南寧大型立交橋涉及地鐵保護(hù)管理措施探討

黃永東，肖華杰，廖鵬，劉健

（1.南寧市城市建設(shè)投資發(fā)展有限責(zé)任公司，南寧530031；2.北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，北京100101）

1 引言

本文以南寧某大型立交橋工程為例，分析了該工程涉及地鐵的安全風(fēng)險(xiǎn)，總結(jié)了包括安全評(píng)估、專(zhuān)項(xiàng)施工方案、專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)等地鐵保護(hù)區(qū)近距離施工的一系列管理措施，通過(guò)保護(hù)成效分析，驗(yàn)證了通過(guò)多項(xiàng)技術(shù)管理措施可以順利完成項(xiàng)目的建設(shè)，確保地鐵運(yùn)營(yíng)的安全。

2 工程概況

2.1 設(shè)計(jì)概況

清川立交橋地處南寧市秀廂大道、清川大道（快速環(huán)線(xiàn)）與大學(xué)路交叉口，為復(fù)合立交（即T型立交+三層苜蓿葉立交+T型立交），由東西快環(huán)節(jié)點(diǎn)、大學(xué)路立交和相思湖北路節(jié)點(diǎn)復(fù)合而成。本工程主要包括道路工程、立交工程、管線(xiàn)工程等，其中，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)影響較大的主要為立交工程和管線(xiàn)工程。立交橋如圖1所示。

圖1 清川立交平面圖

大學(xué)路方向跨線(xiàn)橋，橋梁下部結(jié)構(gòu)為“門(mén)”形框架橋墩，跨越地鐵1號(hào)線(xiàn)民族大學(xué)站—清川站—?jiǎng)游飯@站的區(qū)間隧道及清川站兩側(cè)，跨越的軌道交通既有隧道約825 m。墩臺(tái)處承臺(tái)下接樁基，樁基直徑均為1.8 m。大學(xué)路方向跨線(xiàn)橋0#～8#、16#～25#橋墩橋臺(tái)的內(nèi)側(cè)樁基靠近地鐵。該類(lèi)樁基共76根，為減小施工對(duì)地鐵的擾動(dòng)，保證施工中地鐵1號(hào)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)安全，樁基采用全套管跟進(jìn)施工工藝，或施工時(shí)使鋼護(hù)筒頂面標(biāo)高超過(guò)地鐵隧道底標(biāo)高1 m。

管線(xiàn)工程包含雨水管、給水管和燃?xì)夤?。雨水管分布在大學(xué)路南側(cè)，設(shè)計(jì)管徑D1500 mm，不跨越清川站附屬結(jié)構(gòu)，檢查井施工涉及地鐵結(jié)構(gòu)上方；D1 400 mm給水管采用球墨鑄鐵管，跨越清川站附屬結(jié)構(gòu)II號(hào)風(fēng)亭、D出入口、A出入口、I號(hào)風(fēng)亭、B出入口結(jié)構(gòu)上方，DN1 200 mm給水管采用球墨鑄鐵管，跨越A出入口橫通道結(jié)構(gòu)上方；燃?xì)夤艿牢挥诖髮W(xué)路北側(cè)，設(shè)計(jì)管徑D160 mm，跨越清川站附屬結(jié)構(gòu)II號(hào)風(fēng)亭、A出入口及I號(hào)風(fēng)亭結(jié)構(gòu)上方。

2.2 工程地質(zhì)及水文條件

本工程主要涉及的地層從上到下依次為人工素填土①1、雜填土①2、第四系更新統(tǒng)沖積硬塑黏土②、可塑粉質(zhì)黏土③、軟塑粉質(zhì)黏土④、礫砂⑤1、圓礫⑤2、古近系強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、泥巖⑥、中風(fēng)化粉砂巖及泥巖⑦。本工程在鉆探深度范圍內(nèi)，地下水主要分為2種類(lèi)型：第一類(lèi)為賦存于填土①層中的上層滯水，水量較?。坏诙?lèi)為賦存于粉質(zhì)黏土層、礫砂及圓礫層中的孔隙潛水。

3 風(fēng)險(xiǎn)分析

本工程大學(xué)路方向的跨線(xiàn)橋樁基與地鐵1號(hào)線(xiàn)左、右線(xiàn)盾構(gòu)隧道最小水平凈距為3.1 m，與地鐵車(chē)站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小水平凈距為1.8 m，與地鐵車(chē)站附屬?lài)o(hù)結(jié)構(gòu)最小水平凈距為0.82 m；清川大道方向跨線(xiàn)橋與地鐵車(chē)站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)最小水平凈距為2.45 m，與地鐵車(chē)站附屬?lài)o(hù)結(jié)構(gòu)最小水平凈距為0.82 m。立交橋樁距離既有軌道交通1號(hào)線(xiàn)清川站的主體結(jié)構(gòu)最近約1.8m，在樁基施工過(guò)程中容易造成主體車(chē)站結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、變形。

樁基距離盾構(gòu)隧道最近約3 m，位于軌道1號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)隧道的強(qiáng)烈影響區(qū)內(nèi)，容易造成管片結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、滲漏水、隧道凈空變化甚至隧道結(jié)構(gòu)變形過(guò)大等病害。同時(shí)，車(chē)站及隧道上方的滿(mǎn)堂腳手架及現(xiàn)澆梁施工將會(huì)導(dǎo)致車(chē)站及隧道上方荷載大量增加，導(dǎo)致隧道及車(chē)站結(jié)構(gòu)出現(xiàn)豎向變形，影響地鐵運(yùn)營(yíng)安全。立交橋與既有地鐵車(chē)站及隧道結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系如圖2～圖4所示。

圖2 清川立交與地鐵平面位置關(guān)系圖

圖4 樁基與區(qū)間隧道剖面位置關(guān)系圖

另外，管線(xiàn)工程中的檢查井及管線(xiàn)施工跨越地鐵附屬結(jié)構(gòu)，其中，檢查井底與地鐵附屬結(jié)構(gòu)頂板最小凈距為0.5 m，給水管道溝槽底與地鐵附屬結(jié)構(gòu)最小凈距在0.74～1.14 m，燃?xì)夤艿罍喜鄣着c地鐵附屬結(jié)構(gòu)最小凈距為1.8 m。管線(xiàn)與附屬結(jié)構(gòu)交叉部位需要破除冠梁及圍護(hù)樁。以上近距離的施工如果控制不當(dāng)將會(huì)破壞地鐵結(jié)構(gòu)，影響地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

圖3 樁基與地鐵車(chē)站剖面位置關(guān)系圖

4 地鐵保護(hù)管理措施

4.1 編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案

針對(duì)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)情況及與地鐵結(jié)構(gòu)的保護(hù)要求，要求施工單位詳細(xì)剖析本工程的各施工工序及風(fēng)險(xiǎn)源，將對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)影響較大的施工工藝編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案。其中包括《鉆孔樁安全專(zhuān)項(xiàng)施工方案》《管線(xiàn)施工及基坑開(kāi)挖涉及地鐵安全專(zhuān)項(xiàng)施工方案》《滿(mǎn)堂支架涉及地鐵專(zhuān)項(xiàng)施工方案》，方案針對(duì)具體的施工工藝提出技術(shù)、安全和質(zhì)量等方面的保障措施，重點(diǎn)要求加強(qiáng)影響地鐵結(jié)構(gòu)及附近設(shè)施的各種保障措施，確保地鐵運(yùn)營(yíng)及施工本身的安全，并建立應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制[1]。

4.2 開(kāi)展安全評(píng)估分析

根據(jù)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》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《技術(shù)規(guī)范》）中外部作業(yè)接近程度及影響分區(qū)的判定標(biāo)準(zhǔn)，本工程樁基距離地下車(chē)站結(jié)構(gòu)最小凈距為1.8 m，距離盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)最小凈距為3.1 m，接近程度均為非常接近。外部作業(yè)為樁基施工，基樁長(zhǎng)度大于32 m，地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)及隧道結(jié)構(gòu)均處于強(qiáng)烈影響區(qū)內(nèi)，因此，外部作業(yè)影響等級(jí)為特級(jí)，需要開(kāi)展安全評(píng)估工作。

評(píng)估單位針對(duì)場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，設(shè)置好評(píng)估模型及計(jì)算參數(shù)，將施工工況劃分為橋樁施工、承臺(tái)基坑施工及橋梁結(jié)構(gòu)施工，模擬施工工況來(lái)計(jì)算地鐵結(jié)構(gòu)的變形情況。最終得出結(jié)論如下：

1）地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)外壁上的附加荷載最大為18.62 kPa、車(chē)站結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的最大附加荷載為19.88 kPa、A出入口結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大附加荷載為15.56 kPa，滿(mǎn)足《技術(shù)規(guī)范》的要求。

2）橋梁施工階段，包括橋樁、承臺(tái)開(kāi)挖、墩柱、蓋梁及上部結(jié)構(gòu)施工，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)（包括A出入口等附屬結(jié)構(gòu)）產(chǎn)生的位移均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3）滿(mǎn)堂支架現(xiàn)澆施工產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)混凝土的抗拉強(qiáng)度，故結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生裂縫。

綜上所述，清川立交工程施工過(guò)程中地鐵結(jié)構(gòu)有一定的變形和應(yīng)力變化，但均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)，故結(jié)構(gòu)是安全的。因此，清川立交工程橋梁設(shè)計(jì)方案基本可行，在進(jìn)一步補(bǔ)充完善后，能保證既有1號(hào)線(xiàn)地鐵結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)的安全。

另外，針對(duì)管線(xiàn)工程，采用類(lèi)似的方法評(píng)估各環(huán)節(jié)施工中對(duì)地鐵附屬結(jié)構(gòu)的影響，評(píng)估結(jié)論顯示地鐵附屬結(jié)構(gòu)的變形滿(mǎn)足相關(guān)要求，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)及施工方案的可行性。

評(píng)估完成后對(duì)安全評(píng)估報(bào)告開(kāi)展專(zhuān)家論證工作，專(zhuān)家通過(guò)將評(píng)估報(bào)告和各專(zhuān)項(xiàng)施工方案聯(lián)系分析，驗(yàn)證評(píng)估報(bào)告的準(zhǔn)確性與合理性，給出相關(guān)的評(píng)估及施工建議，完善施工專(zhuān)項(xiàng)方案，并重點(diǎn)討論地鐵結(jié)構(gòu)的安全保障措施，確保地鐵結(jié)構(gòu)的安全。

4.3 開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)

根據(jù)本工程施工對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)影響的特點(diǎn)及安全評(píng)估分析資料，由監(jiān)測(cè)單位開(kāi)展地鐵結(jié)構(gòu)專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)單位剖析各個(gè)施工階段對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響。針對(duì)立交工程，分析主要為樁基施工、承臺(tái)基坑開(kāi)挖及橋梁結(jié)構(gòu)施工增加荷載對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響，因此，需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的部位是橋梁樁基對(duì)應(yīng)的位置。為此在隧道上方沿線(xiàn)橋梁樁基相對(duì)應(yīng)的中心及兩側(cè)平均布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面，東西兩端的橋梁樁基再外擴(kuò)2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，單隧道布設(shè)63個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上布設(shè)豎向位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)（靜力水準(zhǔn)儀）、水平位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)（全站儀）、軌道結(jié)構(gòu)豎向位移、隧道（車(chē)站）結(jié)構(gòu)豎向位移、隧道結(jié)構(gòu)凈空收斂、軌道幾何形位等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。在影響范圍內(nèi)，在每條軌道兩端布設(shè)無(wú)縫線(xiàn)路鋼軌位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用以監(jiān)測(cè)軌道的爬行量[2]。通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合的手段來(lái)掌握地鐵結(jié)構(gòu)的變形情況，實(shí)時(shí)反饋?zhàn)詣?dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。監(jiān)測(cè)布點(diǎn)平面圖如圖5所示。

圖5 橋梁樁基位置監(jiān)測(cè)布點(diǎn)平面圖

針對(duì)管線(xiàn)工程，對(duì)穿越的附屬結(jié)構(gòu)按間距布設(shè)建筑物豎向位移人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)；對(duì)穿越的交疊區(qū)域適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用以監(jiān)測(cè)附屬結(jié)構(gòu)的豎向位移及差異沉降。在施工過(guò)程中按照既定頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)和巡查，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)與巡查信息用以指導(dǎo)施工。

4.4 施工過(guò)程管控

4.4.1 專(zhuān)項(xiàng)方案專(zhuān)家評(píng)審

針對(duì)本項(xiàng)目涉及地鐵結(jié)構(gòu)影響較大的施工工序，如橋梁下部鉆孔樁的施工，要求施工單位編制專(zhuān)項(xiàng)方案，并進(jìn)行專(zhuān)家論證，邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)專(zhuān)家把關(guān)，驗(yàn)證施工工藝及各項(xiàng)保證措施的合理性。

4.4.2工前交底

施工前對(duì)施工單位所有作業(yè)人員以及監(jiān)理單位進(jìn)行本工程涉及地鐵保護(hù)工作的交底工作，重點(diǎn)內(nèi)容主要有以下幾點(diǎn)：樁基施工注意核實(shí)樁基位置，對(duì)距離地鐵結(jié)構(gòu)較近的樁基要求采用全套筒方式，施工過(guò)程中防止塌孔；施工過(guò)程中應(yīng)注意隧道結(jié)構(gòu)上方堆載及樁機(jī)、吊車(chē)等重型機(jī)械位置，確保地鐵結(jié)構(gòu)上方荷載不大于20 kPa；施工過(guò)程中注意減少震動(dòng)；施工過(guò)程中注意保護(hù)地鐵結(jié)構(gòu)及周邊管線(xiàn)，嚴(yán)禁破壞地鐵結(jié)構(gòu)。

4.4.3 現(xiàn)狀調(diào)查

本工程在施工前、施工過(guò)程中及施工完成后，組織相關(guān)人員開(kāi)展了地鐵結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的滲漏水、修補(bǔ)情況、裂縫及管片錯(cuò)臺(tái)超過(guò)1 cm的位置，形成施工前中后的現(xiàn)狀調(diào)查對(duì)比表，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)狀調(diào)查情況進(jìn)行綜合分析，以界定本工程施工對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響程度。

4.4.4 測(cè)量復(fù)核

本工程涉及多根樁基的施工，樁基距離地鐵結(jié)構(gòu)較近，如果平面位置不正確極易破壞地鐵結(jié)構(gòu)，造成事故。因此，在樁基施工前安排施工測(cè)量人員嚴(yán)格復(fù)核樁基鉆孔位置，確保鉆孔施工滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)管線(xiàn)工程的施工，同樣安排測(cè)量人員對(duì)開(kāi)挖平面位置和深度進(jìn)行測(cè)量，確保管線(xiàn)溝底位置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)禁超挖。

4.4.5 施工控制

為了減少樁基施工對(duì)地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)和隧道結(jié)構(gòu)的影響，距離地鐵較近位置的樁基嚴(yán)格按照全套筒方式進(jìn)行施工，施工過(guò)程中嚴(yán)格控制鉆孔、泥漿及灌注混凝土等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量，防止施工過(guò)程中發(fā)生塌孔。在管線(xiàn)工程施工過(guò)程中，遇到不明結(jié)構(gòu)物時(shí)，及時(shí)聯(lián)系軌道公司相關(guān)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核和確定，確認(rèn)其不是需要保護(hù)的地鐵頂板結(jié)構(gòu)后再進(jìn)行后續(xù)的施工。實(shí)時(shí)關(guān)注地鐵保護(hù)專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)單位發(fā)布的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)異常的情況下繼續(xù)施工，出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或巡查異常的情況立即停止現(xiàn)場(chǎng)施工，查明原因并采取了有效措施才能進(jìn)行后續(xù)的施工，將監(jiān)測(cè)與施工緊密結(jié)合，做到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效指導(dǎo)施工[3]。

4.4.6 會(huì)議制度

為了掌握施工的情況和地鐵結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)情況，本工程在對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)影響較大的橋梁下部樁基施工期間、承臺(tái)施工期間及管線(xiàn)工程施工期間組織建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位及地鐵保護(hù)專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)單位召開(kāi)每周1次的項(xiàng)目協(xié)調(diào)會(huì)議。相關(guān)單位匯報(bào)近期施工情況及需要協(xié)調(diào)的問(wèn)題，重點(diǎn)關(guān)注涉及地鐵保護(hù)方面的施工質(zhì)量控制及地鐵保護(hù)專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)的情況，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常的情況下方可開(kāi)展下一步的施工，確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全。

5 保護(hù)成效分析

本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)2年多的施工，最終順利實(shí)現(xiàn)通車(chē)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，自動(dòng)化豎向、水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)變化最大值都在3 mm以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足評(píng)估報(bào)告給出的5 mm累計(jì)值的控制要求。巡查過(guò)程中未出現(xiàn)大的滲漏水、管片錯(cuò)臺(tái)增大、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、破損及破壞地鐵結(jié)構(gòu)的情況，也未出現(xiàn)地鐵運(yùn)營(yíng)的應(yīng)急處理情況，總體施工安全可控，本工程的各項(xiàng)管理措施對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)起到了有效保護(hù)的作用。

6 總結(jié)與展望

本項(xiàng)目施工工序多，涉及地鐵保護(hù)施工的范圍大，整體施工風(fēng)險(xiǎn)大，但是，通過(guò)各項(xiàng)管理措施，最終順利地完成了項(xiàng)目的建設(shè)，確保了地鐵運(yùn)營(yíng)的安全。總結(jié)起來(lái)，主要有以下管理措施：

1）編制地鐵保護(hù)區(qū)專(zhuān)項(xiàng)施工方案并組織專(zhuān)家論證。

2）開(kāi)展施工影響地鐵結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估工作并組織專(zhuān)家論證。

3）開(kāi)展施工影響地鐵結(jié)構(gòu)的地鐵保護(hù)區(qū)專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作，將專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案經(jīng)專(zhuān)家論證，并用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)過(guò)程施工。

4）加強(qiáng)施工的過(guò)程管控，尤其是涉及影響地鐵結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵部位和關(guān)鍵工序，做好工前交底、地鐵結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查、測(cè)量復(fù)核、施工控制、例會(huì)協(xié)調(diào)等工作，并積極配合各方開(kāi)展監(jiān)督檢查工作。

只有對(duì)地鐵保護(hù)工作足夠重視，合理部署，周密安排，精細(xì)分工，嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行，并做好相關(guān)單位的聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)機(jī)制，才能有效地保護(hù)地鐵運(yùn)營(yíng)安全。