换乘通道暗挖施工穿越既有地铁车站的安全影响分析及处理措施研究

程险峰

(北京京港地铁有限公司，北京 100068)

0 引 言

经济的发展促进了城市地铁交通建设，以地铁为代表的交通设施建设工作需求量呈现逐年增加的趋势，在发展此项工作时，穿越施工工程成了新建工程的关键节点。尤其是对于穿越运营地铁的工程，在确保既有运营地铁安全的情况下，新建工程如何顺利安全的施工成了一个亟须解决的问题[1]。为了保证既有地铁车站在运营中的安全性，下述将以北京地铁19号线一期工程项目为例，进行换乘通道暗挖施工穿越既有地铁车站的安全影响的分析，并以此为依据，提出对应的安全处理整改措施，在确保新建工程自身施工安全的同时，尽可能地降低对既有地铁车站结构安全的影响，保障地铁的安全运营[2]。

1 换乘通道暗挖施工穿越既有地铁车站的安全风险因素分析

将工程项目中的安全风险划分为自身风险与环境风险，下述将对提出的两种安全风险进行识别，结合风险等级与风险现象的描述，设计工程整改方案与对应的风险处理措施[3]。对自身风险进行描述，见表1。

表1 换乘通道暗挖施工穿越既有地铁车站自身风险

在此基础上，提出三个方面的环境风险，对其进行识别与描述。

(1) 换乘通道下穿2 000 mm×2 000 mm电力管沟工程，此工程风险属于一级风险。此电力管沟建成于2014年，管沟材质采用现浇钢筋混凝土。管沟净宽2 m，净高2 m，壁厚0.25 m；管沟底埋深约4.1 m，管沟底距拱顶高度约0.65 m。

(2) 换乘通道下穿1 200 mm×500 mm改移管沟工程，此工程风险属于二级风险。管沟为车站主体施工改移施工，管沟底埋深约2.0 m，管沟底距拱顶高度约1.4 m。

(3) 2号换乘通道临近既有站1号紧急疏散口工程，此工程风险属于二级风险。既有站1号紧急疏散口位于换乘通道北侧，距离结构最小距离约为8.33 m。

为解决上述提出的三种工程风险，提出如下所示的风险处理与解决措施：在施工前做好对管线的核查，了解管线结构现状及运营现状[4]。对通道上半断面及通道间土体进行深孔注浆超前加固，及时进行初支及二衬背后注浆。同时，加大监测的频率与次数，并在监测过程中结合反馈的结果，对施工作业方案、施工技术、施工参数进行及时调整。

其四为既有大兴线新宫站侧墙破除工程，此工程风险属于一级风险。19号线新宫站换乘通道临近并接入既有大兴线新宫站。开洞尺寸为7.6 m×4.5 m。为解决风险问题，应在施工前对既有结构进行充分调查、复测，对侧墙裂缝与变形进行检测[5]。同时，在既有结构内侧施作工字钢加强环梁，采用绳锯法破除。

2 安全处理措施研究

2.1 确定安全管理组织保障措施

为提高在既有地铁车站中完成换乘通道暗挖施工的安全性，对其进行安全处理。首先，确定安全管理组织保障措施[6]。由负责工程项目的经理部门选择各个专业人员组成安全管理小组，并按照如图1所示的内容进行安全保证体系的建立。

图1 安全管理组织保证体系结构图

在完成对保证体系的构建后，具体实施安全管理措施时，应当由领导层组织各小组成员完成对每一天碰头会议的召开，并对施工过程中实际出现的安全方面问题进行交底，同时还应当以一周为单位完成一次全管段的安全质量检查，并完成安全技术交底和布置工作。在管理过程中，应当充分满足伤亡控制指标要求、施工安全达标要求以及文明施工要求。

2.2 换乘通道暗挖施工现场监测监控

在明确安全管理组织保障措施基础上，需要对换乘通道暗挖工程项目的施工现场进行监测和监控。监测与监控的主要内容包括对施工区域地质条件的勘探，对地基沉降情况的监测以及对地下水位和周围位移情况的监测。在监测过程中，为了确保监测精度，必须选择针对不同参数进行测定的仪器设备，同时对其精度提出更高的要求[7]。在对沉降情况进行监测时，可选用电子水准仪以及铟钢尺等对其进行测定，测定依据为二级水准测量标准。沉降监测的主要参数包括地表沉降值、地下管线的沉降值等[8]。在具体开展暗挖施工时，应当在地面存在变形问题以外的区域，对测点进行埋设，并完成对水准网的布设。在实际监测时，首次监测可以根据监测条件，适当增加测回数，通常情况下，可选择三次测定结果的平均值作为初始读数值。表1为换乘通道暗挖施工现场监测监控表。

除表1中内容以外，路面沉降速率要求：路面沉降速率不大于2 mm/d。为了确保监测监控的质量，除了按照上述内容，采取合理的仪器设备实现对其相关参数的测定以外，还应当安排专业人员对暗挖施工过程中土质情况、支护结构体系等进行重点监测。结合监测得到的信息，分别从变形量和变形速率两个方面实现对测点的安全风险判断，在综合二者后给出具体的预警判断结果。

表1 换乘通道暗挖施工现场监测监控表

2.3 监控测量数据分析与预测

按照上述内容实现对换乘通道暗挖施工现场的监测和监控后，针对获取到的数据进行处理。针对原始数据信息可按照从大到小的方式，获取数据的特征值，并针对离群的数据信息进行取舍。在对离群数据信息进行取舍时，可综合数据的离群分数，将其作为依据。数据离群分数的计算公式为：

(1)

式中：χ为监控测量数据的离群分数；i为某一监控测量数据点与数据集合之间的最短距离；n为重复离散操作次数。

在对离群数据进行选择时，对数据离群分数阈值进行设定，若按照上述公式计算得出的结果在设定阈值范围内，则说明该数据不属于离群数据，可将其归类为监控测量数据；若按照上述公式计算得出的结果不在设定阈值范围内，则说明该数据属于离群数据，将其归类为离群数据并剔除。针对实际测量得到的数据信息，将其作为基础，引入函数近似的方法计算得出与测量规律相符但无法通过实测方式获取到的数据。针对每一个监测监控点上得到的结果，都需要结合安全管理基准以及位移变化速率等内容对其进行综合判断，并以此得出暗挖施工过程中建筑结构和建筑物的实际安全状况，将所有测点上的监控监测信息汇总，并以一周或一个月为单位完成对安全监测管理报表的编写，将相关文件同步反馈到施工部，由施工部严格按照反馈内容对施工进行指导，并对施工参数进行调整，最终确保暗挖施工的安全，同时在监控监测信息的支撑下，暗挖施工的效率也能够得到进一步的提升。

除了新建工程暗挖洞内的监测以外，针对既有车站内部也需要进行第三方监测，结合检测评估报告以及相关专项设计文件，确定在既有的车站内部的监测范围以及具体监测项目，监测的主要内容包括车站结构的沉降量、变形缝差异沉降量以及轨道结构沉降量等。在实际施工过程中，除了需要强化对既有车站结构以及轨道变形情况的监测以外，还应当做好相应的应急处理准备工作。针对换乘通道破洞位置，既有车站结构变形及应力也需要进行监测。在明确既有车站内部监测范围后，进行车站现场安全巡视范围的确定，可将此项工作从下述两个方面入手。其一，对车站内部采用巡视的方式，明确既有车站隧道底板的埋深，保证车站周边环境施工作业不会对既有结构安全性造成影响。其二，在进行既有车站线路的安全巡视时，应参照监测范围确定巡视范围，确保对开挖过程中支护结构的监测。以此种方式，实现对既有车站内部的监测。

2.4 监控测量反馈与风险预警

为实现对安全风险的直观判断，通过四种颜色实现对其可视化。监控量未超过控制值70%时，处于未预警绿色状态；针对监控量超过标准数值70%的情况，用黄色预警响应显示；针对监控量超过标准数值80%的情况，用橙色预警响应显示；针对监控量超过标准数值90%的情况，用红色预警响应显示。三种预警响应，颜色越深表示危险程度越高，以此能够在实施安全管理的过程中，第一时间根据预警响应的颜色对现场安全风险情况进行判断。针对本文上述提到的工程项目，其监控量测的资料均通过计算机专业技术软件进行自动化分析和处理，对于监测信息的反馈可按照图2所示的流程实现。

图2 监测信息反馈流程示意图

根据工程施工现场的实际情况，在获取到监控测量反馈信息的基础上，做出相应的风险预警响应。由施工单位将监测到的数据上传到信息平台，并由第三方监测对上传的监测数据进行分析比对，再加之运营地铁第三方监测数据，以此提供更加准确的施工安全风险预警信息。将预警信息作为依据，在开展后续施工中，严格按照预警信息实施各项工程作业任务，以此在最大限度上提升暗挖施工的安全性，并确保运营地铁的安全。

3 对比分析

以北京地铁19号线一期工程项目为例，对设计方法进行检验。证明本文提出的安全处理措施具有可行性，可以保证换乘通道暗挖施工穿越既有地铁车站的安全。

实验前，获取此工程项目概况信息。新宫站换乘通道位于车站西侧，沿规划京良路东延布置，与既有大兴线新宫站进行换乘。换乘通道采用暗挖法施工，拱顶埋深最小约3.2 m，标准段净高5.05 m，下穿电力管沟段净高3.75 m，净宽6.6 m；1号换乘通道总长为24.63 m，2号换乘通道总长为25.7 m，两换乘通道间的间距为2.4 m。穿越地层主要为粉质黏土、粉细砂、卵石层，拱顶主要位于粉质黏土层。

根据地质详勘报告，换乘通道主要存在一层地下水，地下水类型为层间潜水～承压水(四)，初勘及详勘阶段地下水位具体情况见表3：

表3 地下水位观测情况

地下水平均年变幅为2～3 m，现状水位埋深为23.90 m，绝对标高约为18.00 m，位于通道底板以下约13.7 m，无须进行地下水处理。工程实施中，车辆沿槐房西路进入施工现场，槐房西路为双行六车道。现场用电由业主提供1台800KVA 的变压器供电。现场用水由业主提供1台 DN100上水管接头供水。根据上文论述可知，此工程项目的现场施工条件基本可以满足需求。

完成对此项目的技术交底后，按照上文设计的内容，对建设工程进行安全管理，评价不同施工单元在四级监测下的安全状态，如图3所示。

图3 不同施工单元在四级监测下的安全状态

从图3可以看出，处理后施工现场的安全状态为“绿色未预警”，证明施工现场无影响安全的因素。处理前的施工现场不同单元预警结果不同，但其预警等级均高于“未绿色未预警”等级，说明施工现场存在影响安全的因素。

4 结束语

本文以北京地铁19号线一期工程项目为例，开展换乘通道暗挖施工穿越既有地铁车站的安全影响分析及处理措施的研究。经实践验证证明，本文设计的方法应用到施工中，可以保证不同施工单元在四级监测下保持“绿色未预警”安全状态。但要进一步保障施工现场的安全，还应在本文提出内容的基础上，增设施工中的应急联动，为最大限度地降低施工过程中出现险情，减少对周边建构筑物安全与稳定的不利影响，施工单位与相关单位建立应急抢险联动机制，一旦出现险情启动该应急预案，根据事故险情严重情况，确定是否进行联动抢险。当出现周边地铁结构变形超限、道路地表沉降或隆起超过警戒值、围护桩水平及垂直位移速率超过警戒值等情况时，启动应急抢险预案。

同时，当新建工程出现支撑体系失稳问题时，值班技术员要迅速下令停止施工，使用临时支撑结构进行初支的加固处理，加固范围为失稳段两侧各延长一倍洞径，同时将现场情况上报至项目经理部、地铁运营公司及相关各方。以此种方式，保证工程项目的顺利实施以及周边地铁的运营安全。