軌道交通與市政工程共建時序管理淺析

陳 超

（重慶兩江新區龍興工業園建設投資有限公司，重慶市 401135）

0 引言

重慶軌道交通4 號線是重慶軌道交通的在建線路，全長68 km，起于渝北區民安大道，止于渝北區石船鎮，共設34 座車站，是重慶軌道交通建設網絡中重要的骨干線路之一。由于城市規劃、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之間密集交織。新建市政工程可能會在軌道交通周邊進行建設活動，不可避免對軌道交通地下結構產生一定的不利影響。因此，合理安排軌道交通與市政工程共建時序，來減小構筑物之間的安全隱患問題[1]。

本文通過工程實例，根據擬建道路與軌道交通之間的相對位置關系，通過Midas/GTS 有限元分析軌道交通與市政工程共建時序造成的不利影響，并對其安全性進行評估。

1 工程概況

兩江大道位于龍盛片區，道路自南向北貫穿整個區域，是兩江新區龍盛片區的中軸線，為城市主干道，紅線寬度66 m，雙向八車道。軌道4 號線與兩江大道平行布設，與兩江大道共線段長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， 兩江大道現狀高程為276.408 m，下穿道覆土深度為0.556～2.908 m，軌道區間覆土深度為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、強風化巖層、砂質泥巖及砂巖等。車站為三跨雙層斷面，凈寬為21.66 m，凈高為13.14 m，側墻壁厚為0.8 m，頂底板厚為0.9 m，柱采用1300 mm×800 mm 形式，見圖1。

圖1 軌道隧道襯砌結構圖（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72 m，閉口式框架結構段長170 m，總長242 m。閉口式框架結構采用單箱雙室，頂板壁厚1.0 m，邊側墻壁厚1.0 m，中墻厚0.8 m，采用C40 鋼筋混凝土結構。

軌道龍興站位于兩江大道地下通道閉口段正下方， 道路路面標高268.603 m， 車站頂面標高為266.162 m，車站頂面與路面高差為2.441 m；地下通道結構外底標高為266.603 m，距離車站頂面標高高差為0.441 m，距離較近，因此，本項目需要合理安排建設時序，并對其安全進行評估分析。軌道交通與市政工程的位置關系見圖2、圖3。

圖2 新建道路與軌道交通的平面位置關系

圖3 新建道路與軌道交通的立面位置關系

2 共建時序管理

由于本項目中結構需與軌道交通4 號線共建，存在兩部分結構交叉建設，故需從設計、施工和管理方面提供保障。項目按照共（代）建方式，遵循同步設計、同步建設、同步驗收的原則。合理安排軌道交通與市政工程共建時序是控制構筑物之間的安全隱患問題的重點[2]。本項目中，共建段主要包括市政“U”型槽段和地下通道閉口段。邀請參加多方共同討論溝通，區分項目中的重點和難點，充分考慮各種不利和有利因素，以及本工程的造價、工期等問題，對共建時序進行多方案比較設計后，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間建設時序圖

軌道實施基坑開挖及支護，基坑寬度滿足市政下穿道施工需要；

軌道實施龍興站主體結構和防水保護層；待區間TBS 出井后，移交施工作業面給市政施工。

市政實施兩江大道下穿道底板與軌道車站頂板之間的輕質混凝土墊層；

市政實施兩江大道下穿道結構；

市政實施下穿道兩側基坑回填；

市政實施路面及地上附屬設施。

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

軌道實施基坑開挖及支護，基坑寬度滿足市政下穿道施工需要；

軌道實施龍興站主體結構和防水保護層；移交施工作業面給市政施工。

市政實施兩江大道下穿道底板與軌道車站頂板之間的輕質混凝土墊層；

市政實施兩江大道下穿道結構；

市政實施下穿道兩側及頂面處基坑回填；

市政實施路面及地上附屬設施。

3 安全評估

地下通道施工對軌道交通安全影響評估涉及到巖土與結構相互作用的分析，其研究方法大致分為兩類：數理力學方法和經驗類比方法。其中，數理力學方法主要為現場實測研究、模型實驗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值解析分析，由于巖土工程的復雜性及差異性，經驗法與解析法往往缺乏通用性，其結果的準確性很難得到保證。數值模擬分析方法可以考慮地層條件、空間效應、輔助工法等影響因素，可以較真實的模邊坡的受力行為，在對工程的前后安全評估中得到廣泛應用[4]。

評估思路為：根據工程技術資料及評估對象實際空間位置關系及地質條件對共建的施工過程中的風險進行分析。針對風險源，運用MIDAS/GTS 有限元分析軟件進行仿真數值模擬計算，分析共建過程中對軌道結構的安全影響。綜合以上分析計算，做出軌道結構安全影響的評價，并提出建議。

采用MIDAS/GTS 有限元軟件建模時，巖土視為各向同性的理想彈性- 塑性材料，并采用摩爾~ 庫倫屈服準則（見圖6）。材料模型可用于模擬巖土等粒狀材料，中風化泥巖粘聚力c 取244 kPa，內摩擦角φ 取24.9°，中風化砂質泥巖c 取811 kPa，內摩擦角φ 取28.1°。模型邊界條件：模型底面采用固定約束，側面采用對稱約束，地表為自由邊界。荷載包括巖土結構自重，即有限元軟件根據輸入的巖土及結構的材料容重自動計算；以及外部荷載，即車行道荷載和人行道荷載。整個計算采用4 種工況對施工過程進行模擬，見表1。

圖6 三維有限元模型

表1 工況一覽表

對軌道車站襯砌結構進行位移分析。軌道車站襯砌結構最大位移主要出現在運營階段，位移云圖及位移量見圖7～圖11 和表2。

圖7 運營階段圍巖地層水平位移

圖8 運營階段圍巖地層豎向位移

圖9 運營階段軌道襯砌結構水平位移

圖10 運營階段軌道襯砌結構豎向位移

圖11 整體運營后軌道圍巖塑性區云圖

表2 新建道路建設后橋墩變形分析表

根據三維有限元模型計算結果，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構最大豎向沉降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，兩江大道下穿（黃胡路）地下通道修建引起的軌道4 號線隧道區間段襯砌結構變形量較小，地下通道修建及運營不會對其造成顯著影響。

4 項目施工管理

（1）作為項目管理方，合理安排軌道交通與市政工程共建是控制構筑物之間的安全隱患問題的重點。共建項目應遵循不利工況應先期或同步實施，軌道交通與市政工程同步設計、同步建設、同步驗收原則。

（2）施工過程中應對軌道交通已建部分采用相應的保護措施，同時，應做好與軌道站同步建設的協調工作，及時更新軌道資料，并作為本項目的控制條件。

（3）施工前應與軌道相關部門協調落實軌道結構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，且減少對軌道車站的施工碾壓荷載，選用優質填料回填，必要時采用較好的輕質混凝土材料回填，控制填筑質量，避免后期對軌道襯砌結構產生不利影響。

（5）施工期間嚴格控制基坑底部的超挖，特別是杜絕向軌道附屬結構一側的超挖，盡量減少對軌道附屬結構周邊土體的擾動。軌道保護范圍線內，嚴禁爆破施工。

（6）地下通道施工時應加強基坑排水措施，在結構施工后，盡快封閉基坑。

（7）地下通道施工及回填采用信息法施工、動態設計，加強監控量測，對周圍建（構）筑物進行位移及沉降等監測，信息反饋指導現場施工。委托專業監測單位加強對軌道結構在相關道路施工過程中及運營階段的變形和關鍵斷面的監控量測，確保隧道結構的安全。一旦發現異常立即停止作業。

5 結語

在軌道隧道結構上部進行基坑開挖及地下通道結構施作是能夠實現的，只要通過合適的共建時序管理，有效的結構措施是能確保施工和結構安全的。同樣，兩江大道節點工程（一期）施工對軌道4 號線隧道的安全影響也是可控的。