地鐵下穿運營火車站安全管理研究

王喆鵬 （中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

隨著城市化的加快進行，地下軌道交通呈現快速發展的趨勢。很多大中型城市也隨之出現越來越多的地下交通工程穿越既有構筑物并相互影響的局面，當不得不穿越對沉降、變形非常敏感的鐵路站場時，區間隧道的風險管理及施工控制便成為一大難點。

1 火車站概況及規劃地鐵情況

1.1 既有火車站概況

該站為樞紐內主要客站，主站房總建筑面積約3萬m2，最高聚集人數5000人，站場規模為9臺12線，有砟軌道。上部設無站臺柱雨棚，旅客通道包括10m寬天橋2座、8m寬地道1座，概況如圖1、圖2所示。

1.2 新建地鐵概況

圖2 站內股道及接觸網

新建地鐵區間隧道為2條單洞單線盾構法隧道，線間距15～18.65m，長755m，最小曲線半徑為360m，覆土 9.7～17.3m。

站內土層主要為第四紀晚更新世沖洪積層（Q3al+pl）的黏土③層，含有上層滯水（一）、承壓水（三）和基巖裂隙水（四）共3類地下水，盾構法施工相比較明挖法，受地下水影響有限。兩端車站均采用明挖法施工，設計為島式站臺，區間采用2臺盾構機施工。

2 風險因素甄別

2.1 站房開裂

地鐵隧道下穿地面構筑物時，普遍存在著地表房屋變形超限、傾斜開裂等風險控制難題。首先，需要對地表房屋的變形開裂進行量化的計算分析評估，研究隧道下穿對地表建筑、環境的影響，并對房屋開裂、補強進行探討。

考慮到隧道開挖及襯砌是一個動態過程，其對上部構筑物的作用也是不斷推進和累積的，與施工過程關系緊密。應通過時間、空間關系分析構筑物內力變化和下方施工之間的相互聯系，明確相互關聯及影響機制，則可以更有針對性地進行安全評估及預案研究。

2.2 股道下沉

本站為大型鐵路樞紐站場，也是國內最重要的繁忙鐵路運輸干線之一，因此在過站區施工過程中，必須嚴格控制股道沉降，確保鐵路站場正常運營安全。

2.3 接觸網傾斜

本站內接觸網懸掛采用兩種形式：線間有雨棚柱的采用雨棚柱合架接觸網，線間無雨棚柱的采用線間立H型鋼柱懸掛接觸網。下穿范圍支柱跨距≤50m。接觸線高度設計值為6450mm，導線高度施工誤差±30mm，接觸線坡度≤2‰，接觸網柱發生傾斜或沉降，同樣會引起行車安全風險，需按照坡度要求對接觸網進行懸掛調整、順坡[1]。

2.4 雨棚柱側傾

站內無柱雨棚采用桁網結合結構，無柱雨棚基礎采用鉆孔灌注樁，樁徑500mm，樁長28m。地鐵隧道從雨棚柱鉆孔灌注樁之間穿過。盾構施工時必須確保雨棚柱樁基的側傾和沉降滿足結構自身安全要求及合建接觸網柱傾斜要求，避免危及旅客及行車安全。

2.5 天橋側傾

站內進站天橋2座，分別位于站場兩側，采用鋼箱梁+鋼管混凝土柱，樓面采用鋼板，基礎采用樁基礎和獨立基礎。

地鐵隧道將從天橋最外側的獨立基礎下穿過，該獨立基礎截面為3×3m，埋深3.5m，盾構隧道與獨立基礎豎向距離僅為10.3m，盾構施工時必須確保天橋基礎的側傾和沉降滿足結構穩定性要求。

2.6 地下廢棄構筑物探測

由于站房年代相對久遠且經過多次站改造，可能存在廢棄構筑物，施工中可能會帶來環境影響，干擾鐵路運營，因此應提前探明廢棄構筑物，并進行專項風險評估及處置方案研究。

3 風險管理措施

3.1 地鐵施工方面

施工中的沉降控制是重中之重。在進入下穿區前設試驗段（暫定100m），通過建立沉降監測及盾構施工主要參數的關系，優化系統設定，減小地面沉降。具體包括以下幾個方面。

①土倉內壓力管理。利用補償原理，預先通過推力微調，使盾構刀盤前方地表產生一定反向隆起，從而部分抵消盾殼過后上方產生的沉降。實際實施時基于監測結果動態調整壓力參數，盡量使平穩、無突變[2]。

②開挖速率管理。下穿關鍵構筑物時，通過系統協調，控制掘進速率按照2～3cm/min穩定進行，減少速率波動，使周圍土體盡量保持原狀態；同時應加強設備檢修，不允許在構筑物下方停機。如圖3所示為掘進系統示意圖。

③地層損失管理。地層損失會破壞周邊環境壓力平衡，產生附加沉降，區間隧道施工中的地層損失比率嚴格按照0.35%管理。實際出土量應控制在理論出土量的97%～98%之間。

圖3 掘進系統示意圖

④管片拼裝管理。在穿越過程中，要嚴抓管片拼裝，尤其注意K塊管片定位將直接影響到管片的姿態，從而影響盾構機姿態。使成型的隧道管片為盾構推進反力作出最好的支持。

⑤同步注漿量和漿液質量管理。壁后空隙依靠同步注漿進行填充，直接關系到地面沉降的大小，因此應及時注漿，并且保證不間斷、壓力達標，嚴格禁止注漿滯后或因故停止等事件。如圖4所示為注漿系統圖。

圖4 注漿系統圖

3.2 站房管理方面

①盾構隧道穿越站場前應積極與鐵路管理部門協調，編制完整的施工組織方案和應急預案，并通過鐵路管理部門的審查。

②在站內進行監測及其他施工時，應做好安全防護，保證施工安全。

③和鐵路部門建立暢通有效的溝通及應急機制。出現異常能及時溝通、協商解決問題。

④根據施工組織方案進行全面演練，作業者必須接受安全培訓，作業裝備及配套設施應處在隨時待命狀態，且有專門防護。符合《鐵路工務安全規則》規定方可進行施工。

⑤與鐵路管理部門簽訂安全協議，指派培專職的現場安全質量監督員；成立施工安全領導小組，制定施工作業流程圖，實行動態管理，有序可控。

3.3 風險事件預案編制要求

作為風險工程，實施前應編制系統的風險事件預案。一旦出現現場事故，依據預案展開高效、有序的搶險疏散，全力降低人員傷亡、國家和人民財產損失。

3.3.1 法律法規

基于《中華人民共和國安全生產法》、《中華人民共和國鐵路法》、《中華人民共和國鐵路運輸安全保護條例》等法律法規和有關規定，制定預案。

3.3.2 應急處置基本原則

①生命至上。搶險時應本著人生安全第一的原則，調動一切資源，組織人員撤離、傷者急救和群眾疏散；也必須把救援者的安全保障給予同等重視。

②重在預防。風險控制重在源頭，應實時鑒別事故跡象，捕捉風險點，及早進行處理；有效進行甄別、預防、提示和搶險布置，積極防范建設工程事故。

③統一指揮、逐級負責。在以鐵路管理部門為主的指揮機構進行統一協調，參建單位依據既有分工，進行責任分解，逐級落實，一旦出現意外可迅速、科學、有效地組織救援。

④科技武裝，效率優先。利用現有網絡和個人終端設備，組建分布式管理體系，提高指揮效率，實時反饋，精準調度。

4 結束語

綜上所述，涉鐵工程中，應在項目規劃、社會調查、各階段的設計、最終的工程實施以及投產運營系列過程進行專項風險管理。必須建立風險管理制度，對工程項目進行全面的風險控制，落實到責任主體。對工程中孕育的風險因素及其控制進行全面分析和評級，并對各參與方進行宣貫，排除安全隱患。要善于利用科技進行武裝，建立安全風險的系統識別體系和管理平臺，從而成功建設高度復雜的重點工程，促進我國交通基礎設施的高質量發展。