管道工程起點(diǎn)分別截流良玉大道南、北側(cè)非機(jī)動(dòng)車道，現(xiàn)有DN600 mm、DN500 mm 污水管，污水匯合后經(jīng)新建DN800 mm 污水過(guò)路管，轉(zhuǎn)北繞行平良立交站5 號(hào)風(fēng)亭和Ⅱ-a 出入口通道北側(cè)（部分管段路由此進(jìn)入合景地塊），再沿平樂(lè)西側(cè)規(guī)劃綠地敷設(shè)，終點(diǎn)排入平樂(lè)大道西側(cè)新平路（北橫八路），此處設(shè)計(jì)擬新建DN800 mm 污水管，平面、豎向布置見(jiàn)圖1、圖2。

圖2 污水管道工程與城市軌道交通結(jié)構(gòu)豎向關(guān)系圖

本工程上穿2 號(hào)線那平區(qū)間，臨近平良立交車站附屬結(jié)構(gòu)（5 號(hào)風(fēng)亭、Ⅱ號(hào)出入口及Ⅰ號(hào)出入口），那平區(qū)間結(jié)構(gòu)與管道底豎向凈距為14.21 m，管道工作井W7結(jié)構(gòu)距離5 號(hào)風(fēng)亭水平凈距為3.93 m。污水管道與城市軌道交通各結(jié)構(gòu)的邊線關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 污水管道工程與城市軌道交通結(jié)構(gòu)邊線距離 m

2.1.2線纜管廊工程介紹

南寧市良玉大道（平樂(lè)大道—東風(fēng)路）纜線管廊工程全長(zhǎng)約634.930 m，采用明挖法施工。纜線管廊標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為2.9 m（寬）×1.4 m（高），埋深約1.7～2.5 m，采用混凝土包封組合排管形式。

擬建纜線管廊工程起點(diǎn)位于平樂(lè)大道東側(cè)，穿越平樂(lè)大道向北走向平良立交，在平良立交西南側(cè)轉(zhuǎn)向良玉大道，2 號(hào)線及3 號(hào)線在平良立交交匯口設(shè)置平良立交站，平良立交站為地下車站，擬建項(xiàng)目與城市軌道交通結(jié)構(gòu)先后交叉位置為3 號(hào)線出入場(chǎng)明挖段、Ⅳ號(hào)出入口、3 號(hào)風(fēng)亭及5 號(hào)安全出入口、4 號(hào)安全出入口及3號(hào)線消防水池、1 號(hào)物業(yè)出入口和2 號(hào)物業(yè)接口及Ⅲ號(hào)出入口、6 號(hào)風(fēng)亭及2 號(hào)線消防水池，線纜管廊與城市軌道交通各結(jié)構(gòu)的邊線關(guān)系見(jiàn)表2。平面、豎向位置關(guān)系見(jiàn)圖3、圖4。線纜管廊及開(kāi)挖斷面見(jiàn)圖5、圖6。

圖3 線纜管廊工程與城市軌道交通結(jié)構(gòu)平面關(guān)系圖

圖4 線纜管廊工程與城市軌道交通結(jié)構(gòu)豎向關(guān)系圖

圖5 線纜管廊結(jié)構(gòu)斷面（單位：mm）

圖6 線纜管廊基坑開(kāi)挖斷面

表2 線纜管廊工程與城市軌道交通結(jié)構(gòu)邊線距離 m

2.2 外部作業(yè)影響等級(jí)確定

根據(jù)GB/T 30012-2013《城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范》《南寧市城市軌道交通管理?xiàng)l例》和CJJ/T 202-2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，2 號(hào)線東延線配套道路工程及良玉大道纜線管廊工程侵入既有2 號(hào)、3 號(hào)線平良立交站安全控制保護(hù)區(qū)范圍（地下車站與隧道結(jié)構(gòu)外邊形外側(cè)50 m 內(nèi)），應(yīng)確定外部作業(yè)影響等級(jí)。

2 號(hào)線東延線配套道路工程及良玉大道纜線管廊工程與2 號(hào)、3 號(hào)線平良立交站附屬結(jié)構(gòu)的最小凈距為0.2 m，結(jié)構(gòu)影響關(guān)系見(jiàn)表3、表4。

表3 工程與城市軌道交通結(jié)構(gòu)接近程度表 m

表4 工程與城市軌道交通結(jié)構(gòu)影響分區(qū)表 m

針對(duì)2 號(hào)、3 號(hào)線平良立交站結(jié)構(gòu)，根據(jù)CJJ/T 202-2013 確定2 號(hào)線東延線配套道路工程及良玉大道纜線管廊工程接近程度為“非常接近”，確定工程影響分區(qū)為“強(qiáng)烈影響區(qū)（A）”，最后根據(jù)外部作業(yè)影響等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)2 號(hào)線東延線配套道路工程及良玉大道纜線管廊工程對(duì)2 號(hào)、3 號(hào)線平良立交站的影響等級(jí)為“特級(jí)”。

2.3 三維仿真計(jì)算

按照外部工程和城市軌道工程設(shè)計(jì)資料，根據(jù)研究目標(biāo)，選取有限元計(jì)算模型，模型尺寸為660 m×315 m×45 m，單元網(wǎng)格尺寸設(shè)定在1～6 m，并對(duì)特殊部位網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，共劃分 642 215 個(gè)單元，模擬2 號(hào)線東延線配套道路工程及良玉大道纜線管廊工程基坑開(kāi)挖過(guò)程對(duì)毗鄰城市軌道交通結(jié)構(gòu)的影響。

有限元模型考慮城市軌道交通有換乘車站、出入口、風(fēng)亭、消防池等附屬結(jié)構(gòu)，外部作業(yè)主要模擬管線開(kāi)挖、頂管、管廊開(kāi)挖施工、回填等過(guò)程對(duì)毗鄰城市軌道交通車站及附屬結(jié)構(gòu)的影響。模型中的工程與城市軌道交通結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

圖7 工程及城市軌道交通結(jié)構(gòu)有限元模型

2.4 計(jì)算工況設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目計(jì)算工況設(shè)計(jì)如下：

工況1：初始狀態(tài)；工況2：纜線管廊第一期開(kāi)挖；工況3：纜線管廊第一期澆筑；工況4：纜線管廊第一期回填；工況5：纜線管廊第二期開(kāi)挖；工況6：纜線管廊第二期澆筑；工況7：纜線管廊第二期回填；工況8：其他區(qū)域澆筑；工況9：其他區(qū)域回填；工況10：頂管井施工；工況11：污水管基坑支護(hù)、開(kāi)挖；工況12：污水管安裝；工況13：污水管基坑回填；工況14：W5-W6頂進(jìn)安裝；工況15：W7-W6 頂進(jìn)安裝；工況16：W7-W8 頂進(jìn)安裝；工況17：W9-W8 頂進(jìn)安裝；工況18：W9-W10 頂進(jìn)安裝；工況19：其他頂管完成；工況20：工程完成。

2.5 計(jì)算結(jié)論

三維模擬分析結(jié)果表明。

（1）本項(xiàng)目工程開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)和頂管施工引起城市軌道交通車站結(jié)構(gòu)水平以及豎向變形，總體變形方向朝向施工側(cè)。

（2）出入場(chǎng)線明挖段最大豎向變形為2.52 mm，上浮變形，位置在基坑底部的盾構(gòu)井筒頂部；最大橫向變形為0.06 mm，方向朝向線纜管廊側(cè)變化，位置靠近管廊基坑側(cè)，此變形發(fā)生于纜線管廊第一期開(kāi)挖階段，見(jiàn) 圖8。

圖8 出入場(chǎng)線明挖段結(jié)構(gòu)最大變形（單位：mm）

（3）Ⅳ號(hào)出入口最大豎向變形為1.16 mm，上浮變形，位置在基坑底部的出入口通道頂部；最大橫向變形為0.16 mm，方向向線纜管廊側(cè)變化，位置在出入口通道底部，此變形發(fā)生于纜線管廊第一期開(kāi)挖階段，見(jiàn)圖9。

圖9 Ⅳ號(hào)出入口最大變形（單位：mm）

（4）5 號(hào)安全出口及3 號(hào)風(fēng)亭最大豎向變形為1.24 mm，上浮變形，位置在5 號(hào)出入口通道頂部；最大橫向變形為0.16 mm，方向向線纜管廊側(cè)變化，位置在5 號(hào)安全出口北側(cè)頂部，此變形發(fā)生于纜線管廊第一期開(kāi)挖階段，見(jiàn)圖10。

圖10 5 號(hào)安全出口及3 號(hào)風(fēng)亭結(jié)構(gòu)最大變形（單位：mm）

（5）2 號(hào)線消防池及6 號(hào)風(fēng)亭最大豎向變形為1.58 mm，上浮變形，位置在消防池頂部；最大橫向變形為0.22 mm，方向向線纜管廊側(cè)變化，發(fā)生位置在結(jié)構(gòu)頂部，此變形發(fā)生于纜線管廊第一期開(kāi)挖階段，見(jiàn)圖11。

圖11 2 號(hào)線消防池及6 號(hào)風(fēng)亭結(jié)構(gòu)最大變形（單位：mm）

（6）5 號(hào)風(fēng)亭及Ⅱ號(hào)出入口最大豎向變形為0.15 mm，上浮變形，位置為5 號(hào)風(fēng)亭結(jié)構(gòu)頂部，此變形發(fā)生于W7-W8 頂進(jìn)安裝階段；其最大橫向變形為0.08 mm，方向向線纜管廊側(cè)變化，位置在5 號(hào)風(fēng)亭結(jié)構(gòu)頂部，此變形發(fā)生于污水管基坑支護(hù)、開(kāi)挖階段，見(jiàn) 圖12。

圖12 5 號(hào)風(fēng)亭及Ⅱ號(hào)出入口結(jié)構(gòu)（單位：mm）

（7）Ⅰ出入口最大豎向變形為0.07 mm，上浮變形，位置在Ⅰ號(hào)出入口結(jié)構(gòu)靠近W8 頂管井一側(cè)，此變形發(fā)生于頂管井施工階段；最大橫向變形為0.16 mm，方向向西側(cè)變化，位置在Ⅰ號(hào)出入口結(jié)構(gòu)靠近W8頂管井一側(cè)，此變形發(fā)生于 W9-W8 頂進(jìn)安裝階段，見(jiàn)圖13。

圖13 Ⅰ號(hào)出入口結(jié)構(gòu)最大變形（單位：mm）

（8）從城市軌道交通結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化分析得出，基坑的開(kāi)挖均引起結(jié)構(gòu)所受內(nèi)力的增大，變截面處均是受力影響的敏感區(qū)域，且臨近基坑側(cè)頂板的受力影響最大。

2.6 結(jié)論與建議

2.6.1評(píng)估結(jié)論

本項(xiàng)目評(píng)估結(jié)論如下。

（1）2 號(hào)線東延線配套道路工程及良玉大道纜線管廊工程施工誘發(fā)2 號(hào)、3 號(hào)線平良立交站及其附屬結(jié)構(gòu)變形，其變形數(shù)值如下：①出入場(chǎng)線明挖段最大豎向變形為2.52 mm，最大橫向變形為0.06 mm；② Ⅳ號(hào)出入口最大豎向變形為1.16 mm，最大橫向變形為0.16 mm；③5號(hào)安全出口及3號(hào)風(fēng)亭最大豎向變形為1.24 mm，最大橫向變形為0.16 mm；④ 2 號(hào)線消防池及6 號(hào)風(fēng)亭最大豎向變形為1.58 mm，最大橫向變形為0.22 mm；⑤ 5 號(hào)風(fēng)亭及Ⅱ號(hào)出入口最大豎向變形為0.15 mm，最大橫向變形為0.08 mm；⑥Ⅰ出入口最大豎向變形為0.07 mm，最大橫向變形為0.16 mm。變形量滿足CJJ/T 202-2013的規(guī)定之附錄B.0.2。

（2）線纜管廊、污水井、管道等基坑的開(kāi)挖施工是誘發(fā)城市軌道交通結(jié)構(gòu)變形的主要因素。

（3）經(jīng)驗(yàn)算城市軌道交通結(jié)構(gòu)樓板、側(cè)墻、梁、柱結(jié)構(gòu)配筋及裂縫滿足規(guī)范要求。

2.6.2監(jiān)測(cè)建議

（1）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容為2 號(hào)、3 號(hào)線平良立交站部分附屬結(jié)構(gòu)，出入場(chǎng)線明挖段盾構(gòu)井筒。監(jiān)測(cè)關(guān)注點(diǎn)為城市軌道交通監(jiān)測(cè)項(xiàng)目受施工影響區(qū)間的結(jié)構(gòu)豎向位移、水平位移、變形縫張開(kāi)量、裂縫等。

（2）監(jiān)測(cè)頻率。城市軌道交通結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)頻率，應(yīng)能系統(tǒng)反映監(jiān)測(cè)對(duì)象所測(cè)項(xiàng)目的重要變化過(guò)程及其變化時(shí)刻。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接近城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值的預(yù)警值時(shí)，應(yīng)提高監(jiān)測(cè)頻率；當(dāng)發(fā)現(xiàn)城市軌道交通結(jié)構(gòu)有異常情況或外部作業(yè)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，應(yīng)采用不間斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，根據(jù)不同的施工階段對(duì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容和頻率進(jìn)行完善。城市軌道交通結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表5。

表5 城市軌道交通結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)頻率建議表

2.6.3施工與安全防護(hù)建議

本項(xiàng)目施工與安全防護(hù)建議如下。

（1）施工前制定完備的安全防護(hù)、專項(xiàng)施工方案，進(jìn)行有效的工程籌劃、施工組織設(shè)計(jì)，嚴(yán)格履行審批程序，遵守技術(shù)交底工作，確保按照施工方案、施工規(guī)程進(jìn)行施工。

（2）施工前須進(jìn)一步明確擬建場(chǎng)地地質(zhì)及地下管線的具體情況，如場(chǎng)地內(nèi)出現(xiàn)地下水囊、空洞或者暗流通道等不良地質(zhì)體或未探明的其他管線，施工單位不得擅自繼續(xù)施工，待與設(shè)計(jì)單位、勘察單位溝通確認(rèn)后，設(shè)計(jì)單位提出處理措施后方可按照處理方案進(jìn)行下步施工。

（3）管廊上跨明挖區(qū)間段，開(kāi)挖施工不得采用機(jī)械開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中需保護(hù)好城市軌道交通結(jié)構(gòu)的防水層。

（4）開(kāi)挖過(guò)程中如需破除城市軌道交通圍護(hù)結(jié)構(gòu)需制定專項(xiàng)施工方案，不得破壞城市軌道交通結(jié)構(gòu)中的防水結(jié)構(gòu)。

（5）管線、管廊基坑開(kāi)挖應(yīng)嚴(yán)格按施工方案施工，施工期間嚴(yán)格控制開(kāi)挖長(zhǎng)度及深度，開(kāi)挖一段，施工一段，回填一段，嚴(yán)禁超挖。原有路面破除、土方開(kāi)挖、砂卵石開(kāi)挖等，單次開(kāi)挖長(zhǎng)度不得超過(guò)設(shè)計(jì)要求。基坑開(kāi)挖按照設(shè)計(jì)要求采取支護(hù)措施，防止發(fā)生坍塌事故造成城市軌道交通結(jié)構(gòu)破壞。

（6）管線、管廊開(kāi)挖采用基坑開(kāi)挖方式進(jìn)行分塊分格開(kāi)挖，分格開(kāi)挖最大倉(cāng)面、深度滿足設(shè)計(jì)要求，土方開(kāi)挖按設(shè)計(jì)自上而下分層進(jìn)行，嚴(yán)禁亂挖或超挖。做好對(duì)現(xiàn)有管線的保護(hù)措施。

（7）頂管工作坑采用機(jī)械挖上部土方時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有專人指揮裝車，堆土應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定，避免損壞任何構(gòu)筑物和預(yù)埋立撐；工作坑四周或坑底必須要有排水設(shè)備及措施；工作坑內(nèi)應(yīng)設(shè)符合規(guī)定的和固定牢固的安全梯，下管作業(yè)的全過(guò)程中，工作坑內(nèi)嚴(yán)禁有人。

（8）頂進(jìn)過(guò)程中，所有操作人員不得在頂鐵兩側(cè)操作，以防發(fā)生崩鐵傷人事故。

（9）頂管完成后，應(yīng)進(jìn)行壁后注漿，并嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿壓力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，防止注漿壓力過(guò)大造成城市軌道交通結(jié)構(gòu)破壞。

（10）施工過(guò)程中應(yīng)做好圍擋與隔離，采取相應(yīng)措施保證機(jī)械設(shè)備不侵入城市軌道交通上方區(qū)域，大型設(shè)備應(yīng)保持與城市軌道交通的安全距離。

（11）根據(jù)不同季節(jié)安排季節(jié)性安全施工，如雨季防排水措施等。施工過(guò)程中做好防汛措施，防止雨水倒灌進(jìn)入城市軌道交通。

（12）施工前要制定完善的應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)引起結(jié)構(gòu)變形或變形速率達(dá)到控制值時(shí)，應(yīng)立即停止施工并采取應(yīng)急措施，防止變形進(jìn)一步擴(kuò)大。

（13）施工中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，保證結(jié)構(gòu)安全。當(dāng)變形量或變形速率較大時(shí)，加密監(jiān)測(cè)和加強(qiáng)分析，如有異常，應(yīng)停止施工，分析原因，并及時(shí)通知設(shè)計(jì)單位、城市軌道交通管理部門、建設(shè)單位等，在采取有效措施后才能繼續(xù)施工。

3 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通保護(hù)區(qū)內(nèi)外部施工作業(yè)應(yīng)以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)方案、施工方案、評(píng)估報(bào)告為依托，第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為支撐，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)巡查，建立長(zhǎng)期有效的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，才能保障城市軌道交通結(jié)構(gòu)的安全，降低外部作業(yè)對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響。本文以在南寧市軌道交通保護(hù)區(qū)內(nèi)的2 號(hào)線東延線工程配套道路工程及南寧市良玉大道（平樂(lè)大道—東風(fēng)路）纜線管廊工程施工對(duì)2 號(hào)、3 號(hào)線平良立交站部分附屬結(jié)構(gòu)的影響為研究對(duì)象，進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得出施工的關(guān)鍵影響工序，并據(jù)此提出對(duì)城市軌道交通的相關(guān)安全保護(hù)措施，對(duì)施工、設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。