地铁下穿施工安全评价分析*

钟春玲 夏彦杰

(吉林建筑大学土木工程学院,长春 130118)

随着我国城市地下交通建设规模的高速发展,越来越多的地铁建设面临需要穿越已有线路的问题.由于既有线路在前期规划设计中未考虑新线的修建,所以，新建地铁线路施工不可避免地会引起既有线路的变形,而地铁运营对既有线路的轨道沉降有非常严格的控制标准.如何保证下穿施工的安全和既有线路的正常运营,在工程实践中,这一问题已引起高度重视,一些地区将新建地铁穿越既有线路的工程评定为“特级环境风险工程” ,因此需要对这类问题开展必要的深入的研究分析[1-2].关于地铁下穿施工,以往的研究成果大多集中在地铁线路下穿既有线路时的施工技术方法或针对典型案例对隧道变形的数值模拟分析,而对于地铁下穿施工的安全影响因素方面的研究仍旧不多,特别是对施工过程中的安全评价指标的建立缺少研究分析,而要对这类特级风险工程进行有效的风险管理,特别是对危险因素的早期评估,就需要对地铁隧道下穿施工中的安全影响因素进行查找和分析,建立相应的安全评价指标,以减少施工过程中安全事故的发生.

1 地铁下穿既有线案例

1.1 北京地铁10号线下穿地铁1号线

北京地铁10号线国贸-双井站区间段从地铁1号线下方通过,结构埋深为18m.按照标准断面10号线顶板距离地铁1号线隧道底板距离仅有1.09m.由于1号线隧道二次衬砌为素混凝土,据现场观察，墙上已有较多裂纹,综合1号线结构资料、现场检测和计算分析,显示地铁1号线结构现状安全度已达到临界状态,地铁1号线平均每6min有一辆地铁列车通过,在列车动荷载作用下,下部隧道的开挖必会加剧1号线隧道破坏.而且，10号线隧道区间位于繁华的市政主干道下面,地面建(构)筑密集,地质条件情况十分复杂,沿线有河流、建筑物、桥梁等风险控制点.经研究决定地铁10号线开挖引起的1号线轨道沉降应控制在5mm内.

隧道区间位于永定河冲积扇的中下部位,场地勘察深度范围自上而下低等主要分为粉土填土、粉土、粉细砂、粉质粘土、黏土、粉土和砂卵石.1号线区间位于粉质粘土、砂卵石层中,10号线区间大部分位于黏土层中,局部位于砂卵石层中.在地铁施工过程中要考虑对既有1号线的结构保护和10号线的下穿施工安全.实际施工阶段对1号线采取的保护措施有:

(1) 对原有的二衬裂缝采用YJ建筑结构胶进行灌缝;

(2) 对二衬结构进行粘贴芳纶纤维布加固;

(3) 对1号线道床采取防脱护轨、轨间拉杆措施以防止轨道水平变形;

(4) 下穿施工时间在1号线停运时间,运营速度控制在30Km/h～40Km/h.施工前经过对风险状态评估、设计和施工方案的审查,以及第三方监测等一系列工作后;在实际施工阶段未有安全事故的发生,最终取得成功.

1.2 北京地铁5号线下穿地铁2号线

北京地铁5号线崇文门站结构为双柱3跨岛式车站,车站采用暗挖法施工,两端为双层结构,中间为单层结构,车站总长度为208.9m,总宽度为24.2m.车站单层部分从既有2 号线地铁崇文门站东端区间近距离(1.98m)下方穿过, 该工程存在着新建隧道断面大(宽24.2m、高11.46m)、距离既有地铁隧道近、既有地铁隧道结构存在变形缝易发生差异沉降且修建年代久(1968 年)、水文地质条件复杂等工程难点,而且要确保既有地铁的正常安全运营[3].在工程施工中，经过比较中洞法和柱洞法对既有线的沉降影响,最后采用柱洞法施工,施工时采用直径600mm超前咬合管棚管幕进行预支护来避免土体坍塌,并减少隧道施工引起的土体沉降[4].为增加土体稳定性、提高土体的密实度、承载力,减小土体、初支及管幕的下沉,采用全断面预注浆、跟踪注浆等措施来避免土体的沉降和减少对既有线结构变形.为保证既有线路正常运营安全,在施工过程中，采用具备远程、实时、自动采集监测数据的检测系统,及时掌握既有线的沉降变形.

1.3 广州地铁3号线下穿地铁1号线

广州既有地铁1号线体育西路站于1997年9月竣工,设计时未考虑新建3号线车站施工影响.1号线车站为地下两层,双柱三跨钢筋混凝土框架结构,地板埋深为14m,车站顶板覆土约为1.8m,底纵梁为全上翻形式.此处3号线车站基坑深24.3m,基坑宽34.7m.既有1号线将车站分为南北两个明挖基坑,下穿段采用暗挖施工.

在下穿施工时,如何保证既有1号线车站的正常运营和结构的安全是施工中的关键.针对1号线车站的结构型式、受力特点、底板所处的地质条件,在设计中采用了暗挖三连拱隧道方案,3号线暗挖拱顶距离1号线底板之间仅67cm.为减少对既有线的沉降和变形,根据地质情况与工期目标,暗挖施工采用了5洞开挖方案,开挖前对1号线底纵梁进行加固，对1号线顶板进行卸载和限制1号线顶板上方车辆荷载;施工中为控制既有线的水平位移,两侧基坑土体采用对称开挖,同时3号线围护桩与1号线结构之间设置附加斜支撑;对需要爆破的地方,采用微振动爆破施工,局部采用人工破除.施工中遵循“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则,加强对初支和二衬背后的注浆.施工中加强监控监测,利用反馈数据指导施工[5].

1.4 深圳地铁5号线区间下穿住宅小区

深圳地铁5号线怡黄盾构区间下穿景贝南小区,盾构隧道的最大覆土厚度为16.61m,最小覆土厚度为8.5m,在隧洞穿越范围内为上软下硬地层,隧洞顶板为砂、卵石土等敏感地层,盾构机在掘进过程中对土体的扰动会影响至地表,引起地表及建筑物沉降.

在下穿施工过程中,为预防建筑物沉降过大,采用洞外提前地表加固、开挖中后期注浆、采用高分子材料修补断裂带、盾构机掘进参数修改等措施控制建筑物下沉变形;施工过程中为预备紧急情况,成立抢险小组,紧急情况下,启动应急预案[6].

2 地铁下穿施工安全影响因素

通过对以上几个典型地铁下穿既有建(构)筑物案例的总结，可以得出在地铁下穿施工过程中主要的影响因素有:

(1) 既有建构筑物沉降和位移的安全要求对下穿施工安全的影响;

(2) 地下水文地质条件对下穿施工安全的影响;

(3) 既有建构筑物与新建线路的结构形式对下穿施工安全的影响;

(4) 下穿施工方案的选择与确定对下穿施工安全的影响;

(5) 施工作业者与施工机械的选择对下穿施工安全的影响;

(6) 现场施工环境对下穿施工安全的影响等.

对地铁下穿施工中安全影响因素的辨识是下穿施工风险评价和风险控制的基础.为了对地铁下穿施工更好的做到安全管理，我们需要在安全影响因素有效识别的基础上，提出相应的安全评估方法，以方便现场安全管理.

3 地铁下穿施工安全评估方法

地铁施工中的安全评估方法有多种,定性分析方法有事故树分析法(FTA法)、层次分析法(AHP法)、核查表法等;定量分析方法有:作业条件危险性评价法(LEC法)、模糊综合评价法、概率风险评价方法等.

事故树分析法是从要分析的特定事故或故障(顶上事件)开始，层层分析其发生原因，直到找出事故的基本原因(底事件)为止；事故树分析法用于定性分析,通过定性分析，确定各种危险因素对事故影响的大小，从而掌握和制定防灾控制要点；但要编好一棵事故树必须对系统非常熟悉和有丰富的经验，并且要准确的掌握好分析方法.因此不能满足地铁施工现场对安全影响因素的快速判断.

层次分析法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法；然而，层次分析法的定量数据较少，定性成分多，不易令人信服.

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法.该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价.它具有结果清晰,系统性强的特点,能较好地解决模糊的、难以量化的问题,适合各种非确定性问题的解决；但由于模糊综合评价法的权重需要一定的专业知识才能确定，不适合施工现场的快速研判.

由于LEC法可定量确定危险因素的危险等级,用表格形式表达分析结果,清楚明了；适用于对施工现场安全形式的快速研判.因此,在地铁下穿施工时,可用LEC法评估结果的大小为施工做出指导.

LEC法是将影响安全的主要因素分为3类:发生事故的可能性L;暴露于危险环境的频率E;事故发生后造成的后果C.LEC评价标准分类与评价结果D值(D=L×E×C)控制要求如表1和表2[7].

表1 LEC评价标准

表2 评价结果D值分类及控制要求

以施工环境对下穿施工的安全影响为例,应用LEC法确定影响作业危险性(表3).其中，LEC的取值应根据建设工程专家进行打分筛选后确定.

表3 施工环境影响作业危险性分析

4 地铁下穿施工安全防护建议

在地铁下穿施工过程中,首先要求保证既有线路的正常运营安全及已有建筑物的结构安全,为此，施工前需要结合下穿既有建构筑物的结构形式、建筑装修样式、系统设备，以及下穿段地层的水文地质条件进行统一的改造设计；其次,在施工中应加强监控量测,对既有线的底板、道床、侧墙、柱的沉降变形监测,做到信息化指导施工；第三，利用LEC法对现场的安全影响因素做出快速判断，指导现场施工.由于下穿既有建构筑物为特级风险源,因此在施工阶段要明确业主、设计、施工和监理等各方的职责,加强现场管理,制定完善的现场突发状况应急预案,减少施工中的伤亡事故.

参 考 文 献

[1] 韩 煊,刘赪炜,Jamie R.Standing.隧道下穿既有线的案例分析与沉降分析方法[J].土木工程学报,2012,45(1):134-141.

[2] 张成满,罗富荣.地铁工程建设中的环境安全风险技术管理体系[J].都市快轨交通,2007,20(2):63-66.

[3] 王海祥,李健旺,温向东.北京地铁10号线零距离下穿既有地铁区间浅埋暗挖工程的设计与施工[C].上海：同济大学出版社,2007.

[4] 王占生,张顶立.浅埋暗挖隧道近距下穿既有地铁的关键技术[J].岩石力学与工程学报,2007,26(增2):4208-4214.

[5] 韩 莉.广州地铁3号线下穿既有车站工程实例[C].上海：同济大学出版社,2007.

[6] 熊炎林.深圳地铁盾构下穿建筑物施工技术[J].建筑机械化,2012(增2):58-60.

[7] 黄宁强,郭进平.建筑企业危险源辨识与评价[J].安防科技,2004(7):18-20.