上海軌道交通地下工程防汛論證要點簡述

付惠姣

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201700)

隨著城市建設(shè)步伐加快，上海市軌道交通工程建設(shè)持續(xù)推進，然而受用地問題等條件限制，軌道交通項目多以地下工程為主。近年來，上海地區(qū)臺風(fēng)、暴雨、天文大潮“三碰頭”的情況頻頻發(fā)生，這給城市防汛工作帶來巨大壓力，軌道交通工程承載著千萬百姓的安全出行，防汛壓力更甚。根據(jù)《上海市地下公共工程防汛影響專項論證管理辦法》，新建地鐵、隧道、地下通道等地下公共工程時，應(yīng)對建設(shè)過程中以及建成后可能對防汛安全造成的影響進行科學(xué)地預(yù)測和評估，并提出預(yù)防和減輕防汛安全影響的對策和措施。因此，在項目建設(shè)前期及時開展防汛論證工作就尤為重要，不僅可以將問題在設(shè)計階段解決掉，同時也可為后續(xù)項目建設(shè)開展防汛工作提供技術(shù)支撐[1]。

1 防汛論證要點

地下工程防汛論證的要點是分析、預(yù)測和評估項目運行期和項目建設(shè)過程中對防汛安全可能造成的影響和潛在風(fēng)險。在分析建設(shè)項目運行期防汛安全影響時，應(yīng)重點調(diào)查區(qū)域防汛形勢，復(fù)核設(shè)計方案在保障防汛安全上是否科學(xué)準(zhǔn)確，對擋水能力、排水能力、清排能力、防滲能力等防汛能力進行評估。在分析項目建設(shè)過程中的防汛安全影響時，應(yīng)重點分析論證工程施工的潛在風(fēng)險以及對周邊防汛設(shè)施的影響等，并根據(jù)以上分析結(jié)果提出預(yù)防和減輕工程運行期和施工期影響防汛安全的對策與措施。

本文以上海市軌道交通13號線西延伸工程(以下簡稱“13西工程”)為例，結(jié)合軌道交通工程自身特點，從工程自身設(shè)計方案的防汛安全評估、工程施工期間對周邊防汛設(shè)施安全的影響、預(yù)防和減輕防汛安全風(fēng)險的對策和措施三方面入手，簡述其防汛論證要點，并總結(jié)工作經(jīng)驗，為“13西工程”后續(xù)深化設(shè)計提供技術(shù)支撐，也為軌道交通項目建設(shè)的順利推進提供保障[2-3]。

2 實例分析

2.1 工程概況

“13西工程”是市區(qū)線延伸線路，南起國家會展中心(上海)，北止于已建13號線一期工程金運路站，沿諸光路—金豐路—聯(lián)友路—紀(jì)宏路—金沙江西路走行，途經(jīng)青浦區(qū)、閔行區(qū)和嘉定區(qū)。線路全長約9.65km，設(shè)車站5個，依次為諸光路站、運樂路站、季樂路站、芳樂路站和紀(jì)翟路站，5個車站均為新建地下車站，區(qū)間設(shè)4座逃生井和2座中間風(fēng)井。車站、逃生井、風(fēng)井等均采用明挖順作法施工，基坑開挖深度約18.70～35.70m，區(qū)間隧道采用單洞單線盾構(gòu)法施工，覆土深度約7.40～28.30m。

2.2 工程自身設(shè)計方案的防汛安全評估

2.2.1 區(qū)域防汛形勢總體分析

根據(jù)“13西工程”設(shè)計方案，與外部相通的地下建筑主要有主體車站出入口、中間風(fēng)井、逃生井等，為避免暴雨期間雨水集聚造成雨水倒灌進入地鐵，應(yīng)充分調(diào)查擬建場址所在區(qū)域地勢。建筑物應(yīng)避免設(shè)置在地勢低洼地區(qū)，建筑物出入口周邊地坪標(biāo)高不應(yīng)低于所在區(qū)域普遍標(biāo)高[4]。對于靠近河道的節(jié)點，建議出入口周邊地坪標(biāo)高不低于河道除澇高水位。

2.2.2 排水系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)核、分析

“13西工程”的排水系統(tǒng)主要集中在車站，分為污水系統(tǒng)和雨、廢水系統(tǒng)，雨、污、廢水經(jīng)收集后就近接入市政雨污水管網(wǎng)。在復(fù)核工程排水系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)充分調(diào)查車站所在區(qū)域排水系統(tǒng)、排水模式等，調(diào)查市政管網(wǎng)接口管徑標(biāo)高以及容納能力等，依據(jù)上海市《暴雨強度公式和設(shè)計雨型》復(fù)核車站排水量及排水能力，確保所接入的市政管網(wǎng)可接入，確保區(qū)域排水系統(tǒng)可容納[5]。

2.2.3 防汛能力評估

按照“防大汛、抗大災(zāi)，重預(yù)案、強措施，擋得住、排得出，常準(zhǔn)備、無后患”的原則，對“13西工程”設(shè)計方案，從擋水能力、排水能力、清排能力、防滲能力四個方面開展地下工程防汛能力評估[6]。

a.擋水能力：主要復(fù)核車站出入口、風(fēng)井、無障礙電梯、逃生井出入口等與外界相通的建筑物擋水能力是否滿足要求，出入口(含消防專用出入口)地坪應(yīng)高出周邊室外地面0.45m，且設(shè)高度不小于0.80m的防淹閘槽，敞口低風(fēng)井實墻部分應(yīng)高出周邊室外地面1.25m。

b.排水能力：對集水井與配泵匹配性進行復(fù)核，復(fù)核內(nèi)容主要有集水井深度不宜小于0.70m，集水井的有效容積不應(yīng)小于最大一臺泵5min的出水量，車站主廢水泵房集水池的有效容積不宜小于30m3等。

c.清排能力：復(fù)核在給水泄露、消防用水、污廢水等同時進行清排的不利工況下，集水井及配泵是否能滿足安全排水要求。

d.防滲能力：復(fù)核結(jié)構(gòu)防水等級，混凝土抗?jié)B等級應(yīng)根據(jù)埋深確定，并符合相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求。

2.3 工程施工期間對周邊防汛設(shè)施安全的影響

所謂防汛設(shè)施，指的是河道堤防(含防汛墻、護岸、海塘等)、水閘、泵站、水文站、泵站、排水管道等能夠防御和減輕臺風(fēng)、暴雨、高潮和洪水等引起的災(zāi)害的工程設(shè)施，以及防汛信息系統(tǒng)等輔助性設(shè)施。

“13西工程”區(qū)間隧道穿越蘇州河、蟠龍港等多條市、區(qū)管河道以及多處DN1400雨水干管、DN600污水干管等，車站等基坑開挖施工也需對多條雨污水管線進行臨時搬遷，施工期間勢必對周邊防汛設(shè)施的安全運行造成不利影響。對基坑開挖以及盾構(gòu)掘進過程對防汛設(shè)施的影響進行分析論證，可為后續(xù)施工和監(jiān)測提供理論數(shù)據(jù)支撐。

2.3.1 基坑開挖施工

基坑開挖過程會使周邊地勢產(chǎn)生明顯沉降，通常對于有止水帷幕的基坑，常取4倍基坑開挖深度作為基坑施工影響范圍。

“13西工程”開挖最深的節(jié)點為天山西路逃生井，基坑深度達35.70m，基坑開挖影響范圍內(nèi)存在DN800雨水管等重要防汛設(shè)施，有的距離基坑開挖邊緣不足30m。本文以該節(jié)點為例，利用Plaxis2D軟件進行有限元計算，模擬并分析基坑開挖過程對市政管道變形的影響[7]。

由圖1、圖2中的模擬結(jié)果可知，因距離深基坑較近，市政管網(wǎng)均有不同程度的變形，且遠(yuǎn)超過警報值10mm，最大變形超過30mm。故施工期間應(yīng)對變形較大的市政管網(wǎng)加強監(jiān)測，并采取有效保護措施，待施工結(jié)束后對周邊防汛設(shè)施進行一次全面的安全鑒定，對于變形嚴(yán)重的防汛設(shè)施，建議按原樣進行拆除重建，以免影響其防汛功能。

圖1 基坑開挖水平變形云圖

圖2 基坑開挖豎向變形云圖

2.3.2 區(qū)間盾構(gòu)掘進

根據(jù)現(xiàn)場實驗，盾構(gòu)掘進后對周圍產(chǎn)生擾動，擾動后的土體的各項物理力學(xué)性質(zhì)下降，下降幅度可達到15%～50%，靠近盾構(gòu)的土層下降幅度最大。

蘇州河作為重要的市管河道，承擔(dān)著區(qū)域防洪除澇的重任，是上海市的“母親河”。“13西工程”紀(jì)翟路站—金運路站區(qū)間穿越蘇州河，盾構(gòu)掘進平面走向基本與蘇州河垂直，盾構(gòu)頂標(biāo)高距離防汛墻樁尖最近距離僅為3.10m。本文以該節(jié)點為例，利用Plaxis2D軟件進行有限元計算，模擬并分析盾構(gòu)掘進過程對蘇州河防汛墻變形的影響[8]。

由圖3、圖4中的模擬結(jié)果可知，區(qū)間盾構(gòu)掘進造成河道防汛墻下降6～20mm，且土層損失率取小值可明顯減小對防汛設(shè)施造成的變形。故施工期間應(yīng)嚴(yán)格控制好土層損失率，加強監(jiān)測，防汛設(shè)施一旦變形超過警戒值應(yīng)對防汛設(shè)施采取保護措施。同時，盾構(gòu)掘進過程中應(yīng)嚴(yán)格控制好注漿壓力，以免注漿壓力過大造成跑漿、過小造成地表變形增大[9]。

圖3 土層損失率1%時豎向變形云圖

圖4 土層損失率0.3%時豎向變形云圖

2.4 預(yù)防和減輕地下工程防汛安全風(fēng)險的對策和措施

2.4.1 施工期

基坑開挖施工應(yīng)嚴(yán)格按照“時空效應(yīng)理論”，遵循“開槽支撐、先撐后挖，分層分段開挖、分段施作結(jié)構(gòu)，嚴(yán)禁超挖、限時作業(yè)”等原則實施。施工期間應(yīng)加強監(jiān)測，尤其是難度較大的雨季。實施信息化管理，全程監(jiān)測監(jiān)控，隨時預(yù)報，及時處理，確?；庸こ碳爸苓叿姥丛O(shè)施的安全。

對于預(yù)估盾構(gòu)掘進會造成防汛設(shè)施變形過大的情況，施工前可對防汛設(shè)施進行工程本體保護，實施如間隔法、地基加固、結(jié)構(gòu)加固等工程措施。施工期間應(yīng)嚴(yán)格控制土層損失率和注漿壓力，加強施工監(jiān)測，根據(jù)沉降變化數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工參數(shù)，做到動態(tài)管理，實現(xiàn)信息化施工。

2.4.2 運行期

地下工程運行期管理應(yīng)做到分工明確、應(yīng)對恰當(dāng)、發(fā)現(xiàn)及時，可采取“疏、堵、擋、搶、排”為主的措施來預(yù)防和減輕災(zāi)害的影響。制定防汛值班制度、聯(lián)絡(luò)網(wǎng)制度和切實有效的防汛應(yīng)急預(yù)案，并準(zhǔn)備充足的應(yīng)急搶險物資。在暴雨來臨前，出入口用擋水板插入檻槽，備好沙袋(外覆塑料布或油布)，確認(rèn)排水溝已疏通、集水池的垃圾已清理、集水池已預(yù)排空。暴雨積水上漲地面水位抬高時，首先采用堵的辦法，用擋水板和沙袋來堵，再打開所有的排水泵進行排水。應(yīng)急搶險行動結(jié)束后，收起器材設(shè)備，進行維護保養(yǎng)，以備下一次使用。

3 經(jīng)驗總結(jié)

a.開展軌交工程防汛論證工作所需的基礎(chǔ)資料涉及專業(yè)較多，如線路、區(qū)間、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水等，同時還需要物探資料、測量資料、勘察資料、管線搬遷復(fù)位資料，基坑圍護設(shè)計方案等，對基礎(chǔ)資料的梳理做到無遺漏、有條理是后續(xù)開展防汛論證工作的基礎(chǔ)保障。

b.充分考慮軌交工程的特殊性，在進行工程自身防汛安全評估時，將主體工程分為車站主體和區(qū)間隧道兩類，結(jié)合各自特點分別從排水能力、擋水能力、清排能力、防滲能力四個方面進行分析論證。要從多方面、多角度、多維度對工程的防汛安全進行分析，做到論證方法規(guī)范、結(jié)論科學(xué)、建議合理。

c.“13西工程”共有11處深基坑工程(車站、風(fēng)井等)和5個區(qū)間段，涉及的基坑數(shù)量、區(qū)間條段數(shù)多，分析方法和論證結(jié)論大多具有類似性，為確保論證工作的準(zhǔn)確性、合理性和全面性，可選取具有代表性的典型基坑和典型區(qū)間分別進行論證，其余基坑和區(qū)間的論證按照類同的典型節(jié)點進行，既突出重點，又面面俱到。

d.在進行工程施工對周邊防汛設(shè)施的影響分析時，可采取有限元計算來得到科學(xué)的數(shù)據(jù)結(jié)論。本文借助plaxis2D建立數(shù)學(xué)模型，模擬分析基坑開挖和盾構(gòu)掘進施工過程對周邊防汛設(shè)施的變形影響。該軟件針對巖土工程應(yīng)用而開發(fā)，常用來進行二維變形和穩(wěn)定分析，軟件功能強大、穩(wěn)定且易于使用。借助該軟件對防汛設(shè)施變形量進行預(yù)估算，所得結(jié)論更科學(xué)，據(jù)此提出的針對性措施也更加切實有效，能為后期工程建設(shè)提供可靠的理論數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié) 語

防汛論證是防汛安全管理的重要一環(huán)，也是開展防汛工作的技術(shù)支撐。在項目設(shè)計階段及時開展防汛論證，不僅能消除防汛安全隱患，防患于未然，也為城市防汛安全提供有力保障，具有借鑒和推廣價值。