浅谈轨道周边地块开发对既有轨道交通安全性影响分析的评定

樊 娜

厦门轨道交通集团有限公司 福建 厦门 361001

0 前言

随着城市化进程的发展，全国数个大中型城市均有了自己的轨道交通线网规划，在这些交错布局线网中，轨道交通带来的大量人流和地块价值提升，带动着地铁周边商业发展和周边地块深入开发，由于建设时序的原因，存在后续基坑工程施工对临近既有地铁隧道造成影响的问题，基坑开挖对临近或下卧地铁隧道的影响是一个十分复杂和动态变化的过程。

城市轨道交通作为密集型运输的主要交通工具，承担着大量人员流动的载体，是非常重要的城市运输生命线。如果不能正确评估周边工程对已经修建的既有结构带来的潜在危险，则经济损失及社会影响难以估计。根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJT 202-2013）的规定，当有外部作业影响在轨道周边实施时，应对城市轨道交通结构进行安全评估［1］。为保障轨道交通建设运营安全，各地也颁布了相关的轨道交通安全保护法规。因此，施工前进行必要的分析和计算，模拟各施工工序对地铁结构产生的变形影响，正确评估周边工程，尤其是大型基坑工程及其上部结构建设对地铁的安全性影响工作意义重大。

1 确定评估内容

轨道地铁周边，通常存在建筑物、构筑物密集，周边管线复杂多样等复杂环境，且城市地质环境多变，因此，不同的项目所针对的评估内容并不一定相同。安全性影响评定内容，应根据项目具体情况，如基坑深度、基坑支护的方案、基坑的开挖方式、基坑与地铁的相对关系等，甚至于桩基的施工工艺、既有地铁原施工工法和地铁结构围护结构设计方案等，进行综合判定。通过现状调查、检测、测量，收集场地影响范围内的管线、地铁结构、围护结构等相关资料，判断各个项目的特殊性，预测外部作业对城市轨道交通结构的不利影响。

以深基坑开挖为例，开挖扰动、压力损失和固结沉降等因素，往往会引起地层产生移动和变形，打破既有结构的受力平衡，引起主体结构移动和变形，如果变形控制不当，或者超过设计预估值或建筑物变形承载能力，可能引起轨道变形、主体结构破坏等。因此，应根据基坑开挖施工工序，评定堆土、卸载、拆撑等施工过程对既有结构的变形影响，选择对既有轨道影响较小的桩基及土石方开挖的施工工法，还应评定上部主体结构结构加载稳定后最终的变形及内力影响分析。

2 评估内容安全影响分级

安全影响分级在《城市轨道交通保护技术规程》中有明确规定，将影响等级应按“表1”进行划分。其中，“接近程度”由隧道结构的施工工法与外部作业的距离进行判定；“外部作业的工程影响区分”按照隧道施工工法与外部作业所在轨道的区域范围、相对关系进行判定。

根据地质勘察报告，可以获得围岩等级、岩石完整性、岩土力学性能的多项指标。当围岩级别为较高时，影响等级可降低一级；如果围岩级别为较差的软土地区，影响等级应适当提高。

3 评估标准

表1 外部作业影响等级的划分

3.1 国家保护标准

既有隧道主体结构变形可能造成主体结构开裂，造成结构渗漏，影响主体结构耐久性；严重时可产生轨道偏差从而影响线路平顺性，影响列车的运行安全，造成生命和财产的损失。因此，为保证地铁隧道结构的安全，对已建和运营中的地铁隧道，在外部作业情况下，实施的影响对地铁隧道的变形要求应有严格明确的依据，该容许变形量应与隧道尺寸、连接方式等密切相关。住建部发布的《城市轨道交通结构安全保护技术规范》CJJ/ T202-2013 给出了“表2”的地铁保护技术标准：

表2 轨道结构安全控制指标值

3.2 全国不同城市保护标准

目前，国内不同城市结合当地的建设工程经验给出了不同的标准。该标准均根据当地区域特征和地区经验，适应当地轨道交通沿线建筑施工保护变形量规定。

上海标准是目前相对最成熟的技术标准。《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，对上海市地铁保护区域内，进行加载和卸载的建筑施工活动中的技术性综合影响限度进行了明确的规定。具体变形要求与国家规范基本一致，并明确计算时地质参数、工况及模型建立等要求。

深圳地铁根据地区地铁建设经验，提出了《地铁运营安全保护区和建设规划控制区工程建设办事指南》。与《城市轨道交通结构安全保护技术规范》不同的是“隧道水平位移、竖向位移、径向收敛仅规定了控制值，其控制值不大于10mm；变形缝差异变形≤10mm；车站及隧道结构外壁附加荷载≤10KPa；车站及隧道振动速度≤12mm/s”。

厦门轨道交通集团于2020 年修编了《厦门轨道交通安全保护技术标准》，其中第六章对城市轨道交通既有线结构安全控制指标进行了明确规定。例如“隧道水平位移及竖向位移预警值为10mm，控制值均需小于10mm；隧道变形曲率半径大于1500m；轨道横向高差、轨向高差小于4mm”。并明确了厦门轨道交通结构检测预警表，以指导检测数据风险预警系统。

4 评估方法

评估方法主要采用经验法分析预测及数值模拟计算。

经验法即通过全国的经验数据，及事故分析等工程类比，结合专家评议法，对计算模型建立、地层参数取值、评估结果的合理性进行比较和验证，提出建筑物基坑施工对其邻近结构的影响。

数值模拟计算目前常用的方法主要还是利用数值分析软件（如Midas GTS、Abaqus 等），这种方便直观、可操作性的计算数据模拟，通过建立数值仿真模型进行计算分析从而判断新建地下工程是否会对既有结构的正常运营使用造成威胁。计算时通常采用地层-结构模型，计算中将模型中的土体视为弹塑性体，采用修正摩尔-库伦模型（Modified Mohr-Coulomb Model），结构均采用各向同性弹性模型（Elastic Isotropic Model）。各地层参数按照地勘报告给出的数据选取。

在整个有限元模型建立和计算过程中，选择合理的地质参数、构件刚度折减系数、单元模型选定等对基坑土体、支撑、桩基、隧道结构等进行模拟。分析上部结构传力路径，结合理论与经验，检验模型的准确性和结果合理性。从而可以放心的使用计算结果，指导后续工作。

针对评价内容，计算提取拟建项目对既有地铁结构影响工况。如项目基坑开挖，项目筏板基础施做，建筑荷载施加。计算模拟过程为：地应力平衡→施作既有结构（初始状态）→基坑围护桩基及锚索施做→基坑开挖→建筑荷载。

5 总结

综上所述，地铁周边地块的项目安全评估技术路线为：确定评估内容→类似工程调研→确定控制标准→数值模拟分析→计算结果分析→得出评估结果，目的在于提出安全控制措施，给出合理化建议。地铁安全评估通过对项目的调查，了解周边环境及施工风险，确定评估内容，通过一系列数值模拟分析，及该地区城市轨道交通结构安全控制指标，提出安全控制措施方案，对后续施工及项目管理进行指导。