陳 超

（重慶兩江新區(qū)龍興工業(yè)園建設(shè)投資有限公司，重慶市 401135）

0 引言

重慶軌道交通4 號(hào)線是重慶軌道交通的在建線路，全長(zhǎng)68 km，起于渝北區(qū)民安大道，止于渝北區(qū)石船鎮(zhèn)，共設(shè)34 座車站，是重慶軌道交通建設(shè)網(wǎng)絡(luò)中重要的骨干線路之一。由于城市規(guī)劃、新舊城改造等問題，新修市政工程不可避免的與軌道交通建設(shè)之間密集交織。新建市政工程可能會(huì)在軌道交通周邊進(jìn)行建設(shè)活動(dòng)，不可避免對(duì)軌道交通地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的不利影響。因此，合理安排軌道交通與市政工程共建時(shí)序，來減小構(gòu)筑物之間的安全隱患問題[1]。

本文通過工程實(shí)例，根據(jù)擬建道路與軌道交通之間的相對(duì)位置關(guān)系，通過Midas/GTS 有限元分析軌道交通與市政工程共建時(shí)序造成的不利影響，并對(duì)其安全性進(jìn)行評(píng)估。

1 工程概況

兩江大道位于龍盛片區(qū)，道路自南向北貫穿整個(gè)區(qū)域，是兩江新區(qū)龍盛片區(qū)的中軸線，為城市主干道，紅線寬度66 m，雙向八車道。軌道4 號(hào)線與兩江大道平行布設(shè)，與兩江大道共線段長(zhǎng)12 km。其中，龍興站位于黃胡路- 兩江大道交叉口正下方，車站軌面高程為251.256 m， 兩江大道現(xiàn)狀高程為276.408 m，下穿道覆土深度為0.556～2.908 m，軌道區(qū)間覆土深度為6.109 m～16.645 m。車站為地下14 m 島式明挖車站，采用明挖順作法施工，穿越的地層為主要為填土、強(qiáng)風(fēng)化巖層、砂質(zhì)泥巖及砂巖等。車站為三跨雙層斷面，凈寬為21.66 m，凈高為13.14 m，側(cè)墻壁厚為0.8 m，頂?shù)装搴駷?.9 m，柱采用1300 mm×800 mm 形式，見圖1。

圖1 軌道隧道襯砌結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

新建道路為兩層菱形立交，地下通道采用雙向六車道方案，其中U 槽段長(zhǎng)72 m，閉口式框架結(jié)構(gòu)段長(zhǎng)170 m，總長(zhǎng)242 m。閉口式框架結(jié)構(gòu)采用單箱雙室，頂板壁厚1.0 m，邊側(cè)墻壁厚1.0 m，中墻厚0.8 m，采用C40 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

軌道龍興站位于兩江大道地下通道閉口段正下方， 道路路面標(biāo)高268.603 m， 車站頂面標(biāo)高為266.162 m，車站頂面與路面高差為2.441 m；地下通道結(jié)構(gòu)外底標(biāo)高為266.603 m，距離車站頂面標(biāo)高高差為0.441 m，距離較近，因此，本項(xiàng)目需要合理安排建設(shè)時(shí)序，并對(duì)其安全進(jìn)行評(píng)估分析。軌道交通與市政工程的位置關(guān)系見圖2、圖3。

圖2 新建道路與軌道交通的平面位置關(guān)系

圖3 新建道路與軌道交通的立面位置關(guān)系

2 共建時(shí)序管理

由于本項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)需與軌道交通4 號(hào)線共建，存在兩部分結(jié)構(gòu)交叉建設(shè)，故需從設(shè)計(jì)、施工和管理方面提供保障。項(xiàng)目按照共（代）建方式，遵循同步設(shè)計(jì)、同步建設(shè)、同步驗(yàn)收的原則。合理安排軌道交通與市政工程共建時(shí)序是控制構(gòu)筑物之間的安全隱患問題的重點(diǎn)[2]。本項(xiàng)目中，共建段主要包括市政“U”型槽段和地下通道閉口段。邀請(qǐng)參加多方共同討論溝通，區(qū)分項(xiàng)目中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，充分考慮各種不利和有利因素，以及本工程的造價(jià)、工期等問題，對(duì)共建時(shí)序進(jìn)行多方案比較設(shè)計(jì)后，確定了最終方案。

市政“U”型槽段，見圖4：

圖4 市政“U”型槽段與軌道地下區(qū)間建設(shè)時(shí)序圖

軌道實(shí)施基坑開挖及支護(hù)，基坑寬度滿足市政下穿道施工需要；

軌道實(shí)施龍興站主體結(jié)構(gòu)和防水保護(hù)層；待區(qū)間TBS 出井后，移交施工作業(yè)面給市政施工。

市政實(shí)施兩江大道下穿道底板與軌道車站頂板之間的輕質(zhì)混凝土墊層；

市政實(shí)施兩江大道下穿道結(jié)構(gòu)；

市政實(shí)施下穿道兩側(cè)基坑回填；

市政實(shí)施路面及地上附屬設(shè)施。

地下通道閉口段，見圖5：

圖5 下穿道閉口段（共建段）與軌道車站施工流程圖

軌道實(shí)施基坑開挖及支護(hù)，基坑寬度滿足市政下穿道施工需要；

軌道實(shí)施龍興站主體結(jié)構(gòu)和防水保護(hù)層；移交施工作業(yè)面給市政施工。

市政實(shí)施兩江大道下穿道底板與軌道車站頂板之間的輕質(zhì)混凝土墊層；

市政實(shí)施兩江大道下穿道結(jié)構(gòu)；

市政實(shí)施下穿道兩側(cè)及頂面處基坑回填；

市政實(shí)施路面及地上附屬設(shè)施。

3 安全評(píng)估

地下通道施工對(duì)軌道交通安全影響評(píng)估涉及到巖土與結(jié)構(gòu)相互作用的分析，其研究方法大致分為兩類：數(shù)理力學(xué)方法和經(jīng)驗(yàn)類比方法。其中，數(shù)理力學(xué)方法主要為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究、模型實(shí)驗(yàn)研究和理論分析研究[3]。而理論分析研究又分純理論解析分析和數(shù)值解析分析，由于巖土工程的復(fù)雜性及差異性，經(jīng)驗(yàn)法與解析法往往缺乏通用性，其結(jié)果的準(zhǔn)確性很難得到保證。數(shù)值模擬分析方法可以考慮地層條件、空間效應(yīng)、輔助工法等影響因素，可以較真實(shí)的模邊坡的受力行為，在對(duì)工程的前后安全評(píng)估中得到廣泛應(yīng)用[4]。

評(píng)估思路為：根據(jù)工程技術(shù)資料及評(píng)估對(duì)象實(shí)際空間位置關(guān)系及地質(zhì)條件對(duì)共建的施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源，運(yùn)用MIDAS/GTS 有限元分析軟件進(jìn)行仿真數(shù)值模擬計(jì)算，分析共建過程中對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的安全影響。綜合以上分析計(jì)算，做出軌道結(jié)構(gòu)安全影響的評(píng)價(jià)，并提出建議。

采用MIDAS/GTS 有限元軟件建模時(shí)，巖土視為各向同性的理想彈性- 塑性材料，并采用摩爾~ 庫倫屈服準(zhǔn)則（見圖6）。材料模型可用于模擬巖土等粒狀材料，中風(fēng)化泥巖粘聚力c 取244 kPa，內(nèi)摩擦角φ 取24.9°，中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖c 取811 kPa，內(nèi)摩擦角φ 取28.1°。模型邊界條件：模型底面采用固定約束，側(cè)面采用對(duì)稱約束，地表為自由邊界。荷載包括巖土結(jié)構(gòu)自重，即有限元軟件根據(jù)輸入的巖土及結(jié)構(gòu)的材料容重自動(dòng)計(jì)算；以及外部荷載，即車行道荷載和人行道荷載。整個(gè)計(jì)算采用4 種工況對(duì)施工過程進(jìn)行模擬，見表1。

圖6 三維有限元模型

表1 工況一覽表

對(duì)軌道車站襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行位移分析。軌道車站襯砌結(jié)構(gòu)最大位移主要出現(xiàn)在運(yùn)營階段，位移云圖及位移量見圖7～圖11 和表2。

圖7 運(yùn)營階段圍巖地層水平位移

圖8 運(yùn)營階段圍巖地層豎向位移

圖9 運(yùn)營階段軌道襯砌結(jié)構(gòu)水平位移

圖10 運(yùn)營階段軌道襯砌結(jié)構(gòu)豎向位移

圖11 整體運(yùn)營后軌道圍巖塑性區(qū)云圖

表2 新建道路建設(shè)后橋墩變形分析表

根據(jù)三維有限元模型計(jì)算結(jié)果，兩江大道下穿（黃胡路）地下通道修建引起的軌道車站主體結(jié)構(gòu)最大豎向沉降6.5 mm，最大水平變形0.64 mm，均小于10 mm，周邊圍巖基本處在彈性狀態(tài)，兩江大道下穿（黃胡路）地下通道修建引起的軌道4 號(hào)線隧道區(qū)間段襯砌結(jié)構(gòu)變形量較小，地下通道修建及運(yùn)營不會(huì)對(duì)其造成顯著影響。

4 項(xiàng)目施工管理

（1）作為項(xiàng)目管理方，合理安排軌道交通與市政工程共建是控制構(gòu)筑物之間的安全隱患問題的重點(diǎn)。共建項(xiàng)目應(yīng)遵循不利工況應(yīng)先期或同步實(shí)施，軌道交通與市政工程同步設(shè)計(jì)、同步建設(shè)、同步驗(yàn)收原則。

（2）施工過程中應(yīng)對(duì)軌道交通已建部分采用相應(yīng)的保護(hù)措施，同時(shí)，應(yīng)做好與軌道站同步建設(shè)的協(xié)調(diào)工作，及時(shí)更新軌道資料，并作為本項(xiàng)目的控制條件。

（3）施工前應(yīng)與軌道相關(guān)部門協(xié)調(diào)落實(shí)軌道結(jié)構(gòu)與地下通道施工工作界面。

（4）為保證回填材料具有滿足承載力要求，且減少對(duì)軌道車站的施工碾壓荷載，選用優(yōu)質(zhì)填料回填，必要時(shí)采用較好的輕質(zhì)混凝土材料回填，控制填筑質(zhì)量，避免后期對(duì)軌道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

（5）施工期間嚴(yán)格控制基坑底部的超挖，特別是杜絕向軌道附屬結(jié)構(gòu)一側(cè)的超挖，盡量減少對(duì)軌道附屬結(jié)構(gòu)周邊土體的擾動(dòng)。軌道保護(hù)范圍線內(nèi)，嚴(yán)禁爆破施工。

（6）地下通道施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)基坑排水措施，在結(jié)構(gòu)施工后，盡快封閉基坑。

（7）地下通道施工及回填采用信息法施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，對(duì)周圍建（構(gòu)）筑物進(jìn)行位移及沉降等監(jiān)測(cè)，信息反饋指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。委托專業(yè)監(jiān)測(cè)單位加強(qiáng)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)在相關(guān)道路施工過程中及運(yùn)營階段的變形和關(guān)鍵斷面的監(jiān)控量測(cè)，確保隧道結(jié)構(gòu)的安全。一旦發(fā)現(xiàn)異常立即停止作業(yè)。

5 結(jié)語

在軌道隧道結(jié)構(gòu)上部進(jìn)行基坑開挖及地下通道結(jié)構(gòu)施作是能夠?qū)崿F(xiàn)的，只要通過合適的共建時(shí)序管理，有效的結(jié)構(gòu)措施是能確保施工和結(jié)構(gòu)安全的。同樣，兩江大道節(jié)點(diǎn)工程（一期）施工對(duì)軌道4 號(hào)線隧道的安全影響也是可控的。