程險峰

(北京京港地鐵有限公司，北京 100068)

0 引 言

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了城市地鐵交通建設(shè)，以地鐵為代表的交通設(shè)施建設(shè)工作需求量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，在發(fā)展此項工作時，穿越施工工程成了新建工程的關(guān)鍵節(jié)點。尤其是對于穿越運營地鐵的工程，在確保既有運營地鐵安全的情況下，新建工程如何順利安全的施工成了一個亟須解決的問題[1]。為了保證既有地鐵車站在運營中的安全性，下述將以北京地鐵19號線一期工程項目為例，進(jìn)行換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全影響的分析，并以此為依據(jù)，提出對應(yīng)的安全處理整改措施，在確保新建工程自身施工安全的同時，盡可能地降低對既有地鐵車站結(jié)構(gòu)安全的影響，保障地鐵的安全運營[2]。

1 換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全風(fēng)險因素分析

將工程項目中的安全風(fēng)險劃分為自身風(fēng)險與環(huán)境風(fēng)險，下述將對提出的兩種安全風(fēng)險進(jìn)行識別，結(jié)合風(fēng)險等級與風(fēng)險現(xiàn)象的描述，設(shè)計工程整改方案與對應(yīng)的風(fēng)險處理措施[3]。對自身風(fēng)險進(jìn)行描述，見表1。

表1 換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站自身風(fēng)險

在此基礎(chǔ)上，提出三個方面的環(huán)境風(fēng)險，對其進(jìn)行識別與描述。

(1) 換乘通道下穿2 000 mm×2 000 mm電力管溝工程，此工程風(fēng)險屬于一級風(fēng)險。此電力管溝建成于2014年，管溝材質(zhì)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土。管溝凈寬2 m，凈高2 m，壁厚0.25 m；管溝底埋深約4.1 m，管溝底距拱頂高度約0.65 m。

(2) 換乘通道下穿1 200 mm×500 mm改移管溝工程，此工程風(fēng)險屬于二級風(fēng)險。管溝為車站主體施工改移施工，管溝底埋深約2.0 m，管溝底距拱頂高度約1.4 m。

(3) 2號換乘通道臨近既有站1號緊急疏散口工程，此工程風(fēng)險屬于二級風(fēng)險。既有站1號緊急疏散口位于換乘通道北側(cè)，距離結(jié)構(gòu)最小距離約為8.33 m。

為解決上述提出的三種工程風(fēng)險，提出如下所示的風(fēng)險處理與解決措施：在施工前做好對管線的核查，了解管線結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及運營現(xiàn)狀[4]。對通道上半斷面及通道間土體進(jìn)行深孔注漿超前加固，及時進(jìn)行初支及二襯背后注漿。同時，加大監(jiān)測的頻率與次數(shù)，并在監(jiān)測過程中結(jié)合反饋的結(jié)果，對施工作業(yè)方案、施工技術(shù)、施工參數(shù)進(jìn)行及時調(diào)整。

其四為既有大興線新宮站側(cè)墻破除工程，此工程風(fēng)險屬于一級風(fēng)險。19號線新宮站換乘通道臨近并接入既有大興線新宮站。開洞尺寸為7.6 m×4.5 m。為解決風(fēng)險問題，應(yīng)在施工前對既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分調(diào)查、復(fù)測，對側(cè)墻裂縫與變形進(jìn)行檢測[5]。同時，在既有結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)施作工字鋼加強環(huán)梁，采用繩鋸法破除。

2 安全處理措施研究

2.1 確定安全管理組織保障措施

為提高在既有地鐵車站中完成換乘通道暗挖施工的安全性，對其進(jìn)行安全處理。首先，確定安全管理組織保障措施[6]。由負(fù)責(zé)工程項目的經(jīng)理部門選擇各個專業(yè)人員組成安全管理小組，并按照如圖1所示的內(nèi)容進(jìn)行安全保證體系的建立。

圖1 安全管理組織保證體系結(jié)構(gòu)圖

在完成對保證體系的構(gòu)建后，具體實施安全管理措施時，應(yīng)當(dāng)由領(lǐng)導(dǎo)層組織各小組成員完成對每一天碰頭會議的召開，并對施工過程中實際出現(xiàn)的安全方面問題進(jìn)行交底，同時還應(yīng)當(dāng)以一周為單位完成一次全管段的安全質(zhì)量檢查，并完成安全技術(shù)交底和布置工作。在管理過程中，應(yīng)當(dāng)充分滿足傷亡控制指標(biāo)要求、施工安全達(dá)標(biāo)要求以及文明施工要求。

2.2 換乘通道暗挖施工現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控

在明確安全管理組織保障措施基礎(chǔ)上，需要對換乘通道暗挖工程項目的施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測和監(jiān)控。監(jiān)測與監(jiān)控的主要內(nèi)容包括對施工區(qū)域地質(zhì)條件的勘探，對地基沉降情況的監(jiān)測以及對地下水位和周圍位移情況的監(jiān)測。在監(jiān)測過程中，為了確保監(jiān)測精度，必須選擇針對不同參數(shù)進(jìn)行測定的儀器設(shè)備，同時對其精度提出更高的要求[7]。在對沉降情況進(jìn)行監(jiān)測時，可選用電子水準(zhǔn)儀以及銦鋼尺等對其進(jìn)行測定，測定依據(jù)為二級水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)。沉降監(jiān)測的主要參數(shù)包括地表沉降值、地下管線的沉降值等[8]。在具體開展暗挖施工時，應(yīng)當(dāng)在地面存在變形問題以外的區(qū)域，對測點進(jìn)行埋設(shè)，并完成對水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)。在實際監(jiān)測時，首次監(jiān)測可以根據(jù)監(jiān)測條件，適當(dāng)增加測回數(shù)，通常情況下，可選擇三次測定結(jié)果的平均值作為初始讀數(shù)值。表1為換乘通道暗挖施工現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控表。

除表1中內(nèi)容以外，路面沉降速率要求：路面沉降速率不大于2 mm/d。為了確保監(jiān)測監(jiān)控的質(zhì)量，除了按照上述內(nèi)容，采取合理的儀器設(shè)備實現(xiàn)對其相關(guān)參數(shù)的測定以外，還應(yīng)當(dāng)安排專業(yè)人員對暗挖施工過程中土質(zhì)情況、支護(hù)結(jié)構(gòu)體系等進(jìn)行重點監(jiān)測。結(jié)合監(jiān)測得到的信息，分別從變形量和變形速率兩個方面實現(xiàn)對測點的安全風(fēng)險判斷，在綜合二者后給出具體的預(yù)警判斷結(jié)果。

表1 換乘通道暗挖施工現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控表

2.3 監(jiān)控測量數(shù)據(jù)分析與預(yù)測

按照上述內(nèi)容實現(xiàn)對換乘通道暗挖施工現(xiàn)場的監(jiān)測和監(jiān)控后，針對獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。針對原始數(shù)據(jù)信息可按照從大到小的方式，獲取數(shù)據(jù)的特征值，并針對離群的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行取舍。在對離群數(shù)據(jù)信息進(jìn)行取舍時，可綜合數(shù)據(jù)的離群分?jǐn)?shù)，將其作為依據(jù)。數(shù)據(jù)離群分?jǐn)?shù)的計算公式為：

(1)

式中：χ為監(jiān)控測量數(shù)據(jù)的離群分?jǐn)?shù)；i為某一監(jiān)控測量數(shù)據(jù)點與數(shù)據(jù)集合之間的最短距離；n為重復(fù)離散操作次數(shù)。

在對離群數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇時，對數(shù)據(jù)離群分?jǐn)?shù)閾值進(jìn)行設(shè)定，若按照上述公式計算得出的結(jié)果在設(shè)定閾值范圍內(nèi)，則說明該數(shù)據(jù)不屬于離群數(shù)據(jù)，可將其歸類為監(jiān)控測量數(shù)據(jù)；若按照上述公式計算得出的結(jié)果不在設(shè)定閾值范圍內(nèi)，則說明該數(shù)據(jù)屬于離群數(shù)據(jù)，將其歸類為離群數(shù)據(jù)并剔除。針對實際測量得到的數(shù)據(jù)信息，將其作為基礎(chǔ)，引入函數(shù)近似的方法計算得出與測量規(guī)律相符但無法通過實測方式獲取到的數(shù)據(jù)。針對每一個監(jiān)測監(jiān)控點上得到的結(jié)果，都需要結(jié)合安全管理基準(zhǔn)以及位移變化速率等內(nèi)容對其進(jìn)行綜合判斷，并以此得出暗挖施工過程中建筑結(jié)構(gòu)和建筑物的實際安全狀況，將所有測點上的監(jiān)控監(jiān)測信息匯總，并以一周或一個月為單位完成對安全監(jiān)測管理報表的編寫，將相關(guān)文件同步反饋到施工部，由施工部嚴(yán)格按照反饋內(nèi)容對施工進(jìn)行指導(dǎo)，并對施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終確保暗挖施工的安全，同時在監(jiān)控監(jiān)測信息的支撐下，暗挖施工的效率也能夠得到進(jìn)一步的提升。

除了新建工程暗挖洞內(nèi)的監(jiān)測以外，針對既有車站內(nèi)部也需要進(jìn)行第三方監(jiān)測，結(jié)合檢測評估報告以及相關(guān)專項設(shè)計文件，確定在既有的車站內(nèi)部的監(jiān)測范圍以及具體監(jiān)測項目，監(jiān)測的主要內(nèi)容包括車站結(jié)構(gòu)的沉降量、變形縫差異沉降量以及軌道結(jié)構(gòu)沉降量等。在實際施工過程中，除了需要強化對既有車站結(jié)構(gòu)以及軌道變形情況的監(jiān)測以外，還應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的應(yīng)急處理準(zhǔn)備工作。針對換乘通道破洞位置，既有車站結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力也需要進(jìn)行監(jiān)測。在明確既有車站內(nèi)部監(jiān)測范圍后，進(jìn)行車站現(xiàn)場安全巡視范圍的確定，可將此項工作從下述兩個方面入手。其一，對車站內(nèi)部采用巡視的方式，明確既有車站隧道底板的埋深，保證車站周邊環(huán)境施工作業(yè)不會對既有結(jié)構(gòu)安全性造成影響。其二，在進(jìn)行既有車站線路的安全巡視時，應(yīng)參照監(jiān)測范圍確定巡視范圍，確保對開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。以此種方式，實現(xiàn)對既有車站內(nèi)部的監(jiān)測。

2.4 監(jiān)控測量反饋與風(fēng)險預(yù)警

為實現(xiàn)對安全風(fēng)險的直觀判斷，通過四種顏色實現(xiàn)對其可視化。監(jiān)控量未超過控制值70%時，處于未預(yù)警綠色狀態(tài)；針對監(jiān)控量超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值70%的情況，用黃色預(yù)警響應(yīng)顯示；針對監(jiān)控量超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值80%的情況，用橙色預(yù)警響應(yīng)顯示；針對監(jiān)控量超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值90%的情況，用紅色預(yù)警響應(yīng)顯示。三種預(yù)警響應(yīng)，顏色越深表示危險程度越高，以此能夠在實施安全管理的過程中，第一時間根據(jù)預(yù)警響應(yīng)的顏色對現(xiàn)場安全風(fēng)險情況進(jìn)行判斷。針對本文上述提到的工程項目，其監(jiān)控量測的資料均通過計算機專業(yè)技術(shù)軟件進(jìn)行自動化分析和處理，對于監(jiān)測信息的反饋可按照圖2所示的流程實現(xiàn)。

圖2 監(jiān)測信息反饋流程示意圖

根據(jù)工程施工現(xiàn)場的實際情況，在獲取到監(jiān)控測量反饋信息的基礎(chǔ)上，做出相應(yīng)的風(fēng)險預(yù)警響應(yīng)。由施工單位將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳到信息平臺，并由第三方監(jiān)測對上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，再加之運營地鐵第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)，以此提供更加準(zhǔn)確的施工安全風(fēng)險預(yù)警信息。將預(yù)警信息作為依據(jù)，在開展后續(xù)施工中，嚴(yán)格按照預(yù)警信息實施各項工程作業(yè)任務(wù)，以此在最大限度上提升暗挖施工的安全性，并確保運營地鐵的安全。

3 對比分析

以北京地鐵19號線一期工程項目為例，對設(shè)計方法進(jìn)行檢驗。證明本文提出的安全處理措施具有可行性，可以保證換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全。

實驗前，獲取此工程項目概況信息。新宮站換乘通道位于車站西側(cè)，沿規(guī)劃京良路東延布置，與既有大興線新宮站進(jìn)行換乘。換乘通道采用暗挖法施工，拱頂埋深最小約3.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段凈高5.05 m，下穿電力管溝段凈高3.75 m，凈寬6.6 m；1號換乘通道總長為24.63 m，2號換乘通道總長為25.7 m，兩換乘通道間的間距為2.4 m。穿越地層主要為粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、卵石層，拱頂主要位于粉質(zhì)黏土層。

根據(jù)地質(zhì)詳勘報告，換乘通道主要存在一層地下水，地下水類型為層間潛水～承壓水(四)，初勘及詳勘階段地下水位具體情況見表3：

表3 地下水位觀測情況

地下水平均年變幅為2～3 m，現(xiàn)狀水位埋深為23.90 m，絕對標(biāo)高約為18.00 m，位于通道底板以下約13.7 m，無須進(jìn)行地下水處理。工程實施中，車輛沿槐房西路進(jìn)入施工現(xiàn)場，槐房西路為雙行六車道?，F(xiàn)場用電由業(yè)主提供1臺800KVA 的變壓器供電?，F(xiàn)場用水由業(yè)主提供1臺 DN100上水管接頭供水。根據(jù)上文論述可知，此工程項目的現(xiàn)場施工條件基本可以滿足需求。

完成對此項目的技術(shù)交底后，按照上文設(shè)計的內(nèi)容，對建設(shè)工程進(jìn)行安全管理，評價不同施工單元在四級監(jiān)測下的安全狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 不同施工單元在四級監(jiān)測下的安全狀態(tài)

從圖3可以看出，處理后施工現(xiàn)場的安全狀態(tài)為“綠色未預(yù)警”，證明施工現(xiàn)場無影響安全的因素。處理前的施工現(xiàn)場不同單元預(yù)警結(jié)果不同，但其預(yù)警等級均高于“未綠色未預(yù)警”等級，說明施工現(xiàn)場存在影響安全的因素。

4 結(jié)束語

本文以北京地鐵19號線一期工程項目為例，開展換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全影響分析及處理措施的研究。經(jīng)實踐驗證證明，本文設(shè)計的方法應(yīng)用到施工中，可以保證不同施工單元在四級監(jiān)測下保持“綠色未預(yù)警”安全狀態(tài)。但要進(jìn)一步保障施工現(xiàn)場的安全，還應(yīng)在本文提出內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增設(shè)施工中的應(yīng)急聯(lián)動，為最大限度地降低施工過程中出現(xiàn)險情，減少對周邊建構(gòu)筑物安全與穩(wěn)定的不利影響，施工單位與相關(guān)單位建立應(yīng)急搶險聯(lián)動機制，一旦出現(xiàn)險情啟動該應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)事故險情嚴(yán)重情況，確定是否進(jìn)行聯(lián)動搶險。當(dāng)出現(xiàn)周邊地鐵結(jié)構(gòu)變形超限、道路地表沉降或隆起超過警戒值、圍護(hù)樁水平及垂直位移速率超過警戒值等情況時，啟動應(yīng)急搶險預(yù)案。

同時，當(dāng)新建工程出現(xiàn)支撐體系失穩(wěn)問題時，值班技術(shù)員要迅速下令停止施工，使用臨時支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行初支的加固處理，加固范圍為失穩(wěn)段兩側(cè)各延長一倍洞徑，同時將現(xiàn)場情況上報至項目經(jīng)理部、地鐵運營公司及相關(guān)各方。以此種方式，保證工程項目的順利實施以及周邊地鐵的運營安全。