南寧大型立交橋涉及地鐵保護管理措施探討

黃永東，肖華杰，廖鵬，劉健

（1.南寧市城市建設投資發(fā)展有限責任公司，南寧530031；2.北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京100101）

1 引言

本文以南寧某大型立交橋工程為例，分析了該工程涉及地鐵的安全風險，總結了包括安全評估、專項施工方案、專項監(jiān)測等地鐵保護區(qū)近距離施工的一系列管理措施，通過保護成效分析，驗證了通過多項技術管理措施可以順利完成項目的建設，確保地鐵運營的安全。

2 工程概況

2.1 設計概況

清川立交橋地處南寧市秀廂大道、清川大道（快速環(huán)線）與大學路交叉口，為復合立交（即T型立交+三層苜蓿葉立交+T型立交），由東西快環(huán)節(jié)點、大學路立交和相思湖北路節(jié)點復合而成。本工程主要包括道路工程、立交工程、管線工程等，其中，對地鐵結構影響較大的主要為立交工程和管線工程。立交橋如圖1所示。

圖1 清川立交平面圖

大學路方向跨線橋，橋梁下部結構為“門”形框架橋墩，跨越地鐵1號線民族大學站—清川站—動物園站的區(qū)間隧道及清川站兩側，跨越的軌道交通既有隧道約825 m。墩臺處承臺下接樁基，樁基直徑均為1.8 m。大學路方向跨線橋0#～8#、16#～25#橋墩橋臺的內(nèi)側樁基靠近地鐵。該類樁基共76根，為減小施工對地鐵的擾動，保證施工中地鐵1號線的結構安全，樁基采用全套管跟進施工工藝，或施工時使鋼護筒頂面標高超過地鐵隧道底標高1 m。

管線工程包含雨水管、給水管和燃氣管。雨水管分布在大學路南側，設計管徑D1500 mm，不跨越清川站附屬結構，檢查井施工涉及地鐵結構上方；D1 400 mm給水管采用球墨鑄鐵管，跨越清川站附屬結構II號風亭、D出入口、A出入口、I號風亭、B出入口結構上方，DN1 200 mm給水管采用球墨鑄鐵管，跨越A出入口橫通道結構上方；燃氣管道位于大學路北側，設計管徑D160 mm，跨越清川站附屬結構II號風亭、A出入口及I號風亭結構上方。

2.2 工程地質(zhì)及水文條件

本工程主要涉及的地層從上到下依次為人工素填土①1、雜填土①2、第四系更新統(tǒng)沖積硬塑黏土②、可塑粉質(zhì)黏土③、軟塑粉質(zhì)黏土④、礫砂⑤1、圓礫⑤2、古近系強風化粉砂巖、泥巖⑥、中風化粉砂巖及泥巖⑦。本工程在鉆探深度范圍內(nèi)，地下水主要分為2種類型：第一類為賦存于填土①層中的上層滯水，水量較小；第二類為賦存于粉質(zhì)黏土層、礫砂及圓礫層中的孔隙潛水。

3 風險分析

本工程大學路方向的跨線橋樁基與地鐵1號線左、右線盾構隧道最小水平凈距為3.1 m，與地鐵車站主體圍護結構最小水平凈距為1.8 m，與地鐵車站附屬圍護結構最小水平凈距為0.82 m；清川大道方向跨線橋與地鐵車站主體圍護結構最小水平凈距為2.45 m，與地鐵車站附屬圍護結構最小水平凈距為0.82 m。立交橋樁距離既有軌道交通1號線清川站的主體結構最近約1.8m，在樁基施工過程中容易造成主體車站結構開裂、變形。

樁基距離盾構隧道最近約3 m，位于軌道1號線盾構隧道的強烈影響區(qū)內(nèi)，容易造成管片結構開裂、滲漏水、隧道凈空變化甚至隧道結構變形過大等病害。同時，車站及隧道上方的滿堂腳手架及現(xiàn)澆梁施工將會導致車站及隧道上方荷載大量增加，導致隧道及車站結構出現(xiàn)豎向變形，影響地鐵運營安全。立交橋與既有地鐵車站及隧道結構的位置關系如圖2～圖4所示。

圖2 清川立交與地鐵平面位置關系圖

圖4 樁基與區(qū)間隧道剖面位置關系圖

另外，管線工程中的檢查井及管線施工跨越地鐵附屬結構，其中，檢查井底與地鐵附屬結構頂板最小凈距為0.5 m，給水管道溝槽底與地鐵附屬結構最小凈距在0.74～1.14 m，燃氣管道溝槽底與地鐵附屬結構最小凈距為1.8 m。管線與附屬結構交叉部位需要破除冠梁及圍護樁。以上近距離的施工如果控制不當將會破壞地鐵結構，影響地鐵運營安全。

圖3 樁基與地鐵車站剖面位置關系圖

4 地鐵保護管理措施

4.1 編制專項施工方案

針對本項目的設計情況及與地鐵結構的保護要求，要求施工單位詳細剖析本工程的各施工工序及風險源，將對地鐵結構影響較大的施工工藝編制專項施工方案。其中包括《鉆孔樁安全專項施工方案》《管線施工及基坑開挖涉及地鐵安全專項施工方案》《滿堂支架涉及地鐵專項施工方案》，方案針對具體的施工工藝提出技術、安全和質(zhì)量等方面的保障措施，重點要求加強影響地鐵結構及附近設施的各種保障措施，確保地鐵運營及施工本身的安全，并建立應急響應機制[1]。

4.2 開展安全評估分析

根據(jù)CJJ/T 202—2013《城市軌道交通結構安全保護技術規(guī)范》（以下簡稱《技術規(guī)范》）中外部作業(yè)接近程度及影響分區(qū)的判定標準，本工程樁基距離地下車站結構最小凈距為1.8 m，距離盾構法隧道結構最小凈距為3.1 m，接近程度均為非常接近。外部作業(yè)為樁基施工，基樁長度大于32 m，地鐵車站結構及隧道結構均處于強烈影響區(qū)內(nèi)，因此，外部作業(yè)影響等級為特級，需要開展安全評估工作。

評估單位針對場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，設置好評估模型及計算參數(shù)，將施工工況劃分為橋樁施工、承臺基坑施工及橋梁結構施工，模擬施工工況來計算地鐵結構的變形情況。最終得出結論如下：

1）地鐵區(qū)間隧道結構外壁上的附加荷載最大為18.62 kPa、車站結構上產(chǎn)生的最大附加荷載為19.88 kPa、A出入口結構產(chǎn)生的最大附加荷載為15.56 kPa，滿足《技術規(guī)范》的要求。

2）橋梁施工階段，包括橋樁、承臺開挖、墩柱、蓋梁及上部結構施工，對地鐵結構（包括A出入口等附屬結構）產(chǎn)生的位移均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3）滿堂支架現(xiàn)澆施工產(chǎn)生的拉應力小于結構混凝土的抗拉強度，故結構不會產(chǎn)生裂縫。

綜上所述，清川立交工程施工過程中地鐵結構有一定的變形和應力變化，但均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)，故結構是安全的。因此，清川立交工程橋梁設計方案基本可行，在進一步補充完善后，能保證既有1號線地鐵結構及運營的安全。

另外，針對管線工程，采用類似的方法評估各環(huán)節(jié)施工中對地鐵附屬結構的影響，評估結論顯示地鐵附屬結構的變形滿足相關要求，驗證了設計及施工方案的可行性。

評估完成后對安全評估報告開展專家論證工作，專家通過將評估報告和各專項施工方案聯(lián)系分析，驗證評估報告的準確性與合理性，給出相關的評估及施工建議，完善施工專項方案，并重點討論地鐵結構的安全保障措施，確保地鐵結構的安全。

4.3 開展專項監(jiān)測

根據(jù)本工程施工對地鐵結構影響的特點及安全評估分析資料，由監(jiān)測單位開展地鐵結構專項監(jiān)測。監(jiān)測單位剖析各個施工階段對地鐵結構的影響。針對立交工程，分析主要為樁基施工、承臺基坑開挖及橋梁結構施工增加荷載對地鐵結構的影響，因此，需要重點監(jiān)測的部位是橋梁樁基對應的位置。為此在隧道上方沿線橋梁樁基相對應的中心及兩側平均布設監(jiān)測斷面，東西兩端的橋梁樁基再外擴2個監(jiān)測斷面，單隧道布設63個監(jiān)測斷面。在每個監(jiān)測斷面上布設豎向位移自動化監(jiān)測點（靜力水準儀）、水平位移自動化監(jiān)測點（全站儀）、軌道結構豎向位移、隧道（車站）結構豎向位移、隧道結構凈空收斂、軌道幾何形位等監(jiān)測項目。在影響范圍內(nèi)，在每條軌道兩端布設無縫線路鋼軌位移監(jiān)測點，用以監(jiān)測軌道的爬行量[2]。通過自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測相結合的手段來掌握地鐵結構的變形情況，實時反饋自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)，用以指導現(xiàn)場施工。監(jiān)測布點平面圖如圖5所示。

圖5 橋梁樁基位置監(jiān)測布點平面圖

針對管線工程，對穿越的附屬結構按間距布設建筑物豎向位移人工監(jiān)測點；對穿越的交疊區(qū)域適當加密監(jiān)測點，用以監(jiān)測附屬結構的豎向位移及差異沉降。在施工過程中按照既定頻率進行監(jiān)測和巡查，及時反饋監(jiān)測與巡查信息用以指導施工。

4.4 施工過程管控

4.4.1 專項方案專家評審

針對本項目涉及地鐵結構影響較大的施工工序，如橋梁下部鉆孔樁的施工，要求施工單位編制專項方案，并進行專家論證，邀請行業(yè)內(nèi)專家把關，驗證施工工藝及各項保證措施的合理性。

4.4.2工前交底

施工前對施工單位所有作業(yè)人員以及監(jiān)理單位進行本工程涉及地鐵保護工作的交底工作，重點內(nèi)容主要有以下幾點：樁基施工注意核實樁基位置，對距離地鐵結構較近的樁基要求采用全套筒方式，施工過程中防止塌孔；施工過程中應注意隧道結構上方堆載及樁機、吊車等重型機械位置，確保地鐵結構上方荷載不大于20 kPa；施工過程中注意減少震動；施工過程中注意保護地鐵結構及周邊管線，嚴禁破壞地鐵結構。

4.4.3 現(xiàn)狀調(diào)查

本工程在施工前、施工過程中及施工完成后，組織相關人員開展了地鐵結構現(xiàn)狀調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括結構的滲漏水、修補情況、裂縫及管片錯臺超過1 cm的位置，形成施工前中后的現(xiàn)狀調(diào)查對比表，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)狀調(diào)查情況進行綜合分析，以界定本工程施工對地鐵結構產(chǎn)生的影響程度。

4.4.4 測量復核

本工程涉及多根樁基的施工，樁基距離地鐵結構較近，如果平面位置不正確極易破壞地鐵結構，造成事故。因此，在樁基施工前安排施工測量人員嚴格復核樁基鉆孔位置，確保鉆孔施工滿足設計要求。針對管線工程的施工，同樣安排測量人員對開挖平面位置和深度進行測量，確保管線溝底位置滿足設計要求，嚴禁超挖。

4.4.5 施工控制

為了減少樁基施工對地鐵車站結構和隧道結構的影響，距離地鐵較近位置的樁基嚴格按照全套筒方式進行施工，施工過程中嚴格控制鉆孔、泥漿及灌注混凝土等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量，防止施工過程中發(fā)生塌孔。在管線工程施工過程中，遇到不明結構物時，及時聯(lián)系軌道公司相關人員進行現(xiàn)場復核和確定，確認其不是需要保護的地鐵頂板結構后再進行后續(xù)的施工。實時關注地鐵保護專項監(jiān)測單位發(fā)布的自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)，在確保監(jiān)測數(shù)據(jù)無異常的情況下繼續(xù)施工，出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)或巡查異常的情況立即停止現(xiàn)場施工，查明原因并采取了有效措施才能進行后續(xù)的施工，將監(jiān)測與施工緊密結合，做到監(jiān)測數(shù)據(jù)有效指導施工[3]。

4.4.6 會議制度

為了掌握施工的情況和地鐵結構的監(jiān)測情況，本工程在對地鐵結構影響較大的橋梁下部樁基施工期間、承臺施工期間及管線工程施工期間組織建設單位、施工單位、監(jiān)理單位及地鐵保護專項監(jiān)測單位召開每周1次的項目協(xié)調(diào)會議。相關單位匯報近期施工情況及需要協(xié)調(diào)的問題，重點關注涉及地鐵保護方面的施工質(zhì)量控制及地鐵保護專項監(jiān)測的情況，在監(jiān)測數(shù)據(jù)正常的情況下方可開展下一步的施工，確保地鐵運營安全。

5 保護成效分析

本項目經(jīng)過2年多的施工，最終順利實現(xiàn)通車。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，自動化豎向、水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)累計變化最大值都在3 mm以內(nèi)，滿足評估報告給出的5 mm累計值的控制要求。巡查過程中未出現(xiàn)大的滲漏水、管片錯臺增大、結構開裂、破損及破壞地鐵結構的情況，也未出現(xiàn)地鐵運營的應急處理情況，總體施工安全可控，本工程的各項管理措施對地鐵結構起到了有效保護的作用。

6 總結與展望

本項目施工工序多，涉及地鐵保護施工的范圍大，整體施工風險大，但是，通過各項管理措施，最終順利地完成了項目的建設，確保了地鐵運營的安全。總結起來，主要有以下管理措施：

1）編制地鐵保護區(qū)專項施工方案并組織專家論證。

2）開展施工影響地鐵結構的安全評估工作并組織專家論證。

3）開展施工影響地鐵結構的地鐵保護區(qū)專項監(jiān)測工作，將專項監(jiān)測方案經(jīng)專家論證，并用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導過程施工。

4）加強施工的過程管控，尤其是涉及影響地鐵結構安全的關鍵部位和關鍵工序，做好工前交底、地鐵結構現(xiàn)狀調(diào)查、測量復核、施工控制、例會協(xié)調(diào)等工作，并積極配合各方開展監(jiān)督檢查工作。

只有對地鐵保護工作足夠重視，合理部署，周密安排，精細分工，嚴格按照規(guī)定執(zhí)行，并做好相關單位的聯(lián)動協(xié)調(diào)機制，才能有效地保護地鐵運營安全。