北京新機場線折返區間下穿道路施工安全風險評估方法

李珍

中鐵二十三局集團第六工程有限公司 重慶 401121

引言

施工安全風險評估是優化施工方案、保障工程項目順利實施的關鍵，為了落實此項工作，本次研究以北京新機場線折返區間下穿道路施工項目為例，對此項目在施工中的安全風險進行評價[1]。施工道路的主路定線為直線，縱斷面設計縱坡為2.99%，三環外環輔路定線為圓曲線，半徑R600，縱斷面設計縱坡為0.27%，三環內環輔路定線為圓曲線，半徑R140，縱斷面設計縱坡為1.04%，東南象限南向東Z3匝道定線為圓曲線，半徑R550，縱斷面設計縱坡為2.99%。整體采用裝配式鋼筋混凝土擋土墻作為支撐，人行道外側為混凝土砌塊重力式擋土墻，擋土墻墻高H為1.0m～3.6m，混凝土砌塊擋土墻采用M7.5水泥砂漿砌筑并灌實，M7.5水泥勾縫。為了保證此工程項目的順利施工，在設計施工階段，施工方部署了大量的技術人員與輔助作業設備進行施工現場監測，但相關工作的實施并未取得有效成果[2]。因此，本文將在上述研究的基礎上，設計一個全新的風險評估方法，以此種方式，掌握工程在施工中的風險，結合風險的量化，及時制定對應的工程施工整改方案，保證施工中人員的合理分配與施工安全。

1 施工安全風險評估方法

1.1 確定施工安全風險評估范圍與評估對象

為了確保評價結果的真實性與可靠性，應在方法設計前，確定評估范圍與評估對象[3]。確定施工安全風險評估范圍需要考慮的因素包括：新建工程與既有結構的相互關系；新建工程和既有工程規模、尺寸；新建工程會對3倍洞徑范圍內圍巖、建（構）筑物等產生影響（根據地下工程積累的經驗）；環境負荷對應力分布區域的影響等。明確確定范圍的影響因素后，圈定本工程評估范圍：根據新建北京軌道交通新機場線一期工程與既有玉泉營橋輔路擋墻（1#擋墻）、玉泉營橋南側擋墻（2#擋墻）、玉泉營橋北側擋墻（3#擋墻）之間的相對位置關系，考慮工程情況，確定計算模型長度×寬度×高度=210.0m×160.0m×60.0m（地表下深），得到本工程評估范圍（如下圖1所示）。

圖1 施工安全風險評估范圍

明確北京新機場線折返區間下穿道路施工安全風險評估范圍后，將既有擋土墻結構作為主要評價對象，其中包括玉泉營橋輔路擋墻及其主路的南北側擋墻和玉泉營橋2#通道。

1.2 施工模型建立與安全風險評估參數設定

在地層中進行隧道施工會引起地層土體擾動，從而導致地層發生不均勻沉降、異常變形、土體結構移位等巖土工程施工安全問題。在下穿道路施工中，會不可避免地對周邊原有地層結構的平衡性造成影響，誘發地層重力分布異常，增加對既有擋墻基礎的附加應力，使其發生形變[4]。因此，可以認為施工中的開挖是造成施工現場安全風險的主要原因。為了進一步掌握施工中安全風險的分布，下述將通過構建施工區域三維地層模型的方式，進行風險覆蓋區域的確定。

施工區域內所有土層、鋼筋混凝土擋墻、砌塊重力式擋墻、明挖基坑等結構，都采用實體單元建模（2#通道采用板單元除外）。建模中考慮到模型的適用性與計算精度要求，將模型劃分成757228個單元。模型結構如圖2所示。

圖2 施工模型結構

完成施工模型的構建后，根據工程地質勘查報告中的相關數據，參照北京地區有關工程結構地層參數計算取值，設定施工區域有關鋼筋混凝土物理參數。如下表1所示。

表1 有關鋼筋混凝土物理參數按規范取值

已知工程施工參數后，計算施工中主體結構荷載，荷載計算時，需要考慮新建和既有結構自重；土體自重；汽車荷載。輸出累加計算值，將其作為安全風險評估參數。

1.3 基于LEC法的擋墻變形安全風險評價結果量化

完成上述研究后，將下穿道路中的擋墻變形作為參照，獲取施工現場相關數據，將數據值導入施工模型，根據施工中擋墻的變形與位移，進行工程安全風險的評價[5]。在此過程中，需要先建立一個針對施工結構的重力應力分布場，模擬下穿道路施工過程。結合現場工況，施工過程為：初始地應力平衡→擋墻和通道結構模擬、重新計算平衡→施做明挖區間（明挖基坑）→暗挖隧道左線注漿加固、上部土體開挖并施做初期支護、臨時仰拱→左線下部土體開挖并施做初期支護→暗挖隧道右線注漿加固、施做左線二襯→右線拆除臨時仰拱并施做右線二襯。

根據模擬的現場施工作業流程，繪制明挖一期基坑施工完成后擋墻位移云圖，包括擋墻 X向變形（平行于暗挖區間方向）、擋墻 Y向變形（垂直于暗挖區間方向）、擋墻 Z 向變形（豎向變形）。

根據工程施工結果與預測的工況，對擋墻變形進行分析。明挖基坑施做完成時，1#擋墻最大豎向變形為-1.09mm，沉降縫差異沉降為-0.30mm，新增最大傾斜值為-1.03/1000；2#擋墻最大豎向變形為-0.60mm，沉降縫差異沉降為-0.07mm，新增最大傾斜值為-0.07/1000；3#擋墻幾乎不受影響。根據所得數據，進行安全風險等級的評價，評價計算公式如下：

公式（1）中：D表示為安全風險量化值；L表示為擋墻變形事故可能性；E表示為施工人員直接暴露的頻率；C表示為擋墻變形可能造成的后果。將計算后的D值進行劃分，取值＞320時，證明工程施工存在較大風險，需要停止施工作業；取值在70～320之間時，證明工程施工存在風險，需要整改；取值在20～70之間時，證明工程施工存在風險，需要注意；取值＜20時，證明工程施工不存在風險。按照此種方式，實現對工程施工安全風險的量化。

2 實例應用分析

為了證明本文設計的評估方法可以應用到真實的工程項目中，此次研究以新機場線一期工程穿越三環路擋墻及2號通道項目為例，展開方法的實踐研究。實驗前，獲取工程概況信息。

新機場線草橋站后折返線區間（右 K43+264.374～右 K43+924.891；左 K43+264.282～左 K43+910.979）右線區間全長660.517m，左線區間全長646.697m。線路自草橋站出站后自南向北先后下穿馬草河、南三環西路（玉泉營橋）、燃氣調壓站、婚紗攝影城及古文化廣場1～2層建筑、京滬高鐵北京特大橋、京滬線鐵路地面線等到達新機場線一期工程設計終點。區間最小半徑 R=600.0m，最大縱坡26.5‰。

區間采用明挖法+暗挖法施工，區間出草橋站后至馬草河部分采用明挖法施工，長度140.0m，為單層雙跨矩形斷面。區間下穿南三環西路、燃氣調壓站、婚紗攝影城及古文化廣場1～2層建筑、京滬高鐵北京特大橋、京滬線鐵路地面線部分采用礦山法施工，為單洞單線馬蹄形斷面。

區間在南三環西路西側綠地內設置一座明挖區間風井，在菜戶營南路與京滬線鐵路交口處東北象限內綠地設置一座暗挖施工豎井橫通道，橫通道兼作區間迂回風道。為了方便實驗進行，在實驗中選擇以墻頂結構沉降A、沉降縫差異沉降B、新增傾斜C等作為影響穿道路施工安全的三個風險類型。針對基坑明挖施工、左線穿越施工、右線穿越施工，共三個工序的上述三個風險類型進行評估，利用本文評估方法確定三個工序中各項風險控制范圍，若實際施工時，其對應參數在控制范圍內，則說明不會出現安全事故，反之同理。在實際施工過程中，將本文風險評估結果以及實際施工參數記錄繪制成表（如表2所示）。

表2 實例應用分析結果記錄表（單位：mm）

從表2可以看出，實際結果在評估范圍內，則不會出現安全事故，實際結果在評估范圍外，則會發生安全事故，由此可以看出，將本文提出的評估方法應用到實際工程項目中，可為工程施工安全開展提供有利依據，若施工參數均能夠按照評估結果得出的范圍完成，則安全性將會得到顯著提升。

3 結束語

本文開展了北京新機場線折返區間下穿道路施工安全風險評估方法的設計研究，明確了施工中不同因素對工程安全造成的影響，為了進一步提高工程質量，需要在后續的施工中做好下述幾點工作：隧道開挖時應嚴格控制施工順序，先注漿加固后開挖；確保暗挖隧道穿越擋墻階段的外側注漿加固厚度按照設計要求加厚；施工結束后，應當對擋墻結構進行檢查，如若局部出現裂縫，應對其進行修復；施工期間及施工結束后若干天時間內，安排專人對近接影響地段范圍的擋墻結構進行監測，變形需滿足控制標準要求，否則應采取相應措施；制定針對性的應急預案，如出現可能影響既有擋墻結構安全的情況，采取應對性措施，保證在發生問題時各相關單位及人員能夠及時有效地進行處理，保證既有擋墻結構的安全，避免造成較大的損失并把不良影響降低到最低限度。