地铁下穿运营火车站安全管理研究

王喆鹏 （中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

随着城市化的加快进行，地下轨道交通呈现快速发展的趋势。很多大中型城市也随之出现越来越多的地下交通工程穿越既有构筑物并相互影响的局面，当不得不穿越对沉降、变形非常敏感的铁路站场时，区间隧道的风险管理及施工控制便成为一大难点。

1 火车站概况及规划地铁情况

1.1 既有火车站概况

该站为枢纽内主要客站，主站房总建筑面积约3万m2，最高聚集人数5000人，站场规模为9台12线，有砟轨道。上部设无站台柱雨棚，旅客通道包括10m宽天桥2座、8m宽地道1座，概况如图1、图2所示。

1.2 新建地铁概况

图2 站内股道及接触网

新建地铁区间隧道为2条单洞单线盾构法隧道，线间距15～18.65m，长755m，最小曲线半径为360m，覆土 9.7～17.3m。

站内土层主要为第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）的黏土③层，含有上层滞水（一）、承压水（三）和基岩裂隙水（四）共3类地下水，盾构法施工相比较明挖法，受地下水影响有限。两端车站均采用明挖法施工，设计为岛式站台，区间采用2台盾构机施工。

2 风险因素甄别

2.1 站房开裂

地铁隧道下穿地面构筑物时，普遍存在着地表房屋变形超限、倾斜开裂等风险控制难题。首先，需要对地表房屋的变形开裂进行量化的计算分析评估，研究隧道下穿对地表建筑、环境的影响，并对房屋开裂、补强进行探讨。

考虑到隧道开挖及衬砌是一个动态过程，其对上部构筑物的作用也是不断推进和累积的，与施工过程关系紧密。应通过时间、空间关系分析构筑物内力变化和下方施工之间的相互联系，明确相互关联及影响机制，则可以更有针对性地进行安全评估及预案研究。

2.2 股道下沉

本站为大型铁路枢纽站场，也是国内最重要的繁忙铁路运输干线之一，因此在过站区施工过程中，必须严格控制股道沉降，确保铁路站场正常运营安全。

2.3 接触网倾斜

本站内接触网悬挂采用两种形式：线间有雨棚柱的采用雨棚柱合架接触网，线间无雨棚柱的采用线间立H型钢柱悬挂接触网。下穿范围支柱跨距≤50m。接触线高度设计值为6450mm，导线高度施工误差±30mm，接触线坡度≤2‰，接触网柱发生倾斜或沉降，同样会引起行车安全风险，需按照坡度要求对接触网进行悬挂调整、顺坡[1]。

2.4 雨棚柱侧倾

站内无柱雨棚采用桁网结合结构，无柱雨棚基础采用钻孔灌注桩，桩径500mm，桩长28m。地铁隧道从雨棚柱钻孔灌注桩之间穿过。盾构施工时必须确保雨棚柱桩基的侧倾和沉降满足结构自身安全要求及合建接触网柱倾斜要求，避免危及旅客及行车安全。

2.5 天桥侧倾

站内进站天桥2座，分别位于站场两侧，采用钢箱梁+钢管混凝土柱，楼面采用钢板，基础采用桩基础和独立基础。

地铁隧道将从天桥最外侧的独立基础下穿过，该独立基础截面为3×3m，埋深3.5m，盾构隧道与独立基础竖向距离仅为10.3m，盾构施工时必须确保天桥基础的侧倾和沉降满足结构稳定性要求。

2.6 地下废弃构筑物探测

由于站房年代相对久远且经过多次站改造，可能存在废弃构筑物，施工中可能会带来环境影响，干扰铁路运营，因此应提前探明废弃构筑物，并进行专项风险评估及处置方案研究。

3 风险管理措施

3.1 地铁施工方面

施工中的沉降控制是重中之重。在进入下穿区前设试验段（暂定100m），通过建立沉降监测及盾构施工主要参数的关系，优化系统设定，减小地面沉降。具体包括以下几个方面。

①土仓内压力管理。利用补偿原理，预先通过推力微调，使盾构刀盘前方地表产生一定反向隆起，从而部分抵消盾壳过后上方产生的沉降。实际实施时基于监测结果动态调整压力参数，尽量使平稳、无突变[2]。

②开挖速率管理。下穿关键构筑物时，通过系统协调，控制掘进速率按照2～3cm/min稳定进行，减少速率波动，使周围土体尽量保持原状态；同时应加强设备检修，不允许在构筑物下方停机。如图3所示为掘进系统示意图。

③地层损失管理。地层损失会破坏周边环境压力平衡，产生附加沉降，区间隧道施工中的地层损失比率严格按照0.35%管理。实际出土量应控制在理论出土量的97%～98%之间。

图3 掘进系统示意图

④管片拼装管理。在穿越过程中，要严抓管片拼装，尤其注意K块管片定位将直接影响到管片的姿态，从而影响盾构机姿态。使成型的隧道管片为盾构推进反力作出最好的支持。

⑤同步注浆量和浆液质量管理。壁后空隙依靠同步注浆进行填充，直接关系到地面沉降的大小，因此应及时注浆，并且保证不间断、压力达标，严格禁止注浆滞后或因故停止等事件。如图4所示为注浆系统图。

图4 注浆系统图

3.2 站房管理方面

①盾构隧道穿越站场前应积极与铁路管理部门协调，编制完整的施工组织方案和应急预案，并通过铁路管理部门的审查。

②在站内进行监测及其他施工时，应做好安全防护，保证施工安全。

③和铁路部门建立畅通有效的沟通及应急机制。出现异常能及时沟通、协商解决问题。

④根据施工组织方案进行全面演练，作业者必须接受安全培训，作业装备及配套设施应处在随时待命状态，且有专门防护。符合《铁路工务安全规则》规定方可进行施工。

⑤与铁路管理部门签订安全协议，指派培专职的现场安全质量监督员；成立施工安全领导小组，制定施工作业流程图，实行动态管理，有序可控。

3.3 风险事件预案编制要求

作为风险工程，实施前应编制系统的风险事件预案。一旦出现现场事故，依据预案展开高效、有序的抢险疏散，全力降低人员伤亡、国家和人民财产损失。

3.3.1 法律法规

基于《中华人民共和国安全生产法》、《中华人民共和国铁路法》、《中华人民共和国铁路运输安全保护条例》等法律法规和有关规定，制定预案。

3.3.2 应急处置基本原则

①生命至上。抢险时应本着人生安全第一的原则，调动一切资源，组织人员撤离、伤者急救和群众疏散；也必须把救援者的安全保障给予同等重视。

②重在预防。风险控制重在源头，应实时鉴别事故迹象，捕捉风险点，及早进行处理；有效进行甄别、预防、提示和抢险布置，积极防范建设工程事故。

③统一指挥、逐级负责。在以铁路管理部门为主的指挥机构进行统一协调，参建单位依据既有分工，进行责任分解，逐级落实，一旦出现意外可迅速、科学、有效地组织救援。

④科技武装，效率优先。利用现有网络和个人终端设备，组建分布式管理体系，提高指挥效率，实时反馈，精准调度。

4 结束语

综上所述，涉铁工程中，应在项目规划、社会调查、各阶段的设计、最终的工程实施以及投产运营系列过程进行专项风险管理。必须建立风险管理制度，对工程项目进行全面的风险控制，落实到责任主体。对工程中孕育的风险因素及其控制进行全面分析和评级，并对各参与方进行宣贯，排除安全隐患。要善于利用科技进行武装，建立安全风险的系统识别体系和管理平台，从而成功建设高度复杂的重点工程，促进我国交通基础设施的高质量发展。