新建沿江堤坝道路穿越既有地铁隧道的施工安全研究

新建沿江堤坝道路穿越既有地铁隧道的施工安全研究

钱晓翔、袁保开、陈元、李丰年、任勇波

（中国建筑第八工程局有限公司总承包公司）

摘要：

目前各个城市都在大力发展城市基础建设，沿江沿海城市利用自身地理条件的优势在大力发展基础设施建设的同时，也在发展滨水城市建设。其中沿江堤顶路建设和地铁建设很多都穿插在一起，此次针对在既有地铁隧道上方修建沿江堤坝道路施工的安全性影响研究，对此类项目的施工措施提供了一个较为可行的借鉴依据。

关键词：地铁隧道、沿江堤坝道路、施工技术、安全性

2. 工程概况

1.1新建沿江堤坝道路

本新建工程位于长江沿岸及连通长江的国家级运河两侧，主要施工内容为将老防汛墙进行拆除，对原50年堤坝及运河两侧的原港口、居民区进行翻新、整治及防汛等级的提高，使之满足长江100年一遇的防汛标准，从而新建一条高标准的沿江堤坝。同时为符合沿江生态景观保护的绿色概念，在堤坝上部修建一条城市支路标准的堤顶路，方便城市居民的游玩观光。

本工程堤坝及堤顶路构造主要为：堤坝坝身为8%掺量的石灰土分层碾压形成，堤顶路为一条22m宽的双向两车道的城市支路，结构层按照标准市政道路设置水稳及沥青面层。通过地勘报告得知，本工程原地面需向下清基1.5米方可达到堤顶路的防汛标准，根据设计标高，平均堤坝回填高度为2米，堤顶路结构构造为0.45米，整体高度为2.5米。

1.2既有地铁隧道概况

根据资料查询，既有地铁隧道横穿运河，采用的是盾构法施工。目前既有轨道区间已完成铺轨，暂未开通运营。根据监测数据可知，盾构区间施工完成后至本次外部作业施工前这一阶段，上、下行线底板竖向位移及净空收敛均小于1mm，隧道现行状态良好。

1.3新建工程与既有地铁隧道位置关系

新建堤顶路工程位于区间隧道正上方及两侧，其中与运河北岸堤顶路邻近的隧道顶覆土深度约21m，与运河南岸堤顶路邻近的隧道顶覆土深度约23m。

1.4地铁保护施工范围

根据新建堤顶路穿越既有轨道交通区间结构的相对位置关系，考虑工程情况确定运河北岸堤顶路工程穿越轨道交通的影响范围为：长158m、宽236m，自地表向下50m深；运河南岸堤顶路工程穿越轨道交通影响范围为：长172m、宽224m，自地表向下50m深。

3. 新建堤坝道路对既有隧道的影响分析

2.1分析内容及方法

新建堤坝道路对既有地铁隧道的影响主要是堤坝道路在一层层的回填过程中，增加的荷载通过土层的传递不断地改变地铁隧道管片四周土的应力，土层不断的徐变产生了对管片四周的土压力，从而导致整个隧道的变形。故本次分析的主要方向就是新建堤顶路对地铁隧道区间结构产生的变形从而判断是否会影响区间结构及轨道结构的安全。

根据现场实际情况，考虑到既有轨道交通结构与地层已经长时间的沉积固结，因新建堤顶路工程施工带来的既有轨道交通线路结构变形与地层密切相关，因此采用地层-结构模型进行变形分析。目前，可用于地层-结构模型分析的大型计算软件有ANSYS、MIDAS、FLAC3D等。本次数据计算采用MIDAS-GTSNX软件进行建模、计算分析，模拟新建堤顶路工程穿越轨道交通区间结构及轨道的安全性影响；得到既有结构的变形分析结果，评估既有轨道交通结构的安全性；并根据行车安全的要求，综合各种影响因素，提出新建堤顶路工程施工时，既有轨道交通结构的变形控制标准和保护措施。

2.2模型分析

1、根据《××市轨道交通控制保护区管理办法》的要求，参考《上海市轨道交通沿线建筑施工保护轨道交通技术管理暂行规定》中的要求，综合考虑堤顶路穿越隧道的实际情况，提出堤顶路道路工程施工对地铁隧道影响的计算分析控制标准如下表所示。

2、根据新建堤顶路道路工程与既有轨道交通相对位置关系和影响情况，共建立2个评估分析模型，模型一为运河北岸堤顶路工程段，模型二为运河南岸堤顶路工程段。

本次计算模型中路面结构、挡墙及周围土体采用实体单元，盾构管片及联络通道结构采用板单元。不同的土层采用不同的材料参数模拟，约束情况为前后、左右方向受水平约束，垂直方向底面受竖向约束，顶面为自由面。重点考察轨道交通区间结构受运河两岸堤顶路穿越工程施工产生的变形。

3、计算假定：

（1）新建堤顶路工程施工期间，既有轨道交通区间仅考虑正常使用工况，不考虑地震、人防工况；

（2）假定既有轨道交通区间结构为线弹性材料；

（3）假定新建堤顶路工程、既有轨道交通区间结构及土体之间接触良好，符合变形协调原则；

（4）假定××市轨道交通结构及轨道已满足《地下铁道工程施工及验收规范》GB/T50299-2018及其他验收相关标准、规程，且忽略由于轨道交通施工导致的结构问题，本次分析计算仅针对符合验收要求的轨道交通结构及轨道的状态进行影响分析；

（5）本评估分析的前提是施工处于正常良好控制的条件下，且施工过程中各项施工效果及参数与设计要求相匹配

4、模型分析结果

通过建立三维地层-结构模型进行计算分析，对既有轨道交通区间结构及轨道结构进行变形计算分析可以看出，由于新建堤顶路穿越隧道上方的回土施工，既有区间结构和轨道均产生了变形，但是计算结果的12项均满足要求。

运河北岸分析结果 运河南岸分析结果

5、施工工艺优化

在地铁施工与堤坝施工相互交叉时，两者的相对应的规范强条都要求较高，对应的设计成果调整的可能性并不大，在此条件下，优化施工技术就显得尤为重要，此次研究总结出以下施工要点。

（1）堤坝开挖、回填：

1）保护范围内应分段开挖、回填，隧道正上方每段不超过20米，其余部位每段不超过50米，采用跳仓开挖回填的方式进行施工，分缝处挖台阶处理。

2）保护区范围内严禁震动施工，每层回填虚铺厚度控制在20cm以内，采用静压方式压实。

3）禁止深井降水施工。

（2）挡浪墙施工：

1）原U型板桩深入土体太深且为震动施工，现改为3米长拉森板桩基础+钢筋砼挡浪墙。

（3）道路施工：

1）为保证道路结构质量，在保护范围内的水稳施工需每层铺贴钢塑格栅，沥青施工需在底层沥青下方铺贴一层高性能应力吸收膜，防止路面结构变形。

4. 结论

堤坝的高填土具有其特殊的设计特征，当其与地铁隧道相交叉施工时，应根据实际的勘测数据建立较为合适的分析模型，来验证交叉结构构造的合理性；通过分析新建工程的各阶段工况的区间结构的受力数据，来监控轨道区间的安全性。随着建筑科技的不断发展，新的模型分析技术或者新的建筑材料将被开发出来，复杂工况的施工安全性将会有极大的提高。

参考文献

2. 北京市规划委员会.GB50157-2013地铁设计规范[S].北京.2013

3. 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50652-2011城市轨道交通地下工程建设风险管理规范.北京.2011

4. 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T50299-2018地下铁道工程施工及验收规范.北京.2018

5. 中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ/T202-2013城市轨道交通结构安全保护技术规范.北京.2013

6. 江苏省住房和城乡建设厅.DGJ32/J195-2015江苏省城市轨道交通工程监测规程.南京.2016