上海轨道交通地下工程防汛论证要点简述

2022-08-05付惠姣

水资源开发与管理 2022年7期

付惠姣

(上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 201700)

随着城市建设步伐加快，上海市轨道交通工程建设持续推进，然而受用地问题等条件限制，轨道交通项目多以地下工程为主。近年来，上海地区台风、暴雨、天文大潮“三碰头”的情况频频发生，这给城市防汛工作带来巨大压力，轨道交通工程承载着千万百姓的安全出行，防汛压力更甚。根据《上海市地下公共工程防汛影响专项论证管理办法》，新建地铁、隧道、地下通道等地下公共工程时，应对建设过程中以及建成后可能对防汛安全造成的影响进行科学地预测和评估，并提出预防和减轻防汛安全影响的对策和措施。因此，在项目建设前期及时开展防汛论证工作就尤为重要，不仅可以将问题在设计阶段解决掉，同时也可为后续项目建设开展防汛工作提供技术支撑[1]。

1 防汛论证要点

地下工程防汛论证的要点是分析、预测和评估项目运行期和项目建设过程中对防汛安全可能造成的影响和潜在风险。在分析建设项目运行期防汛安全影响时，应重点调查区域防汛形势，复核设计方案在保障防汛安全上是否科学准确，对挡水能力、排水能力、清排能力、防渗能力等防汛能力进行评估。在分析项目建设过程中的防汛安全影响时，应重点分析论证工程施工的潜在风险以及对周边防汛设施的影响等，并根据以上分析结果提出预防和减轻工程运行期和施工期影响防汛安全的对策与措施。

本文以上海市轨道交通13号线西延伸工程(以下简称“13西工程”)为例，结合轨道交通工程自身特点，从工程自身设计方案的防汛安全评估、工程施工期间对周边防汛设施安全的影响、预防和减轻防汛安全风险的对策和措施三方面入手，简述其防汛论证要点，并总结工作经验，为“13西工程”后续深化设计提供技术支撑，也为轨道交通项目建设的顺利推进提供保障[2-3]。

2 实例分析

2.1 工程概况

“13西工程”是市区线延伸线路，南起国家会展中心(上海)，北止于已建13号线一期工程金运路站，沿诸光路—金丰路—联友路—纪宏路—金沙江西路走行，途经青浦区、闵行区和嘉定区。线路全长约9.65km，设车站5个，依次为诸光路站、运乐路站、季乐路站、芳乐路站和纪翟路站，5个车站均为新建地下车站，区间设4座逃生井和2座中间风井。车站、逃生井、风井等均采用明挖顺作法施工，基坑开挖深度约18.70～35.70m，区间隧道采用单洞单线盾构法施工，覆土深度约7.40～28.30m。

2.2 工程自身设计方案的防汛安全评估

2.2.1 区域防汛形势总体分析

根据“13西工程”设计方案，与外部相通的地下建筑主要有主体车站出入口、中间风井、逃生井等，为避免暴雨期间雨水集聚造成雨水倒灌进入地铁，应充分调查拟建场址所在区域地势。建筑物应避免设置在地势低洼地区，建筑物出入口周边地坪标高不应低于所在区域普遍标高[4]。对于靠近河道的节点，建议出入口周边地坪标高不低于河道除涝高水位。

2.2.2 排水系统设计的复核、分析

“13西工程”的排水系统主要集中在车站，分为污水系统和雨、废水系统，雨、污、废水经收集后就近接入市政雨污水管网。在复核工程排水系统设计时，应充分调查车站所在区域排水系统、排水模式等，调查市政管网接口管径标高以及容纳能力等，依据上海市《暴雨强度公式和设计雨型》复核车站排水量及排水能力，确保所接入的市政管网可接入，确保区域排水系统可容纳[5]。

2.2.3 防汛能力评估

按照“防大汛、抗大灾，重预案、强措施，挡得住、排得出，常准备、无后患”的原则，对“13西工程”设计方案，从挡水能力、排水能力、清排能力、防渗能力四个方面开展地下工程防汛能力评估[6]。

a.挡水能力：主要复核车站出入口、风井、无障碍电梯、逃生井出入口等与外界相通的建筑物挡水能力是否满足要求，出入口(含消防专用出入口)地坪应高出周边室外地面0.45m，且设高度不小于0.80m的防淹闸槽，敞口低风井实墙部分应高出周边室外地面1.25m。

b.排水能力：对集水井与配泵匹配性进行复核，复核内容主要有集水井深度不宜小于0.70m，集水井的有效容积不应小于最大一台泵5min的出水量，车站主废水泵房集水池的有效容积不宜小于30m3等。

c.清排能力：复核在给水泄露、消防用水、污废水等同时进行清排的不利工况下，集水井及配泵是否能满足安全排水要求。

d.防渗能力：复核结构防水等级，混凝土抗渗等级应根据埋深确定，并符合相关设计规范要求。

2.3 工程施工期间对周边防汛设施安全的影响

所谓防汛设施，指的是河道堤防(含防汛墙、护岸、海塘等)、水闸、泵站、水文站、泵站、排水管道等能够防御和减轻台风、暴雨、高潮和洪水等引起的灾害的工程设施，以及防汛信息系统等辅助性设施。

“13西工程”区间隧道穿越苏州河、蟠龙港等多条市、区管河道以及多处DN1400雨水干管、DN600污水干管等，车站等基坑开挖施工也需对多条雨污水管线进行临时搬迁，施工期间势必对周边防汛设施的安全运行造成不利影响。对基坑开挖以及盾构掘进过程对防汛设施的影响进行分析论证，可为后续施工和监测提供理论数据支撑。

2.3.1 基坑开挖施工

基坑开挖过程会使周边地势产生明显沉降，通常对于有止水帷幕的基坑，常取4倍基坑开挖深度作为基坑施工影响范围。

“13西工程”开挖最深的节点为天山西路逃生井，基坑深度达35.70m，基坑开挖影响范围内存在DN800雨水管等重要防汛设施，有的距离基坑开挖边缘不足30m。本文以该节点为例，利用Plaxis2D软件进行有限元计算，模拟并分析基坑开挖过程对市政管道变形的影响[7]。

由图1、图2中的模拟结果可知，因距离深基坑较近，市政管网均有不同程度的变形，且远超过警报值10mm，最大变形超过30mm。故施工期间应对变形较大的市政管网加强监测，并采取有效保护措施，待施工结束后对周边防汛设施进行一次全面的安全鉴定，对于变形严重的防汛设施，建议按原样进行拆除重建，以免影响其防汛功能。

图1 基坑开挖水平变形云图

图2 基坑开挖竖向变形云图

2.3.2 区间盾构掘进

根据现场实验，盾构掘进后对周围产生扰动，扰动后的土体的各项物理力学性质下降，下降幅度可达到15%～50%，靠近盾构的土层下降幅度最大。

苏州河作为重要的市管河道，承担着区域防洪除涝的重任，是上海市的“母亲河”。“13西工程”纪翟路站—金运路站区间穿越苏州河，盾构掘进平面走向基本与苏州河垂直，盾构顶标高距离防汛墙桩尖最近距离仅为3.10m。本文以该节点为例，利用Plaxis2D软件进行有限元计算，模拟并分析盾构掘进过程对苏州河防汛墙变形的影响[8]。

由图3、图4中的模拟结果可知，区间盾构掘进造成河道防汛墙下降6～20mm，且土层损失率取小值可明显减小对防汛设施造成的变形。故施工期间应严格控制好土层损失率，加强监测，防汛设施一旦变形超过警戒值应对防汛设施采取保护措施。同时，盾构掘进过程中应严格控制好注浆压力，以免注浆压力过大造成跑浆、过小造成地表变形增大[9]。

图3 土层损失率1%时竖向变形云图

图4 土层损失率0.3%时竖向变形云图

2.4 预防和减轻地下工程防汛安全风险的对策和措施

2.4.1 施工期

基坑开挖施工应严格按照“时空效应理论”，遵循“开槽支撑、先撑后挖，分层分段开挖、分段施作结构，严禁超挖、限时作业”等原则实施。施工期间应加强监测，尤其是难度较大的雨季。实施信息化管理，全程监测监控，随时预报，及时处理，确保基坑工程及周边防汛设施的安全。

对于预估盾构掘进会造成防汛设施变形过大的情况，施工前可对防汛设施进行工程本体保护，实施如间隔法、地基加固、结构加固等工程措施。施工期间应严格控制土层损失率和注浆压力，加强施工监测，根据沉降变化数据及时调整施工参数，做到动态管理，实现信息化施工。

2.4.2 运行期

地下工程运行期管理应做到分工明确、应对恰当、发现及时，可采取“疏、堵、挡、抢、排”为主的措施来预防和减轻灾害的影响。制定防汛值班制度、联络网制度和切实有效的防汛应急预案，并准备充足的应急抢险物资。在暴雨来临前，出入口用挡水板插入槛槽，备好沙袋(外覆塑料布或油布)，确认排水沟已疏通、集水池的垃圾已清理、集水池已预排空。暴雨积水上涨地面水位抬高时，首先采用堵的办法，用挡水板和沙袋来堵，再打开所有的排水泵进行排水。应急抢险行动结束后，收起器材设备，进行维护保养，以备下一次使用。

3 经验总结

a.开展轨交工程防汛论证工作所需的基础资料涉及专业较多，如线路、区间、建筑、结构、给排水等，同时还需要物探资料、测量资料、勘察资料、管线搬迁复位资料，基坑围护设计方案等，对基础资料的梳理做到无遗漏、有条理是后续开展防汛论证工作的基础保障。

b.充分考虑轨交工程的特殊性，在进行工程自身防汛安全评估时，将主体工程分为车站主体和区间隧道两类，结合各自特点分别从排水能力、挡水能力、清排能力、防渗能力四个方面进行分析论证。要从多方面、多角度、多维度对工程的防汛安全进行分析，做到论证方法规范、结论科学、建议合理。

c.“13西工程”共有11处深基坑工程(车站、风井等)和5个区间段，涉及的基坑数量、区间条段数多，分析方法和论证结论大多具有类似性，为确保论证工作的准确性、合理性和全面性，可选取具有代表性的典型基坑和典型区间分别进行论证，其余基坑和区间的论证按照类同的典型节点进行，既突出重点，又面面俱到。

d.在进行工程施工对周边防汛设施的影响分析时，可采取有限元计算来得到科学的数据结论。本文借助plaxis2D建立数学模型，模拟分析基坑开挖和盾构掘进施工过程对周边防汛设施的变形影响。该软件针对岩土工程应用而开发，常用来进行二维变形和稳定分析，软件功能强大、稳定且易于使用。借助该软件对防汛设施变形量进行预估算，所得结论更科学，据此提出的针对性措施也更加切实有效，能为后期工程建设提供可靠的理论数据支撑。