南宁大型立交桥涉及地铁保护管理措施探讨

黄永东，肖华杰，廖鹏，刘健

（1.南宁市城市建设投资发展有限责任公司，南宁530031；2.北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京100101）

1 引言

本文以南宁某大型立交桥工程为例，分析了该工程涉及地铁的安全风险，总结了包括安全评估、专项施工方案、专项监测等地铁保护区近距离施工的一系列管理措施，通过保护成效分析，验证了通过多项技术管理措施可以顺利完成项目的建设，确保地铁运营的安全。

2 工程概况

2.1 设计概况

清川立交桥地处南宁市秀厢大道、清川大道（快速环线）与大学路交叉口，为复合立交（即T型立交+三层苜蓿叶立交+T型立交），由东西快环节点、大学路立交和相思湖北路节点复合而成。本工程主要包括道路工程、立交工程、管线工程等，其中，对地铁结构影响较大的主要为立交工程和管线工程。立交桥如图1所示。

图1 清川立交平面图

大学路方向跨线桥，桥梁下部结构为“门”形框架桥墩，跨越地铁1号线民族大学站—清川站—动物园站的区间隧道及清川站两侧，跨越的轨道交通既有隧道约825 m。墩台处承台下接桩基，桩基直径均为1.8 m。大学路方向跨线桥0#～8#、16#～25#桥墩桥台的内侧桩基靠近地铁。该类桩基共76根，为减小施工对地铁的扰动，保证施工中地铁1号线的结构安全，桩基采用全套管跟进施工工艺，或施工时使钢护筒顶面标高超过地铁隧道底标高1 m。

管线工程包含雨水管、给水管和燃气管。雨水管分布在大学路南侧，设计管径D1500 mm，不跨越清川站附属结构，检查井施工涉及地铁结构上方；D1 400 mm给水管采用球墨铸铁管，跨越清川站附属结构II号风亭、D出入口、A出入口、I号风亭、B出入口结构上方，DN1 200 mm给水管采用球墨铸铁管，跨越A出入口横通道结构上方；燃气管道位于大学路北侧，设计管径D160 mm，跨越清川站附属结构II号风亭、A出入口及I号风亭结构上方。

2.2 工程地质及水文条件

本工程主要涉及的地层从上到下依次为人工素填土①1、杂填土①2、第四系更新统冲积硬塑黏土②、可塑粉质黏土③、软塑粉质黏土④、砾砂⑤1、圆砾⑤2、古近系强风化粉砂岩、泥岩⑥、中风化粉砂岩及泥岩⑦。本工程在钻探深度范围内，地下水主要分为2种类型：第一类为赋存于填土①层中的上层滞水，水量较小；第二类为赋存于粉质黏土层、砾砂及圆砾层中的孔隙潜水。

3 风险分析

本工程大学路方向的跨线桥桩基与地铁1号线左、右线盾构隧道最小水平净距为3.1 m，与地铁车站主体围护结构最小水平净距为1.8 m，与地铁车站附属围护结构最小水平净距为0.82 m；清川大道方向跨线桥与地铁车站主体围护结构最小水平净距为2.45 m，与地铁车站附属围护结构最小水平净距为0.82 m。立交桥桩距离既有轨道交通1号线清川站的主体结构最近约1.8m，在桩基施工过程中容易造成主体车站结构开裂、变形。

桩基距离盾构隧道最近约3 m，位于轨道1号线盾构隧道的强烈影响区内，容易造成管片结构开裂、渗漏水、隧道净空变化甚至隧道结构变形过大等病害。同时，车站及隧道上方的满堂脚手架及现浇梁施工将会导致车站及隧道上方荷载大量增加，导致隧道及车站结构出现竖向变形，影响地铁运营安全。立交桥与既有地铁车站及隧道结构的位置关系如图2～图4所示。

图2 清川立交与地铁平面位置关系图

图4 桩基与区间隧道剖面位置关系图

另外，管线工程中的检查井及管线施工跨越地铁附属结构，其中，检查井底与地铁附属结构顶板最小净距为0.5 m，给水管道沟槽底与地铁附属结构最小净距在0.74～1.14 m，燃气管道沟槽底与地铁附属结构最小净距为1.8 m。管线与附属结构交叉部位需要破除冠梁及围护桩。以上近距离的施工如果控制不当将会破坏地铁结构，影响地铁运营安全。

图3 桩基与地铁车站剖面位置关系图

4 地铁保护管理措施

4.1 编制专项施工方案

针对本项目的设计情况及与地铁结构的保护要求，要求施工单位详细剖析本工程的各施工工序及风险源，将对地铁结构影响较大的施工工艺编制专项施工方案。其中包括《钻孔桩安全专项施工方案》《管线施工及基坑开挖涉及地铁安全专项施工方案》《满堂支架涉及地铁专项施工方案》，方案针对具体的施工工艺提出技术、安全和质量等方面的保障措施，重点要求加强影响地铁结构及附近设施的各种保障措施，确保地铁运营及施工本身的安全，并建立应急响应机制[1]。

4.2 开展安全评估分析

根据CJJ/T 202—2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（以下简称《技术规范》）中外部作业接近程度及影响分区的判定标准，本工程桩基距离地下车站结构最小净距为1.8 m，距离盾构法隧道结构最小净距为3.1 m，接近程度均为非常接近。外部作业为桩基施工，基桩长度大于32 m，地铁车站结构及隧道结构均处于强烈影响区内，因此，外部作业影响等级为特级，需要开展安全评估工作。

评估单位针对场地工程地质及水文地质情况，设置好评估模型及计算参数，将施工工况划分为桥桩施工、承台基坑施工及桥梁结构施工，模拟施工工况来计算地铁结构的变形情况。最终得出结论如下：

1）地铁区间隧道结构外壁上的附加荷载最大为18.62 kPa、车站结构上产生的最大附加荷载为19.88 kPa、A出入口结构产生的最大附加荷载为15.56 kPa，满足《技术规范》的要求。

2）桥梁施工阶段，包括桥桩、承台开挖、墩柱、盖梁及上部结构施工，对地铁结构（包括A出入口等附属结构）产生的位移均在规范允许范围内。

3）满堂支架现浇施工产生的拉应力小于结构混凝土的抗拉强度，故结构不会产生裂缝。

综上所述，清川立交工程施工过程中地铁结构有一定的变形和应力变化，但均在规范允许值范围内，故结构是安全的。因此，清川立交工程桥梁设计方案基本可行，在进一步补充完善后，能保证既有1号线地铁结构及运营的安全。

另外，针对管线工程，采用类似的方法评估各环节施工中对地铁附属结构的影响，评估结论显示地铁附属结构的变形满足相关要求，验证了设计及施工方案的可行性。

评估完成后对安全评估报告开展专家论证工作，专家通过将评估报告和各专项施工方案联系分析，验证评估报告的准确性与合理性，给出相关的评估及施工建议，完善施工专项方案，并重点讨论地铁结构的安全保障措施，确保地铁结构的安全。

4.3 开展专项监测

根据本工程施工对地铁结构影响的特点及安全评估分析资料，由监测单位开展地铁结构专项监测。监测单位剖析各个施工阶段对地铁结构的影响。针对立交工程，分析主要为桩基施工、承台基坑开挖及桥梁结构施工增加荷载对地铁结构的影响，因此，需要重点监测的部位是桥梁桩基对应的位置。为此在隧道上方沿线桥梁桩基相对应的中心及两侧平均布设监测断面，东西两端的桥梁桩基再外扩2个监测断面，单隧道布设63个监测断面。在每个监测断面上布设竖向位移自动化监测点（静力水准仪）、水平位移自动化监测点（全站仪）、轨道结构竖向位移、隧道（车站）结构竖向位移、隧道结构净空收敛、轨道几何形位等监测项目。在影响范围内，在每条轨道两端布设无缝线路钢轨位移监测点，用以监测轨道的爬行量[2]。通过自动化监测与人工监测相结合的手段来掌握地铁结构的变形情况，实时反馈自动化监测数据，用以指导现场施工。监测布点平面图如图5所示。

图5 桥梁桩基位置监测布点平面图

针对管线工程，对穿越的附属结构按间距布设建筑物竖向位移人工监测点；对穿越的交叠区域适当加密监测点，用以监测附属结构的竖向位移及差异沉降。在施工过程中按照既定频率进行监测和巡查，及时反馈监测与巡查信息用以指导施工。

4.4 施工过程管控

4.4.1 专项方案专家评审

针对本项目涉及地铁结构影响较大的施工工序，如桥梁下部钻孔桩的施工，要求施工单位编制专项方案，并进行专家论证，邀请行业内专家把关，验证施工工艺及各项保证措施的合理性。

4.4.2工前交底

施工前对施工单位所有作业人员以及监理单位进行本工程涉及地铁保护工作的交底工作，重点内容主要有以下几点：桩基施工注意核实桩基位置，对距离地铁结构较近的桩基要求采用全套筒方式，施工过程中防止塌孔；施工过程中应注意隧道结构上方堆载及桩机、吊车等重型机械位置，确保地铁结构上方荷载不大于20 kPa；施工过程中注意减少震动；施工过程中注意保护地铁结构及周边管线，严禁破坏地铁结构。

4.4.3 现状调查

本工程在施工前、施工过程中及施工完成后，组织相关人员开展了地铁结构现状调查，调查内容包括结构的渗漏水、修补情况、裂缝及管片错台超过1 cm的位置，形成施工前中后的现状调查对比表，结合监测数据及现状调查情况进行综合分析，以界定本工程施工对地铁结构产生的影响程度。

4.4.4 测量复核

本工程涉及多根桩基的施工，桩基距离地铁结构较近，如果平面位置不正确极易破坏地铁结构，造成事故。因此，在桩基施工前安排施工测量人员严格复核桩基钻孔位置，确保钻孔施工满足设计要求。针对管线工程的施工，同样安排测量人员对开挖平面位置和深度进行测量，确保管线沟底位置满足设计要求，严禁超挖。

4.4.5 施工控制

为了减少桩基施工对地铁车站结构和隧道结构的影响，距离地铁较近位置的桩基严格按照全套筒方式进行施工，施工过程中严格控制钻孔、泥浆及灌注混凝土等各环节的质量，防止施工过程中发生塌孔。在管线工程施工过程中，遇到不明结构物时，及时联系轨道公司相关人员进行现场复核和确定，确认其不是需要保护的地铁顶板结构后再进行后续的施工。实时关注地铁保护专项监测单位发布的自动化监测数据，在确保监测数据无异常的情况下继续施工，出现监测数据或巡查异常的情况立即停止现场施工，查明原因并采取了有效措施才能进行后续的施工，将监测与施工紧密结合，做到监测数据有效指导施工[3]。

4.4.6 会议制度

为了掌握施工的情况和地铁结构的监测情况，本工程在对地铁结构影响较大的桥梁下部桩基施工期间、承台施工期间及管线工程施工期间组织建设单位、施工单位、监理单位及地铁保护专项监测单位召开每周1次的项目协调会议。相关单位汇报近期施工情况及需要协调的问题，重点关注涉及地铁保护方面的施工质量控制及地铁保护专项监测的情况，在监测数据正常的情况下方可开展下一步的施工，确保地铁运营安全。

5 保护成效分析

本项目经过2年多的施工，最终顺利实现通车。监测数据显示，自动化竖向、水平位移监测数据累计变化最大值都在3 mm以内，满足评估报告给出的5 mm累计值的控制要求。巡查过程中未出现大的渗漏水、管片错台增大、结构开裂、破损及破坏地铁结构的情况，也未出现地铁运营的应急处理情况，总体施工安全可控，本工程的各项管理措施对地铁结构起到了有效保护的作用。

6 总结与展望

本项目施工工序多，涉及地铁保护施工的范围大，整体施工风险大，但是，通过各项管理措施，最终顺利地完成了项目的建设，确保了地铁运营的安全。总结起来，主要有以下管理措施：

1）编制地铁保护区专项施工方案并组织专家论证。

2）开展施工影响地铁结构的安全评估工作并组织专家论证。

3）开展施工影响地铁结构的地铁保护区专项监测工作，将专项监测方案经专家论证，并用监测数据指导过程施工。

4）加强施工的过程管控，尤其是涉及影响地铁结构安全的关键部位和关键工序，做好工前交底、地铁结构现状调查、测量复核、施工控制、例会协调等工作，并积极配合各方开展监督检查工作。

只有对地铁保护工作足够重视，合理部署，周密安排，精细分工，严格按照规定执行，并做好相关单位的联动协调机制，才能有效地保护地铁运营安全。