淺談軌道周邊地塊開發(fā)對既有軌道交通安全性影響分析的評定

樊 娜

廈門軌道交通集團(tuán)有限公司 福建 廈門 361001

0 前言

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，全國數(shù)個大中型城市均有了自己的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，在這些交錯布局線網(wǎng)中，軌道交通帶來的大量人流和地塊價(jià)值提升，帶動著地鐵周邊商業(yè)發(fā)展和周邊地塊深入開發(fā)，由于建設(shè)時(shí)序的原因，存在后續(xù)基坑工程施工對臨近既有地鐵隧道造成影響的問題，基坑開挖對臨近或下臥地鐵隧道的影響是一個十分復(fù)雜和動態(tài)變化的過程。

城市軌道交通作為密集型運(yùn)輸?shù)闹饕煌üぞ?，承?dān)著大量人員流動的載體，是非常重要的城市運(yùn)輸生命線。如果不能正確評估周邊工程對已經(jīng)修建的既有結(jié)構(gòu)帶來的潛在危險(xiǎn)，則經(jīng)濟(jì)損失及社會影響難以估計(jì)。根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJT 202-2013）的規(guī)定，當(dāng)有外部作業(yè)影響在軌道周邊實(shí)施時(shí)，應(yīng)對城市軌道交通結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評估［1］。為保障軌道交通建設(shè)運(yùn)營安全，各地也頒布了相關(guān)的軌道交通安全保護(hù)法規(guī)。因此，施工前進(jìn)行必要的分析和計(jì)算，模擬各施工工序?qū)Φ罔F結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形影響，正確評估周邊工程，尤其是大型基坑工程及其上部結(jié)構(gòu)建設(shè)對地鐵的安全性影響工作意義重大。

1 確定評估內(nèi)容

軌道地鐵周邊，通常存在建筑物、構(gòu)筑物密集，周邊管線復(fù)雜多樣等復(fù)雜環(huán)境，且城市地質(zhì)環(huán)境多變，因此，不同的項(xiàng)目所針對的評估內(nèi)容并不一定相同。安全性影響評定內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體情況，如基坑深度、基坑支護(hù)的方案、基坑的開挖方式、基坑與地鐵的相對關(guān)系等，甚至于樁基的施工工藝、既有地鐵原施工工法和地鐵結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案等，進(jìn)行綜合判定。通過現(xiàn)狀調(diào)查、檢測、測量，收集場地影響范圍內(nèi)的管線、地鐵結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等相關(guān)資料，判斷各個項(xiàng)目的特殊性，預(yù)測外部作業(yè)對城市軌道交通結(jié)構(gòu)的不利影響。

以深基坑開挖為例，開挖擾動、壓力損失和固結(jié)沉降等因素，往往會引起地層產(chǎn)生移動和變形，打破既有結(jié)構(gòu)的受力平衡，引起主體結(jié)構(gòu)移動和變形，如果變形控制不當(dāng)，或者超過設(shè)計(jì)預(yù)估值或建筑物變形承載能力，可能引起軌道變形、主體結(jié)構(gòu)破壞等。因此，應(yīng)根據(jù)基坑開挖施工工序，評定堆土、卸載、拆撐等施工過程對既有結(jié)構(gòu)的變形影響，選擇對既有軌道影響較小的樁基及土石方開挖的施工工法，還應(yīng)評定上部主體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)加載穩(wěn)定后最終的變形及內(nèi)力影響分析。

2 評估內(nèi)容安全影響分級

安全影響分級在《城市軌道交通保護(hù)技術(shù)規(guī)程》中有明確規(guī)定，將影響等級應(yīng)按“表1”進(jìn)行劃分。其中，“接近程度”由隧道結(jié)構(gòu)的施工工法與外部作業(yè)的距離進(jìn)行判定；“外部作業(yè)的工程影響區(qū)分”按照隧道施工工法與外部作業(yè)所在軌道的區(qū)域范圍、相對關(guān)系進(jìn)行判定。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，可以獲得圍巖等級、巖石完整性、巖土力學(xué)性能的多項(xiàng)指標(biāo)。當(dāng)圍巖級別為較高時(shí)，影響等級可降低一級；如果圍巖級別為較差的軟土地區(qū)，影響等級應(yīng)適當(dāng)提高。

3 評估標(biāo)準(zhǔn)

表1 外部作業(yè)影響等級的劃分

3.1 國家保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

既有隧道主體結(jié)構(gòu)變形可能造成主體結(jié)構(gòu)開裂，造成結(jié)構(gòu)滲漏，影響主體結(jié)構(gòu)耐久性；嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生軌道偏差從而影響線路平順性，影響列車的運(yùn)行安全，造成生命和財(cái)產(chǎn)的損失。因此，為保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全，對已建和運(yùn)營中的地鐵隧道，在外部作業(yè)情況下，實(shí)施的影響對地鐵隧道的變形要求應(yīng)有嚴(yán)格明確的依據(jù)，該容許變形量應(yīng)與隧道尺寸、連接方式等密切相關(guān)。住建部發(fā)布的《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》CJJ/ T202-2013 給出了“表2”的地鐵保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

表2 軌道結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)值

3.2 全國不同城市保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

目前，國內(nèi)不同城市結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)工程經(jīng)驗(yàn)給出了不同的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)均根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域特征和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)當(dāng)?shù)剀壍澜煌ㄑ鼐€建筑施工保護(hù)變形量規(guī)定。

上海標(biāo)準(zhǔn)是目前相對最成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。《上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定》，對上海市地鐵保護(hù)區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行加載和卸載的建筑施工活動中的技術(shù)性綜合影響限度進(jìn)行了明確的規(guī)定。具體變形要求與國家規(guī)范基本一致，并明確計(jì)算時(shí)地質(zhì)參數(shù)、工況及模型建立等要求。

深圳地鐵根據(jù)地區(qū)地鐵建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，提出了《地鐵運(yùn)營安全保護(hù)區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程建設(shè)辦事指南》。與《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》不同的是“隧道水平位移、豎向位移、徑向收斂僅規(guī)定了控制值，其控制值不大于10mm；變形縫差異變形≤10mm；車站及隧道結(jié)構(gòu)外壁附加荷載≤10KPa；車站及隧道振動速度≤12mm/s”。

廈門軌道交通集團(tuán)于2020 年修編了《廈門軌道交通安全保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，其中第六章對城市軌道交通既有線結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)進(jìn)行了明確規(guī)定。例如“隧道水平位移及豎向位移預(yù)警值為10mm，控制值均需小于10mm；隧道變形曲率半徑大于1500m；軌道橫向高差、軌向高差小于4mm”。并明確了廈門軌道交通結(jié)構(gòu)檢測預(yù)警表，以指導(dǎo)檢測數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)。

4 評估方法

評估方法主要采用經(jīng)驗(yàn)法分析預(yù)測及數(shù)值模擬計(jì)算。

經(jīng)驗(yàn)法即通過全國的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，及事故分析等工程類比，結(jié)合專家評議法，對計(jì)算模型建立、地層參數(shù)取值、評估結(jié)果的合理性進(jìn)行比較和驗(yàn)證，提出建筑物基坑施工對其鄰近結(jié)構(gòu)的影響。

數(shù)值模擬計(jì)算目前常用的方法主要還是利用數(shù)值分析軟件（如Midas GTS、Abaqus 等），這種方便直觀、可操作性的計(jì)算數(shù)據(jù)模擬，通過建立數(shù)值仿真模型進(jìn)行計(jì)算分析從而判斷新建地下工程是否會對既有結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營使用造成威脅。計(jì)算時(shí)通常采用地層-結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算中將模型中的土體視為彈塑性體，采用修正摩爾-庫倫模型（Modified Mohr-Coulomb Model），結(jié)構(gòu)均采用各向同性彈性模型（Elastic Isotropic Model）。各地層參數(shù)按照地勘報(bào)告給出的數(shù)據(jù)選取。

在整個有限元模型建立和計(jì)算過程中，選擇合理的地質(zhì)參數(shù)、構(gòu)件剛度折減系數(shù)、單元模型選定等對基坑土體、支撐、樁基、隧道結(jié)構(gòu)等進(jìn)行模擬。分析上部結(jié)構(gòu)傳力路徑，結(jié)合理論與經(jīng)驗(yàn)，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性和結(jié)果合理性。從而可以放心的使用計(jì)算結(jié)果，指導(dǎo)后續(xù)工作。

針對評價(jià)內(nèi)容，計(jì)算提取擬建項(xiàng)目對既有地鐵結(jié)構(gòu)影響工況。如項(xiàng)目基坑開挖，項(xiàng)目筏板基礎(chǔ)施做，建筑荷載施加。計(jì)算模擬過程為：地應(yīng)力平衡→施作既有結(jié)構(gòu)（初始狀態(tài)）→基坑圍護(hù)樁基及錨索施做→基坑開挖→建筑荷載。

5 總結(jié)

綜上所述，地鐵周邊地塊的項(xiàng)目安全評估技術(shù)路線為：確定評估內(nèi)容→類似工程調(diào)研→確定控制標(biāo)準(zhǔn)→數(shù)值模擬分析→計(jì)算結(jié)果分析→得出評估結(jié)果，目的在于提出安全控制措施，給出合理化建議。地鐵安全評估通過對項(xiàng)目的調(diào)查，了解周邊環(huán)境及施工風(fēng)險(xiǎn)，確定評估內(nèi)容，通過一系列數(shù)值模擬分析，及該地區(qū)城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)，提出安全控制措施方案，對后續(xù)施工及項(xiàng)目管理進(jìn)行指導(dǎo)。