对成都地区地铁周边工程结构安全评价要点分析

【摘要】：为了评估城市轨道交通沿线控制保护区内新建工程对地铁结构产生的影响，文章结合CJJ/T202—2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》要求，以成都地区几个邻近已运营地铁结构工程的安全评估为例，通过数值模拟，分析地铁结构变形影响规律，总结施工过程中影响地铁结构安全的关键因素，提出降低施工安全风险的专项措施，保证地铁运营的安全。

【关键词】：地铁;结构;变形;安全影响;评估;成都地区

随着轨道交通事业的发展，地铁站周边新建工程都面临地铁保护的问题，而更多的商业地块与地铁结合开发或者预留后期接驳的条件，给地铁保护提出了更高要求。国家针对地铁结构安全的保护制定了相关技术规范[1]，各大城市也为健全当地城市轨道交通保护区内建设项目管理机制制定了相关管理实施细则，要求对轨道交通保护区内的外部作业影响等级达到二级及以上时，应对新建项目进行安全评估并形成评估报告。因此有必要对一些典型的评估案例进行分析，从而总结出一些影响地铁结构安全的关键因素，为以后同类型工程的安全评估提供一定的参考。评估一般分为工程可行性评估、轨道交通现状评估、工程实施前预评估以及外部影响完成后评估，本文主要结合轨道交通现状评估和工程实施前预评估展开研究。

轨道交通现状评估要求对地铁结构做好外观调查，收集评估范围内地铁结构的竣工资料、养护资料、运营监测数据等，调查结构有无裂缝、蜂窝、麻面、露筋、锈蚀、渗漏水、变形缝渗漏水等现象，利用仪器对地铁结构断面尺寸、水平变形、竖向变形等进行测量并进行数据分析，最后参照规范给出地铁结构的健康度以及安全控制值标准。

工程实施前预评估是评估工作的重点，要收集新建工程以及评估范围内地铁结构的勘察、设计资料，明确新建工程与地铁结构的位置关系并根据相关规范及条文判定外部作业影响等级，再结合具体的工程案例确定主要评估内容和评估方法。

地铁结构安全评估案例分析

本文列举了成都地区4个邻近地铁施工的典型案例。

案例一

地铁车站侧面的新建超高层民建项目基坑采用明挖法施工，深度约为10.0m。围护结构采用双排桩支护，桩长17m、桩径1.0m、间距2.0m、排距2.0m，嵌固深度7.0m。采用管井降水，降水井间距20.0m左右，深度按20.0m设计，同时对整个基坑辅以明排水。基坑开挖围护桩边线与地铁车站附属B号出入口结构外皮横向净距离约11.21m，与地铁车站附属消防出入口结构外皮横向净距离约11.12m，与车站主体结构外皮横向净距离约为11.05m。见图1。

通过数值模拟[2]，在基坑开挖及回筑过程中，车站主体结构最大水平位移为1.43mm，最大竖向位移0.10mm，车站附属B口结构最大水平位移1.44mm，最大竖向位移1.46mm，车站附属消防口结构最大水平位移2.08mm，最大竖向位移1.02mm，水平、竖向位移均满足控制值要求[1]。

1.2案例二

地铁盾构区间侧面的新建超高层民建项目基坑采用明挖法施工，基坑深度约为9.0m，围护结构采用单排桩支护，桩径1.2m、间距2.4m、嵌固段9.3m、桩长18.0m。采用管井降水，降水井间距20.00~22.00m，井深17.5~25.0m。基坑开挖边线与盾构区间结构外皮横向最小净距离约为6.6m，基坑围护桩边线与盾构区间结构外皮横向最小净距离约为8.6m。见图2。

通过数值模拟[3]，在基坑开挖及回筑过程中，区间右线盾构隧道结构X向最大位移1.00mm，Y向最大位移0.08mm，Z向最大位移1.03mm，左线盾构隧道结构X向最大位移1.91mm，Y向最大位移0.18mm，Z向最大位移1.20mm，水平、竖向位移均满足控制值要求[1]。右线区间隧道计算所得曲率半径为90912.4m，左线区间隧道计算所得曲率半径为83683.1m，满足规范规定的隧道变形曲率半径>15000m的要求。

1.3案例三

地铁区间上方的新建铁路隧道项目基坑采用明挖法施工，深10.2~15.8m、宽12.2m，围护结构采用ϕ1200mm@2200mm排桩+内支撑。采用管井降水，降水井间距约20.0m，降水高度为基底以下1m。隧道段基坑底开挖线与盾构区间结构外皮竖向最小净距离约为4.68m，围护桩底线与盾构区间结构外皮竖向最小净距离约为1.68m。见图3。

通过数值模拟[4]，在基坑开挖及回筑过程中，区间右线盾构隧道结构Y向位移1.78mm，Z向位移2.77mm，左线盾构隧道结构Y向位移2.59mm，Z向位移4.21mm，水平、竖向位移均满足控制值要求[1]。右线区间隧道计算所得曲率半径为35734.5m，左线区间隧道计算所得曲率半径为37521.6m，满足规范规定的隧道变形曲率半径>15000m的要求。

1.4案例四

与地铁车站接驳的地下连接通道项目基坑采用明挖法施工，开挖深度9.9～11.9m。围护结构采用单排桩+2道钢支撑支护，桩径1.0m、间距2.0m、嵌固3.5m，内支撑均采用ϕ609mm、t=16mm的钢支撑，钢支撑水平间距4.0~6.0m。采用管井进行降水，施工期需降水至底板下。项目将与车站附属D号出入口通道接驳，基坑开挖边线与地铁车站结构外皮横向净距离约11.9m，与盾构区间外皮横向净距离约为13.5m。见图4。

通过数值模拟[5]，在基坑开挖及回筑过程中，车站主体结构最大水平位移0.07mm，最大竖向位移0.27mm，车站附属D口结构最大水平位移0.29mm，最大竖向位移1.11mm，区间隧道结构最大水平位移0.29mm，最大竖向位移0.55mm，水平、竖向位移均满足控制值要求[1]。

影响地铁结构安全性技术要点围护桩施工

根据上述4个案例可知，成都地区邻近地铁结构的新建项目基坑围护结构普遍采用围护桩。围护桩施工应严格控制精度，避免对周边管线及下卧地铁结构造成不利影响。根据成都地区砂卵石地层的特性，应充分考虑塌孔和漏浆情况发生的可能性，基桩施工应采用合理的成孔工艺。钻机及钢筋笼吊装时引起的地面超载应尽量远离地铁隧道，不应布置在地铁结构正上方。若遇到基坑上跨运营地铁结构的情况，围护桩应跳桩间隔施工，下部成桩区建议采用对地层干扰较小的成孔方式，以进一步减少对地铁结构的影响。

降水施工

由于成都地区的地层特性，普遍采用坑外管井降水，辅以坑内积水明排的方式。数值模拟分析结果显示，降水工况往往会导致地铁结构出现较大的变形，所以降水过程中须严格控制出砂、出泥量，严禁细颗粒土的流失并控制降水速度。降水井的布置应尽量远离地铁结构，在有条件的情况下，应加密降水井的布置，同时减少地下水降深，缓慢、对称降水，避免形成水压差对地铁结构产生不利影响。

土方开挖

由于一般情况下新建工程的基坑开挖规模都较大，因此土方开挖顺序以及马道的设置对地铁保护也至关重要。针对基坑位于地铁结构侧面的情况，建议对基坑开挖顺序进行合理安排，调整土方开挖的分区，先开挖远离地铁结构的分区的土方，预留反压土且马道出土路径不能设置在地铁车站或区间所在的道路上。针对基坑位于地铁结构上方的情况，应保证土方均匀开挖，均匀卸载，严禁超挖，防止地铁结构产生较大的隆起变形。另外土方开挖过程中应特别注意对桩间土体的防护，防止其坍塌造成邻近地铁结构的变形。

基坑回填

基坑必须在地下结构达到设计强度后回填。回填前，应将基坑内积水、杂物清理干净，符合回填的虚土应压实并经隐检合格。基坑回填应分层、水平压实，结构顶板两侧应水平、对称、同时填压。回填时针对地铁结构的保护，控制上方及侧向10m范围内的地面超载≯20kPa，邻近地铁侧基坑围护结构与其地下室结构侧墙之间的肥槽不得采用杂填土、建筑垃圾等性质较差或不稳定的材料回填，可采用素混凝土回填并保证其他部位回填土密实。

地铁接驳

地铁接驳项目要注意排水设计一般不考虑排向

地铁出入口及通道方向，当无条件修改排水方向时，除设置截水沟与集水坑，还应考虑在合适位置布设挡水板，保证在突发状态下可以阻断接驳通道流向地铁通道的水，保证地铁结构的安全与正常运营。为保证地铁结构与连接通道结构各自形成受力体系，一般建议在接口位置邻近连接通道侧设置一道变形缝，变形缝的做法应跟地铁设计的要求保持一致。接口施工缝位置应布置不少于两道防水措施，保证防水卷材与地铁结构防水卷材可靠搭接且应在施工缝两侧布置外贴式止水带或防水加强层，确保外包防水的整体性能。通道接口应严格按照地铁预留钢筋接驳器条件实施;避免采用植筋连接，从而对地铁结构的安全性及耐久性造成影响。连接通道施工完毕后，再在车站出入口通道内打围，采用静力法凿除接口处通道侧墙。

变形影响趋势

对比案例一和案例四可知，新建项目自身围护结构刚度越大，对地铁结构的安全影响越小，桩+内支撑的支护方式相对于悬臂桩来说更有利于抑制地铁结构的变形。对比案例二和案例三可知，上跨地铁盾构区间的项目相对于侧边紧邻地铁区间的项目来说对地铁结构变形的影响更大。

结论

在大多数新建项目基坑施工控制良好的情况下，引起地铁结构的受力、位移变化较小，未超过规范规定安全控制值，可认为该工程实施对既有地铁结构在预测变形范围内是安全的，可满足地铁安全运营的要求。但是数值模拟分析仅能对地铁结构的变形趋势做出预判，必须通过大量已实施工程案例分析总结出影响地铁结构安全的要点，才能有针对性的提出专项保护措施，实现安全评估的价值和意义。

参考文献：

[1]CJJ/T202—2013，城市轨道交通结构安全保护技术规范[S].[2]丁乐.基坑开挖对邻近地铁车站安全影响的三维有限元分析——以西朗公交枢纽站为例[J].隧道建设，2015，35(4):328-334.

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