新建道路工程穿越既有轨道交通设施的安全评价与控制

郭立波

(北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京 100037)

1 引 言

在我国，大中城市的道路工程仍处于建设和改造的阶段。新建道路工程与既有城市轨道交通设施存在大量邻近与穿跨越节点，新建工程施工过程中，由于开挖卸荷-加载作用，原隧道结构的承载系统改变，造成结构附加变形，有时可能出现结构的开裂，导致了结构的承载能力下降；于此同时，地下水通过开裂的结构侵入，造成了钢筋、螺栓等的锈蚀，混凝土结构力学性质持续恶化，严重威胁隧道结构的运营安全。

本文以某道路工程为背景，对地铁隧道、轨道结构进行施工安全评估，为道路施工方案的制定、道路施工管理和结构变形监测提供合理建议。

2 安全性影响评估

2.1 风险点变形

根据新建道路与管线与既有地铁线路的相对位置关系，划分以下安全风险点。

根据新建工程的施工步骤，选用Midas GTS NX及ANSYS软件按最不利情况将工程施工进行分阶段计算。

2.2 评估结果与建议

根据对风险点的分析施工会对既有地铁车站及区间产生一定的附加变形，附加变形值在运营安全允许范围之内。正常施工条件下，采取一定的监测和轨道防护措施，能确保地铁列车安全运营。

(1)施工建议

①施工前应进一步对地铁结构进行物探，查明既有结构围护桩、盾构井等构筑物实际位置，充分考虑其给施工带来的不利影响。管线开槽如需要采取破除原施工围护结构，应采用静力破除方式，减小对既有机构影响。

②随路管线施工过程中，应按照跳槽开挖方式施工，同时，应尽快回填，减少管线沟槽暴露时间，尽量降低对既有线的影响。

③上跨车站附属部分管线与车站主体及附属顶板距离较近，施工时不得采用大型机械开槽施工，并严格控制开挖尺寸。

④出入口附加施工时应该考虑到对地铁客流的影响，提前做好围挡与客流疏导工作。

⑤桥梁施工过程中，需对邻近地铁侧桩基采取可靠的防塌孔措施，桩成孔过程保证清孔质量，减少桩底沉渣量，减少后续上部结构加载产生桩的沉降变形。

⑥严格按信息化施工原则进行施工管理，充分利用监测量控信息指导施工，严格按照设计方案、施工工艺及工序进行，不得任意省略。

(2)监测建议

根据安全评估结果，掌握轨道交通可能产生的变形大，综合考虑施工、列车振动对轨道结构的影响以及地方规范要求，依据现有常规测量仪器的监测精度，确定变形控制值。

3 既有地铁现状检测技术与结果

3.1 分级检测内容

结合穿越工程评估分析及风险分级的判定，合理确定既有轨道交通结构的检测范围和检测内容。在对影响区域内的既有车站、区间以及其附属结构(如出入口、风道、应急疏散通道等)进行系统调查检测的同时，实现资源的合理优化配置、工程成本的有效控制，具体检测内容如表1。

3.2 检测技术

(1)结构混凝土外观调查

混凝土构件外观检测的主要内容为水迹、锈迹、钢筋锈蚀、保护层脱落等。

(2)结构混凝土裂缝检测

检测时采用裂缝宽度仪检测裂缝宽度，对大于0.05 mm的结构裂缝以及大于2 mm的道床裂缝采用卷尺量测裂缝的长度，采用非金属超声波仪检测裂缝深度，记录并描绘出裂缝的位置及分布走向。

表1 分级检测项目

(3)结构混凝土强度检测

利用回弹法对混凝土构件的混凝土强度进行抽样测试。均匀分布测区范围内的测点，两点之间的净距大于等于20 mm；测点要设置在距外露钢筋、预埋件30 mm以外。

(4)结构混凝土碳化深度检测

每一测区测量碳化深度值，每个测区不少于3次，取其平均值。

(5)结构混凝土保护层厚度检测

采用钢筋测试仪对结构实体进行检测，如果已知钢筋直径，在检测钢筋保护层厚度之前应该预置钢筋直径；如果未知钢筋直径，可以在检测钢筋直径的同时检测钢筋保护层厚度。

(6)结构混凝土钢筋锈蚀状况检测

对钢筋锈蚀严重、保护层胀裂处的钢筋锈蚀情况，采用测量钢筋剩余截面面积的方法，确定钢筋的截面损失率；对已经开始锈蚀、混凝土尚未开裂的钢筋，采用自然电位法检测评价其锈蚀状况。

4 穿越既有轨道交通工程监测技术

4.1 分级监测措施

根据既有轨道交通线路的敷设形式，将穿越工程分为三种类型：穿越既有轨道交通隧道、桥梁以及路基，包括自动化实时监测和人工监测。

穿越工程对已有轨道交通结构及变形的监测与一般的监测项目是不同的，城市轨道交通的运营时间为白天，只有夜间短时间停运，且穿越工程会受到列车振动的干扰，如果仅仅是在轨道交通夜间短时间停运后进行检测，这就难以保证已有轨道交通的运营安全，因此，需要根据穿越工程风险等级大小，针对已有轨道交通采取经济合理有效的监测措施，必要时可以实施全天候的监测。根据判定的分险等级，采取相应的监测措施。见表2。

表2 不同等级的监测措施

监测主要内容如表3所示。

表3 监测内容

4.2 测点布设和监测方法

(1)自动化监测：在主要影响范围内沿线路方向每5～15 m布设一个断面，在变形缝处应增设断面，在每个断面上安排2个测点，这样就形成了沉降监测数据能够实时传输的传感网。针对不同的风险等级，监测布点的间距应有所不同，例如要监测区间隧道变形，针对特级/一级/二级风险点，每5 m/10 m/15 m布设一个监测断面。每20～60 min采集一组数据。

(2)人工监测：在主要影响范围内沿线路方向每10～20 m布设一个断面，在变形缝处增设1个断面，针对每个断面，需要在隧道两侧结构的侧墙上布设一个监测点。监测布点应根据不同的分险等级采用不同的间距。

4.3 监测预警

可以根据观测数值与预警值、警戒值比较结果来判断监测报告中的变形是否超限。宜采用三级管理制度。

表4 三级管理制度

5 结 论

(1)随着我国城市化建设进程的逐步加快，新工程建设与已有工程的之间的相互作用、 影响不断突出，对邻近及穿越已有地铁隧道的工程进行施工，必须在保证本身工程变形安全的同时，要保证对邻近既有地铁隧道的影响是在安全合理的范围之内。

(2)选用Midas GTS NX及ANSYS软件，模拟分析工程施工对既有地铁车站及区间结构的影响。道路与管线工程施工引发的既有地铁结构附加变形值在运营安全允许范围之内，正常施工条件下，采取一定的监测和轨道防护措施，可以确保地铁列车运行安全。

(3)利用无损检测技术与设备对施工影响范围捏的地铁结构进行工前检测，检测范围内主体结构完整无损，建筑限界满足控制要求。扣件各零部件均完好，轨枕基本完好。轨道上行线、下行线及道岔内、外轨轨面高程变化趋势一致。上下行线线路较平顺。

(4)施工过程中地铁结构采用自动化和人工相结合的方式进行监测，并采用三级管理制度对结构变形进行预警、报警等相应控制措施，确保地铁既有结构的运行安全。