城市轨道交通保护区市政施工安全影响评估及安全保护

张 睿，钟有信，宋 茂，雷 浩，刘红刚，王忠政

（南宁轨道交通集团有限责任公司，广西南宁 530028）

1 引言

南宁市轨道交通是服务于中国广西壮族自治区南宁市的城市轨道交通系统。其第一条线路于2016 年6月 28 日开通试运营，该条线路的开通使广西壮族自治区成为中国第一个开通城市轨道交通的少数民族自治区。截至2020 年11 月23 日，南宁市轨道交通运营线路共有4 条，即南宁市轨道交通1 号线、南宁市轨道交通2 号线（简称“2 号线”）、南宁市轨道交通3 号线（简称“3 号线”）、南宁市轨道交通4 号线，里程总长为108 km，共设车站87 座（换乘站重复计算）。截至2021年1 月，南宁市轨道交通在建线路1 条，为南宁市轨道交通5 号线一期；另有备建线路2 条，分别为机场线、武鸣线。

随着城市化进程的快速推进，影响南宁市轨道交通结构安全的各类物业开发、市政道路、管网配套等外部作业施工大幅攀升，近年来结构受损事件时有发生，如外部作业导致城市轨道交通结构倾斜和沉降、隧道被钻穿、盾构收敛变形和管片开裂等。如果不加强城市轨道交通结构安全的保护管理并采取必要保护措施，将危及城市轨道交通结构安全并影响其正常运营。

作为缓解城市交通压力的首选方案，城市轨道交通的安全保护对保证城市交通安全至关重要，需要建设单位、施工单位、监测单位、评估单位、轨道公司多方联动，形成整体。

2 市政施工安全影响评估

本文采用有限元软件（Midas）模拟 2 号线东延线配套道路工程及南宁市良玉大道（平乐大道—东风路）缆线管廊工程不同施工阶段引起2 号、3 号线平良立交站附属结构变形以及产生的内力影响并进行分析，提出了在城市轨道交通保护区内市政施工的安全保护措施。

2.1 项目概述

2 号线东延线配套道路工程及良玉大道缆线管廊工程主要包含污水管道工程和缆线管廊工程。

拟建污水管道工程起点位于良玉大道南侧，沿北穿越良玉大道，经平良立交向北走向平乐大道，沿平乐大道西侧南北走向敷设。

拟建缆线管廊工程起点位于平乐大道东侧，穿越平乐大道向北走向平良立交，在平良立交西南侧转向良玉大道。2 号、3 号线在平良立交交口设置平良立交站，位于五象新区南部的平乐大道-良玉大道路口，为2 号线与3 号线换乘站。平良立交站为地下车站，拟建项目上方为城市轨道交通区间及附属结构。

2.1.1污水管道工程介绍

污水管道工程起点分别截流良玉大道南、北侧非机动车道，现有DN600 mm、DN500 mm 污水管，污水汇合后经新建DN800 mm 污水过路管，转北绕行平良立交站5 号风亭和Ⅱ-a 出入口通道北侧（部分管段路由此进入合景地块），再沿平乐西侧规划绿地敷设，终点排入平乐大道西侧新平路（北横八路），此处设计拟新建DN800 mm 污水管，平面、竖向布置见图1、图2。

图2 污水管道工程与城市轨道交通结构竖向关系图

本工程上穿2 号线那平区间，临近平良立交车站附属结构（5 号风亭、Ⅱ号出入口及Ⅰ号出入口），那平区间结构与管道底竖向净距为14.21 m，管道工作井W7结构距离5 号风亭水平净距为3.93 m。污水管道与城市轨道交通各结构的边线关系见表1。

表1 污水管道工程与城市轨道交通结构边线距离 m

2.1.2线缆管廊工程介绍

南宁市良玉大道（平乐大道—东风路）缆线管廊工程全长约634.930 m，采用明挖法施工。缆线管廊标准断面尺寸为2.9 m（宽）×1.4 m（高），埋深约1.7～2.5 m，采用混凝土包封组合排管形式。

拟建缆线管廊工程起点位于平乐大道东侧，穿越平乐大道向北走向平良立交，在平良立交西南侧转向良玉大道，2 号线及3 号线在平良立交交汇口设置平良立交站，平良立交站为地下车站，拟建项目与城市轨道交通结构先后交叉位置为3 号线出入场明挖段、Ⅳ号出入口、3 号风亭及5 号安全出入口、4 号安全出入口及3号线消防水池、1 号物业出入口和2 号物业接口及Ⅲ号出入口、6 号风亭及2 号线消防水池，线缆管廊与城市轨道交通各结构的边线关系见表2。平面、竖向位置关系见图3、图4。线缆管廊及开挖断面见图5、图6。

图3 线缆管廊工程与城市轨道交通结构平面关系图

图4 线缆管廊工程与城市轨道交通结构竖向关系图

图5 线缆管廊结构断面（单位：mm）

图6 线缆管廊基坑开挖断面

表2 线缆管廊工程与城市轨道交通结构边线距离 m

2.2 外部作业影响等级确定

根据GB/T 30012-2013《城市轨道交通运营管理规范》《南宁市城市轨道交通管理条例》和CJJ/T 202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》，2 号线东延线配套道路工程及良玉大道缆线管廊工程侵入既有2 号、3 号线平良立交站安全控制保护区范围（地下车站与隧道结构外边形外侧50 m 内），应确定外部作业影响等级。

2 号线东延线配套道路工程及良玉大道缆线管廊工程与2 号、3 号线平良立交站附属结构的最小净距为0.2 m，结构影响关系见表3、表4。

表3 工程与城市轨道交通结构接近程度表 m

表4 工程与城市轨道交通结构影响分区表 m

针对2 号、3 号线平良立交站结构，根据CJJ/T 202-2013 确定2 号线东延线配套道路工程及良玉大道缆线管廊工程接近程度为“非常接近”，确定工程影响分区为“强烈影响区（A）”，最后根据外部作业影响等级划分标准2 号线东延线配套道路工程及良玉大道缆线管廊工程对2 号、3 号线平良立交站的影响等级为“特级”。

2.3 三维仿真计算

按照外部工程和城市轨道工程设计资料，根据研究目标，选取有限元计算模型，模型尺寸为660 m×315 m×45 m，单元网格尺寸设定在1～6 m，并对特殊部位网格进行细化，共划分 642 215 个单元，模拟2 号线东延线配套道路工程及良玉大道缆线管廊工程基坑开挖过程对毗邻城市轨道交通结构的影响。

有限元模型考虑城市轨道交通有换乘车站、出入口、风亭、消防池等附属结构，外部作业主要模拟管线开挖、顶管、管廊开挖施工、回填等过程对毗邻城市轨道交通车站及附属结构的影响。模型中的工程与城市轨道交通结构见图7。

图7 工程及城市轨道交通结构有限元模型

2.4 计算工况设计

本项目计算工况设计如下：

工况1：初始状态；工况2：缆线管廊第一期开挖；工况3：缆线管廊第一期浇筑；工况4：缆线管廊第一期回填；工况5：缆线管廊第二期开挖；工况6：缆线管廊第二期浇筑；工况7：缆线管廊第二期回填；工况8：其他区域浇筑；工况9：其他区域回填；工况10：顶管井施工；工况11：污水管基坑支护、开挖；工况12：污水管安装；工况13：污水管基坑回填；工况14：W5-W6顶进安装；工况15：W7-W6 顶进安装；工况16：W7-W8 顶进安装；工况17：W9-W8 顶进安装；工况18：W9-W10 顶进安装；工况19：其他顶管完成；工况20：工程完成。

2.5 计算结论

三维模拟分析结果表明。

（1）本项目工程开挖、结构和顶管施工引起城市轨道交通车站结构水平以及竖向变形，总体变形方向朝向施工侧。

（2）出入场线明挖段最大竖向变形为2.52 mm，上浮变形，位置在基坑底部的盾构井筒顶部；最大横向变形为0.06 mm，方向朝向线缆管廊侧变化，位置靠近管廊基坑侧，此变形发生于缆线管廊第一期开挖阶段，见 图8。

图8 出入场线明挖段结构最大变形（单位：mm）

（3）Ⅳ号出入口最大竖向变形为1.16 mm，上浮变形，位置在基坑底部的出入口通道顶部；最大横向变形为0.16 mm，方向向线缆管廊侧变化，位置在出入口通道底部，此变形发生于缆线管廊第一期开挖阶段，见图9。

图9 Ⅳ号出入口最大变形（单位：mm）

（4）5 号安全出口及3 号风亭最大竖向变形为1.24 mm，上浮变形，位置在5 号出入口通道顶部；最大横向变形为0.16 mm，方向向线缆管廊侧变化，位置在5 号安全出口北侧顶部，此变形发生于缆线管廊第一期开挖阶段，见图10。

图10 5 号安全出口及3 号风亭结构最大变形（单位：mm）

（5）2 号线消防池及6 号风亭最大竖向变形为1.58 mm，上浮变形，位置在消防池顶部；最大横向变形为0.22 mm，方向向线缆管廊侧变化，发生位置在结构顶部，此变形发生于缆线管廊第一期开挖阶段，见图11。

图11 2 号线消防池及6 号风亭结构最大变形（单位：mm）

（6）5 号风亭及Ⅱ号出入口最大竖向变形为0.15 mm，上浮变形，位置为5 号风亭结构顶部，此变形发生于W7-W8 顶进安装阶段；其最大横向变形为0.08 mm，方向向线缆管廊侧变化，位置在5 号风亭结构顶部，此变形发生于污水管基坑支护、开挖阶段，见 图12。

图12 5 号风亭及Ⅱ号出入口结构（单位：mm）

（7）Ⅰ出入口最大竖向变形为0.07 mm，上浮变形，位置在Ⅰ号出入口结构靠近W8 顶管井一侧，此变形发生于顶管井施工阶段；最大横向变形为0.16 mm，方向向西侧变化，位置在Ⅰ号出入口结构靠近W8顶管井一侧，此变形发生于 W9-W8 顶进安装阶段，见图13。

图13 Ⅰ号出入口结构最大变形（单位：mm）

（8）从城市轨道交通结构的内力变化分析得出，基坑的开挖均引起结构所受内力的增大，变截面处均是受力影响的敏感区域，且临近基坑侧顶板的受力影响最大。

2.6 结论与建议

2.6.1评估结论

本项目评估结论如下。

（1）2 号线东延线配套道路工程及良玉大道缆线管廊工程施工诱发2 号、3 号线平良立交站及其附属结构变形，其变形数值如下：①出入场线明挖段最大竖向变形为2.52 mm，最大横向变形为0.06 mm；② Ⅳ号出入口最大竖向变形为1.16 mm，最大横向变形为0.16 mm；③5号安全出口及3号风亭最大竖向变形为1.24 mm，最大横向变形为0.16 mm；④ 2 号线消防池及6 号风亭最大竖向变形为1.58 mm，最大横向变形为0.22 mm；⑤ 5 号风亭及Ⅱ号出入口最大竖向变形为0.15 mm，最大横向变形为0.08 mm；⑥Ⅰ出入口最大竖向变形为0.07 mm，最大横向变形为0.16 mm。变形量满足CJJ/T 202-2013的规定之附录B.0.2。

（2）线缆管廊、污水井、管道等基坑的开挖施工是诱发城市轨道交通结构变形的主要因素。

（3）经验算城市轨道交通结构楼板、侧墙、梁、柱结构配筋及裂缝满足规范要求。

2.6.2监测建议

（1）监测项目。监测项目内容为2 号、3 号线平良立交站部分附属结构，出入场线明挖段盾构井筒。监测关注点为城市轨道交通监测项目受施工影响区间的结构竖向位移、水平位移、变形缝张开量、裂缝等。

（2）监测频率。城市轨道交通结构的监测频率，应能系统反映监测对象所测项目的重要变化过程及其变化时刻。当监测数据接近城市轨道交通结构安全控制指标值的预警值时，应提高监测频率；当发现城市轨道交通结构有异常情况或外部作业有危险事故征兆时，应采用不间断实时监测。同时，根据不同的施工阶段对监测内容和频率进行完善。城市轨道交通结构的监测频率见表5。

表5 城市轨道交通结构监测频率建议表

2.6.3施工与安全防护建议

本项目施工与安全防护建议如下。

（1）施工前制定完备的安全防护、专项施工方案，进行有效的工程筹划、施工组织设计，严格履行审批程序，遵守技术交底工作，确保按照施工方案、施工规程进行施工。

（2）施工前须进一步明确拟建场地地质及地下管线的具体情况，如场地内出现地下水囊、空洞或者暗流通道等不良地质体或未探明的其他管线，施工单位不得擅自继续施工，待与设计单位、勘察单位沟通确认后，设计单位提出处理措施后方可按照处理方案进行下步施工。

（3）管廊上跨明挖区间段，开挖施工不得采用机械开挖，开挖过程中需保护好城市轨道交通结构的防水层。

（4）开挖过程中如需破除城市轨道交通围护结构需制定专项施工方案，不得破坏城市轨道交通结构中的防水结构。

（5）管线、管廊基坑开挖应严格按施工方案施工，施工期间严格控制开挖长度及深度，开挖一段，施工一段，回填一段，严禁超挖。原有路面破除、土方开挖、砂卵石开挖等，单次开挖长度不得超过设计要求。基坑开挖按照设计要求采取支护措施，防止发生坍塌事故造成城市轨道交通结构破坏。

（6）管线、管廊开挖采用基坑开挖方式进行分块分格开挖，分格开挖最大仓面、深度满足设计要求，土方开挖按设计自上而下分层进行，严禁乱挖或超挖。做好对现有管线的保护措施。

（7）顶管工作坑采用机械挖上部土方时，现场应有专人指挥装车，堆土应符合有关规定，避免损坏任何构筑物和预埋立撑；工作坑四周或坑底必须要有排水设备及措施；工作坑内应设符合规定的和固定牢固的安全梯，下管作业的全过程中，工作坑内严禁有人。

（8）顶进过程中，所有操作人员不得在顶铁两侧操作，以防发生崩铁伤人事故。

（9）顶管完成后，应进行壁后注浆，并严格控制注浆压力，注浆压力应满足设计要求，防止注浆压力过大造成城市轨道交通结构破坏。

（10）施工过程中应做好围挡与隔离，采取相应措施保证机械设备不侵入城市轨道交通上方区域，大型设备应保持与城市轨道交通的安全距离。

（11）根据不同季节安排季节性安全施工，如雨季防排水措施等。施工过程中做好防汛措施，防止雨水倒灌进入城市轨道交通。

（12）施工前要制定完善的应急预案，当引起结构变形或变形速率达到控制值时，应立即停止施工并采取应急措施，防止变形进一步扩大。

（13）施工中必须严格按照设计要求进行监测工作，保证结构安全。当变形量或变形速率较大时，加密监测和加强分析，如有异常，应停止施工，分析原因，并及时通知设计单位、城市轨道交通管理部门、建设单位等，在采取有效措施后才能继续施工。

3 结语

城市轨道交通保护区内外部施工作业应以严谨的设计方案、施工方案、评估报告为依托，第三方监测数据为支撑，加强施工现场巡查，建立长期有效的联动机制，才能保障城市轨道交通结构的安全，降低外部作业对运营的影响。本文以在南宁市轨道交通保护区内的2 号线东延线工程配套道路工程及南宁市良玉大道（平乐大道—东风路）缆线管廊工程施工对2 号、3 号线平良立交站部分附属结构的影响为研究对象，进行数值模拟分析，得出施工的关键影响工序，并据此提出对城市轨道交通的相关安全保护措施，对施工、设计具有指导意义。