地鐵下穿運營火車站安全管理研究

王喆鵬 （中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

隨著城市化的加快進行，地下軌道交通呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。很多大中型城市也隨之出現(xiàn)越來越多的地下交通工程穿越既有構(gòu)筑物并相互影響的局面，當(dāng)不得不穿越對沉降、變形非常敏感的鐵路站場時，區(qū)間隧道的風(fēng)險管理及施工控制便成為一大難點。

1 火車站概況及規(guī)劃地鐵情況

1.1 既有火車站概況

該站為樞紐內(nèi)主要客站，主站房總建筑面積約3萬m2，最高聚集人數(shù)5000人，站場規(guī)模為9臺12線，有砟軌道。上部設(shè)無站臺柱雨棚，旅客通道包括10m寬天橋2座、8m寬地道1座，概況如圖1、圖2所示。

1.2 新建地鐵概況

圖2 站內(nèi)股道及接觸網(wǎng)

新建地鐵區(qū)間隧道為2條單洞單線盾構(gòu)法隧道，線間距15～18.65m，長755m，最小曲線半徑為360m，覆土 9.7～17.3m。

站內(nèi)土層主要為第四紀晚更新世沖洪積層（Q3al+pl）的黏土③層，含有上層滯水（一）、承壓水（三）和基巖裂隙水（四）共3類地下水，盾構(gòu)法施工相比較明挖法，受地下水影響有限。兩端車站均采用明挖法施工，設(shè)計為島式站臺，區(qū)間采用2臺盾構(gòu)機施工。

2 風(fēng)險因素甄別

2.1 站房開裂

地鐵隧道下穿地面構(gòu)筑物時，普遍存在著地表房屋變形超限、傾斜開裂等風(fēng)險控制難題。首先，需要對地表房屋的變形開裂進行量化的計算分析評估，研究隧道下穿對地表建筑、環(huán)境的影響，并對房屋開裂、補強進行探討。

考慮到隧道開挖及襯砌是一個動態(tài)過程，其對上部構(gòu)筑物的作用也是不斷推進和累積的，與施工過程關(guān)系緊密。應(yīng)通過時間、空間關(guān)系分析構(gòu)筑物內(nèi)力變化和下方施工之間的相互聯(lián)系，明確相互關(guān)聯(lián)及影響機制，則可以更有針對性地進行安全評估及預(yù)案研究。

2.2 股道下沉

本站為大型鐵路樞紐站場，也是國內(nèi)最重要的繁忙鐵路運輸干線之一，因此在過站區(qū)施工過程中，必須嚴格控制股道沉降，確保鐵路站場正常運營安全。

2.3 接觸網(wǎng)傾斜

本站內(nèi)接觸網(wǎng)懸掛采用兩種形式：線間有雨棚柱的采用雨棚柱合架接觸網(wǎng)，線間無雨棚柱的采用線間立H型鋼柱懸掛接觸網(wǎng)。下穿范圍支柱跨距≤50m。接觸線高度設(shè)計值為6450mm，導(dǎo)線高度施工誤差±30mm，接觸線坡度≤2‰，接觸網(wǎng)柱發(fā)生傾斜或沉降，同樣會引起行車安全風(fēng)險，需按照坡度要求對接觸網(wǎng)進行懸掛調(diào)整、順坡[1]。

2.4 雨棚柱側(cè)傾

站內(nèi)無柱雨棚采用桁網(wǎng)結(jié)合結(jié)構(gòu)，無柱雨棚基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑500mm，樁長28m。地鐵隧道從雨棚柱鉆孔灌注樁之間穿過。盾構(gòu)施工時必須確保雨棚柱樁基的側(cè)傾和沉降滿足結(jié)構(gòu)自身安全要求及合建接觸網(wǎng)柱傾斜要求，避免危及旅客及行車安全。

2.5 天橋側(cè)傾

站內(nèi)進站天橋2座，分別位于站場兩側(cè)，采用鋼箱梁+鋼管混凝土柱，樓面采用鋼板，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)和獨立基礎(chǔ)。

地鐵隧道將從天橋最外側(cè)的獨立基礎(chǔ)下穿過，該獨立基礎(chǔ)截面為3×3m，埋深3.5m，盾構(gòu)隧道與獨立基礎(chǔ)豎向距離僅為10.3m，盾構(gòu)施工時必須確保天橋基礎(chǔ)的側(cè)傾和沉降滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。

2.6 地下廢棄構(gòu)筑物探測

由于站房年代相對久遠且經(jīng)過多次站改造，可能存在廢棄構(gòu)筑物，施工中可能會帶來環(huán)境影響，干擾鐵路運營，因此應(yīng)提前探明廢棄構(gòu)筑物，并進行專項風(fēng)險評估及處置方案研究。

3 風(fēng)險管理措施

3.1 地鐵施工方面

施工中的沉降控制是重中之重。在進入下穿區(qū)前設(shè)試驗段（暫定100m），通過建立沉降監(jiān)測及盾構(gòu)施工主要參數(shù)的關(guān)系，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)定，減小地面沉降。具體包括以下幾個方面。

①土倉內(nèi)壓力管理。利用補償原理，預(yù)先通過推力微調(diào)，使盾構(gòu)刀盤前方地表產(chǎn)生一定反向隆起，從而部分抵消盾殼過后上方產(chǎn)生的沉降。實際實施時基于監(jiān)測結(jié)果動態(tài)調(diào)整壓力參數(shù)，盡量使平穩(wěn)、無突變[2]。

②開挖速率管理。下穿關(guān)鍵構(gòu)筑物時，通過系統(tǒng)協(xié)調(diào)，控制掘進速率按照2～3cm/min穩(wěn)定進行，減少速率波動，使周圍土體盡量保持原狀態(tài)；同時應(yīng)加強設(shè)備檢修，不允許在構(gòu)筑物下方停機。如圖3所示為掘進系統(tǒng)示意圖。

③地層損失管理。地層損失會破壞周邊環(huán)境壓力平衡，產(chǎn)生附加沉降，區(qū)間隧道施工中的地層損失比率嚴格按照0.35%管理。實際出土量應(yīng)控制在理論出土量的97%～98%之間。

圖3 掘進系統(tǒng)示意圖

④管片拼裝管理。在穿越過程中，要嚴抓管片拼裝，尤其注意K塊管片定位將直接影響到管片的姿態(tài)，從而影響盾構(gòu)機姿態(tài)。使成型的隧道管片為盾構(gòu)推進反力作出最好的支持。

⑤同步注漿量和漿液質(zhì)量管理。壁后空隙依靠同步注漿進行填充，直接關(guān)系到地面沉降的大小，因此應(yīng)及時注漿，并且保證不間斷、壓力達標(biāo)，嚴格禁止注漿滯后或因故停止等事件。如圖4所示為注漿系統(tǒng)圖。

圖4 注漿系統(tǒng)圖

3.2 站房管理方面

①盾構(gòu)隧道穿越站場前應(yīng)積極與鐵路管理部門協(xié)調(diào)，編制完整的施工組織方案和應(yīng)急預(yù)案，并通過鐵路管理部門的審查。

②在站內(nèi)進行監(jiān)測及其他施工時，應(yīng)做好安全防護，保證施工安全。

③和鐵路部門建立暢通有效的溝通及應(yīng)急機制。出現(xiàn)異常能及時溝通、協(xié)商解決問題。

④根據(jù)施工組織方案進行全面演練，作業(yè)者必須接受安全培訓(xùn)，作業(yè)裝備及配套設(shè)施應(yīng)處在隨時待命狀態(tài)，且有專門防護。符合《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》規(guī)定方可進行施工。

⑤與鐵路管理部門簽訂安全協(xié)議，指派培專職的現(xiàn)場安全質(zhì)量監(jiān)督員；成立施工安全領(lǐng)導(dǎo)小組，制定施工作業(yè)流程圖，實行動態(tài)管理，有序可控。

3.3 風(fēng)險事件預(yù)案編制要求

作為風(fēng)險工程，實施前應(yīng)編制系統(tǒng)的風(fēng)險事件預(yù)案。一旦出現(xiàn)現(xiàn)場事故，依據(jù)預(yù)案展開高效、有序的搶險疏散，全力降低人員傷亡、國家和人民財產(chǎn)損失。

3.3.1 法律法規(guī)

基于《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《中華人民共和國鐵路法》、《中華人民共和國鐵路運輸安全保護條例》等法律法規(guī)和有關(guān)規(guī)定，制定預(yù)案。

3.3.2 應(yīng)急處置基本原則

①生命至上。搶險時應(yīng)本著人生安全第一的原則，調(diào)動一切資源，組織人員撤離、傷者急救和群眾疏散；也必須把救援者的安全保障給予同等重視。

②重在預(yù)防。風(fēng)險控制重在源頭，應(yīng)實時鑒別事故跡象，捕捉風(fēng)險點，及早進行處理；有效進行甄別、預(yù)防、提示和搶險布置，積極防范建設(shè)工程事故。

③統(tǒng)一指揮、逐級負責(zé)。在以鐵路管理部門為主的指揮機構(gòu)進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，參建單位依據(jù)既有分工，進行責(zé)任分解，逐級落實，一旦出現(xiàn)意外可迅速、科學(xué)、有效地組織救援。

④科技武裝，效率優(yōu)先。利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和個人終端設(shè)備，組建分布式管理體系，提高指揮效率，實時反饋，精準調(diào)度。

4 結(jié)束語

綜上所述，涉鐵工程中，應(yīng)在項目規(guī)劃、社會調(diào)查、各階段的設(shè)計、最終的工程實施以及投產(chǎn)運營系列過程進行專項風(fēng)險管理。必須建立風(fēng)險管理制度，對工程項目進行全面的風(fēng)險控制，落實到責(zé)任主體。對工程中孕育的風(fēng)險因素及其控制進行全面分析和評級，并對各參與方進行宣貫，排除安全隱患。要善于利用科技進行武裝，建立安全風(fēng)險的系統(tǒng)識別體系和管理平臺，從而成功建設(shè)高度復(fù)雜的重點工程，促進我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的高質(zhì)量發(fā)展。