CN104102525A - 一种穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法，该方法包括收集设计和施工的相关资料及因素；根据施工的影响程度，建立影响等级；根据具体施工方式及范围确定影响等级的具体区域范围；根据步骤S3中确定的影响区域范围以及设计和施工的相关资料和因素进行分析，建立风险等级；针对不同施工方式所对应的风险等级进行控制和监测。通过本发明所述技术方案，可确保既有城市轨道交通的安全运营，有效地控制了穿越工程的风险，提高了穿越城市轨道交通工程风险控制的科学管理和决策水平。

Description

一种穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通穿越工程领域，特别是涉及一种新建工程穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法。

背景技术

穿越城市轨道交通工程是指与轨道交通线路及其设施存在交叉、邻接关系并影响其安全的建设工程，具体指在城市轨道交通控制保护区范围内跨越、穿越、平行、邻近、连接、占用轨道交通线路及其设施的各类工程。穿越工程会引起既有结构及轨道变形甚至超限，给城市轨道交通工程的正常运营带来很大的安全隐患。为了更好地对穿越城市轨道交通工程风险进行控制，在穿越工程施工之前亟需对穿越工程进行风险识别。

我国穿越工程安全风险识别研究起步较晚。由于穿越工程具有地层条件多变性、环境复杂性以及工程影响不确定性等特点，现行穿越工程管理体系缺少针对不同级别风险源的控制措施，存在一刀切的问题，在工程实践中出现人力、物力浪费的现象。不恰当的风险控制措施甚至会增加既有线的风险。

因此，需要提供一种新建工程穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法，根据工程实际情况，对穿越工程风险进行识别，并通过对穿越工程施工对既有城市轨道交通工程的影响进行分析判断，划分风险级别，根据不同的风险级别采取相应的风险控制措施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法，以实现科学、可靠地保证施工的安全性和经济性。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案

一种穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法，该方法包括

S1、收集设计和施工的相关资料及因素；

S2、根据施工的影响程度，建立影响等级；

S3、根据具体施工方式及范围确定影响等级的具体区域范围；

S4、根据步骤S3中确定的影响区域范围以及设计和施工的相关资料和因素进行分析，建立风险等级；

S5、针对不同施工方式所对应的风险等级进行控制和监测。

优选的，所述步骤1中

相关资料包括施工方案及图纸和既有结构图纸，所述既有结构图纸包括现有的城市轨道交通相关资料、周边建筑物和管线资料；

相关因素包括施工地点的工程地质和水文地质；

优选的，所述步骤1中影响等级分为强烈影响区、显著影响区、一般影响区和弱影响区。

优选的，所述施工方式包括盾构法施工、暗挖法施工和基坑法施工，

所述盾构法施工影响的具体区域范围包括：

所述D₁为盾构刀盘外径；

所述暗挖法施工影响的具体区域范围包括：

所述D₂为隧道洞泾；

所述基坑法施工影响的具体区域范围包括：

所述H为基坑开挖深度，为土的平均内摩擦角。

优选的，所述风险等级分为

表中A表示小于允许值的30％，B表示大于允许值的30％小于允许值的70％，C表示大于允许值的70％小于允许值的100％，D表示大于允许值，所述允许值为城市轨道交通设备与轨道变形控制允许值。

优选的，当风险等级大于二级或工程地质和水文地质条件存在不利于工程施工因素时，风险等级上调一级；

当施工地点采用相关加固措施或控制方法时，风险等级下调一级。

优选的，根据等级不同作出的监控措施包括：

当风险级别为特级时，同时采用自动化、人工监测措施及人工巡视，布点间距宜为3～5m，自动化监测频率宜为20min一次，人工监测频率宜为1次/d，根据监测情况可适当加密观测；

当风险级别为一级时，同时采用人工、自动化监测措施及人工巡视，布点间距宜为5～8m，自动化监测频率宜为40min一次，人工监测频率宜为1次/d；

当风险级别为二级时，采用人工监测措施及巡视，布点间距宜为8～12m，监测频率宜为1次/d。根据具体情况可再加密观测；

当风险级别为三级时，需加强人工巡视，保证既有线无异常。

优选的，所述盾构法施工采用的控制方法包括

根据施工因素合理选用盾构机械；

穿越前设置试验段，确定最合理的盾构操作参数；

严格控制出土量和掘进速度；

严格控制盾构的轴线和纠偏量；

在注浆压力和注浆量两方面进行控制，做到适时、足量；

采取二次补浆措施及多次补浆。

优选的，所述暗挖法施工采用的控制方法包括

结合地质条件与工程特点对土层采取加固措施；

严格控制注浆量及注浆压力，防止下穿过程中既有结构隆起超限；

严格控制进尺长度和开挖步距。

优选的，所述基坑法施工采用的控制方法包括

加强邻近城市轨道交通一侧的支护结构须加强；

控制邻近地铁一侧的基坑支护结构水平变形；

合理缩短降水时间，确定降压井的开启顺序和降水强度

本发明的有益效果如下：

(1)与现有技术相比，本发明可以针对穿越城市轨道交通工程(如电力、热力、燃气、污水、排水等市政管线穿越地铁工程)风险控制进行科学、合理地风险等级划分，建立了穿越城市轨道交通工程风险分级控制方法，确保了既有城市轨道交通工程的安全运营。

(2)采用本发明所述技术方案可为穿越城市轨道交通工程风险控制的科学管理和决策提供技术依据。在推动我国穿越城市轨道交通工程安全风险控制相关领域的科学决策、规范管理、工程实施以及保障既有轨道交通的安全运营等方面有重要指导意义。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出一种穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法的示意图；

图2示出本发明所述风险分级控制方法的判断过程示意图；

图3示出本发明所述盾构法施工的仿真示意图；

图4示出本发明所述暗挖法施工的仿真示意图；

图5示出本发明所述基坑施工仿真示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法，该方法包括

1、收集相关工程技术资料

收集相关工程技术资料包括：

1)项目图纸资料：穿越段新建项目设计图纸和穿越段既有城市轨道交通

工程竣工图纸；

2)地勘及周边环境资料：工程地质与水文地质资料和周边构筑物及管线

调查资料；

3)穿越段城市轨道工程结构及轨道的现状调查检测资料

4)新建工程的施工方案(工法、工序及进度)

2、根据既有结构周围地质及环境受工程扰动的程度，对新建工程穿越工程进行影响区划分，影响区包括四个等级：强烈影响区、显著影响区、一般影响区、弱影响区。以下通过三种施工方式实施例对影响范围作进一步描述：

1)盾构法施工周围影响分区如表1所示。

表1 盾构法隧道周边影响分区表

其中D₁——盾构刀盘外径。

2)暗挖法隧道周围影响分区如表2所示。

表2 暗挖法隧道周边影响分区表

其中D₂——矿山法隧道洞泾。

3)基坑周围影响分区见如表3所示。

表3 基坑周边影响分区表

其中H为基坑开挖深度，为土的平均内摩擦角；本实施例适用于深度大于5m的基坑。

3、根据工程环境条件、影响区域大小以及相对位置关系，对穿越城市轨道交通工程进行数值模拟分析，预测既有结构及轨道的变形，确定影响程度。本实施例中数值模型为利用软件建立数值模型，确定新建工程施工过程对城市轨道交通的影响程度。数值仿真模型包括：既有结构、新建结构以及地层环境。既有结构一般为：轨道交通隧道、桥梁、轨道、车站、出入口、风道结构等。地层环境主要指地质、水文以及工程场地内其他的与穿越工程有相互影响的环境条件。

4、根据穿越方式、影响分区、线路敷设形式以及既有结构和轨道的变形预测值对需要采取控制措施的穿越工程进行风险等级划分。本发明所述穿越方式根据新建工程与城市轨道交通线路设施的相对位置关系，分为邻近类和交叉类，其中交叉类包括上穿及下穿。邻近类项目主要指在与城市轨道交通结构部分在平面上投影无交叉的施工项目；交叉类项目主要指与城市轨道交通结构部分在平面上投影有交叉的施工项目，其中施工项目在既有结构上方的为上穿，在既有结构下方的为下穿。本实施例中风险等级从大到小分为特级、一级、二级和三级，根据不同施工方式和影响区域，风险等级划分如表4所示。

表4风险等级划分表

其中：1)评级过程中若风险等级低于二级或当工程地质和水文地质条件比较复杂时，所述风险等级需上调一级；若待评级的施工地点采取相应的加固措施，风险等级可相应下调至少一级。

2)当新建工程采用新工艺，可根据具体情况并结合相关的工程经验确定风险等级。

3)A表示小于允许值的30％，B表示大于允许值的30％小于允许值的70％，C表示大于允许值的70％小于允许值的100％，D表示大于允许值。

4)北京市部分轨道交通设备与轨道变形控制的允许值标准如表5所示。

表5 北京轨道交通设备与轨道允许变形控制标准

注：不同类型的轨道与设备变形允许值需根据实际设备标准确定。

5、针对不同的穿越工程及风险级别提出相应的控制措施和监测措施，本实施例中提供的具体措施如下。

1)盾构法施工

①结合不同地质条件、隧道埋深及地下水等情况选用合理的盾构机；

②穿越前设置试验段，确定最合理的盾构操作参数(包括掘进速度、推进压力、出土量、土压、扭矩、同步注浆量、注浆压力等)。试验段应分为三个阶段。a)调整掘进参数；b)模拟下穿；c)系统功能性检查(刀盘伸缩功能、保压系统)；

③严格控制出土量；严格控制掘进速度，保证匀速掘进，一般宜为10～30mm/min；

④严格控制盾构的轴线和纠偏量，纠偏坡度控制在±1‰之内，平面偏差15mm内，单环轴线纠偏幅度控制在5mm之内；

⑤同步注浆做到“掘进与注浆同步，不注浆、不掘进”，在注浆压力和注浆量两方面进行控制，做到适时、足量。在穿越段应适当增大同步注浆量(标准环的1.5～1.8倍)与注浆压力(标准环的1.2～1.5倍)；

⑥采取二次补浆措施及多次补浆，遵循“少量多次”的原则。

2)暗挖法施工

①结合地质条件与工程特点对土层采取加固措施，如全断面注浆、深孔注浆、小导管、管棚、隔离桩等措施；严格控制注浆量及注浆压力，防止下穿过程中既有结构隆起超限。

②矿山法施工应严格控制进尺长度，按照开挖—支护的方式循环开挖，严格控制开挖步距，开挖后及时进行初期支护，尽早封闭成环。

3)基坑法施工

①基坑支护按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120)设计，邻近城市轨道交通一侧的支护结构须加强，如采用刚度较大的钻孔灌注桩/地下连续墙+锚索/内支撑的方案，钻孔灌注桩/地下连续墙嵌固深度应高于规范要求；

②邻近地铁一侧的基坑支护结构水平变形应控制在0.6‰H～1.0‰H(H为基坑深度)以内，必要时根据地质条件与工程特点采取加固措施，如地面注浆、隔离桩等措施；

③如需降水，需要充分考虑降水对既有地铁结构的影响，基坑宜采用帷幕方式止水。需合理缩短降水时间，确定降压井的开启顺序和降水强度。

4)根据风险等级不同相应的监测措施如下：

①当风险级别为特级时，同时采用自动化、人工监测措施及人工巡视。布点间距宜为3～5m，自动化监测频率宜为20min一次，人工监测频率宜为1次/d，根据监测情况可适当加密观测；

②当风险级别为Ⅰ级时，同时采用人工、自动化监测措施及人工巡视，布点间距宜为5～8m，自动化监测频率宜为40min一次，人工监测频率宜为1次/d；

③当风险级别为Ⅱ级时，采用人工监测措施及巡视，布点间距宜为8～12m，监测频率宜为1次/d。根据具体情况可再加密观测；

④当风险级别为Ⅲ级时，需加强人工巡视，保证既有线无异常。

现结合以下实施例对本发明作进一步描述：

1)盾构法施工

如图3所示，现对某新建地铁盾构隧道进行分析，该新建地铁基本情况为盾构隧道区间下穿既有地铁区间隧道，盾构管片外径6.0m，顶部埋深18.4m，与既有结构竖向净距D＝2.146m，根据本发明所述方法划级方法，D<0.7D1，根据影响等级划分，属强烈影响区。

根据轨道施工相关的设计、施工资料和因素，利用有限元仿真软件进行仿真分析，获得既有地铁右线最大沉降变形值为1.18mm，左线最大沉降变形值为0.48mm，整体沉降较小。根据本发明所述方法分析结果，可确定变形值为B级。将该工程的风险等级判定为特级。

根据本发明所述方法对特级风险等级所采取的风险控制措施如下：

结合现场的地质条件、隧道埋深及地下水等情况选用土压平衡盾构机，速度控制在15～20mm/min；纠偏坡度控制在±1‰之内，单环轴线纠偏幅度控制在5mm之内；同步注浆做到“掘进与注浆同步，不注浆、不掘进”，在注浆压力和注浆量两方面进行控制，做到适时、足量；在穿越段应适当增大同步注浆量为标准环的1.6倍，注浆压力为标准环的1.3倍；同时采取二次补浆措施及多次补浆，遵循“少量多次”的原则。

同时采用自动化、人工监测措施及人工巡视相结合的方式。布点间距为3m，自动化监测频率为20min一次，人工监测频率为1次/d。

根据最终的监测结果，既有地铁右线的最终沉降为1.42mm，左线的最终沉降为0.78mm。结果表明应用该项技术，有效的控制了工程风险，确保了运营的安全。

2)暗挖法施工

如图4所示，现对某新建暗挖隧道进行分析，该新建隧道基本情况为暗挖隧道下穿既有地铁有砟区段，隧道内标准净宽7m，隧道结构高3.5～3.85m，与既有结构竖向净距D＝4.5m，根据本发明所述方法划级方法，0.7D1<D<1.5D1，根据影响等级划分，属显著影响区。

根据轨道施工相关的设计、施工资料和因素，利用有限元仿真软件进行仿真分析，获得既有地铁轨道最大沉降变形值为4.487mm。根据本发明所述方法分析结果，可确定变形值为C级。将该工程的风险等级判定为一级。

根据本发明所述方法对特级风险等级所采取的风险控制措施如下：

结合地质条件与工程特点对土层采取深孔注浆、管棚等加固措施；严格控制注浆量及注浆压力，防止下穿过程中既有结构隆起超限。同时严格控制开挖步距，开挖后及时进行初期支护，尽早封闭成环。

采用自动化、人工监测措施及人工巡视相结合的方式。布点间距为5m，自动化监测频率为40min一次，人工监测频率为1次/d。

根据最终的监测结果，既有地铁右线的最终沉降为4.87mm，左线的最终沉降为4.96mm。结果表明应用该项技术，有效的控制了工程风险，确保了运营的安全。

3)基坑施工

如图5所示，现对某新建基坑进行分析，该新建基坑基本情况为施工邻近既有地铁车站及区间隧道，基坑深度为25m，与既有车站及区间结构最小水平净距D＝17.9m，根据本发明所述方法划级方法，0.7L<D<1.5L，根据影响等级划分，属显著影响区。

根据轨道施工相关的设计、施工资料和因素，利用有限元仿真软件进行仿真分析，获得既有地铁右线最大沉降变形值为1.28mm，左线最大沉降变形值为1.36mm，整体沉降较小。根据本发明所述方法分析结果，可确定变形值为B级。将该工程的风险等级判定为二级。

根据本发明所述方法对二级风险等级所采取的风险控制措施如下：

基坑支护按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120)设计，加强邻近城市轨道交通一侧的支护结构，采用一桩五锚的结构形式，桩径为Φ800/Φ1000mm，桩间距1500mm，桩长29m，桩顶设600×800mm连梁，锚杆锚头位置设置工25b/28b钢腰梁；护坡桩、连梁混凝土保护层厚度均为50mm。

采用人工监测措施及巡视，布点间距为10m，监测频率宜为1次/d。

根据最终的监测结果，既有地铁右线的最终沉降为1.7mm，左线的最终沉降为1.2mm。结果表明应用该项技术，有效的控制了工程风险，确保了运营的安全。

综上所述，采用本发明所述技术方案，可确保既有城市轨道交通的安全运营，有效地控制了穿越工程的风险，提高了穿越城市轨道交通工程风险控制的科学管理和决策水平。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种穿越城市轨道交通工程的风险分级控制方法，其特征在于：该方法包括 

S1、收集设计和施工的相关资料及因素； 

S2、根据施工的影响程度，建立影响等级； 

S3、根据具体施工方式及范围确定影响等级的具体区域范围； 

S4、根据步骤S3中确定的影响区域范围以及设计和施工的相关资料和因素进行分析，建立风险等级； 

S5、针对不同施工方式所对应的风险等级进行控制和监测。 

2.根据权利要求1所述的风险分级控制方法，其特征在于：所述步骤1中 

相关资料包括施工方案及图纸和既有结构图纸，所述既有结构图纸包括现有的城市轨道交通相关资料、周边建筑物和管线资料； 

相关因素包括施工地点的工程地质和水文地质。 

3.根据权利要求1所述的风险分级控制方法，其特征在于：所述步骤1中影响等级分为强烈影响区、显著影响区、一般影响区和弱影响区。 

4.根据权利要求3所述的风险分级控制方法，其特征在于：所述施工方式包括盾构法施工、暗挖法施工和基坑法施工， 

所述盾构法施工影响的具体区域范围包括： 

所述D₁为盾构刀盘外径； 

所述暗挖法施工影响的具体区域范围包括： 

所述D₂为隧道洞泾； 

所述基坑法施工影响的具体区域范围包括： 

所述H为基坑开挖深度，为土的平均内摩擦角。 

5.根据权利要求4所述的风险监控方法，其特征在于：所述风险等级分为 

表中A表示小于允许值的30％，B表示大于允许值的30％小于允许值的70％，C表示大于允许值的70％小于允许值的100％，D表示大于允许值，所述允许值为城市轨道交通设备与轨道变形控制允许值。 

6.根据权利要求5所述的风险分级控制方法，其特征在于： 

当风险等级大于二级或工程地质和水文地质条件存在不利于工程施工因素时，风险等级上调一级； 

当施工地点采用相关加固措施或控制方法时，风险等级下调一级。 

7.根据权利要求5所述的风险监控方法，其特征在于： 

根据等级不同作出的监控措施包括： 

当风险级别为特级时，同时采用自动化、人工监测措施及人工巡视，布点间距宜为3～5m，自动化监测频率宜为20min一次，人工监测频率宜为1次/d，根据监测情况可适当加密观测； 

当风险级别为一级时，同时采用人工、自动化监测措施及人工巡视，布点间距宜为5～8m，自动化监测频率宜为40min一次，人工监测频率宜为1次/d； 

当风险级别为二级时，采用人工监测措施及巡视，布点间距宜为8～12m，监测频率宜为1次/d。根据具体情况可再加密观测； 

当风险级别为三级时，需加强人工巡视，保证既有线无异常。 

8.根据权利要求1所述的风险监控方法，其特征在于：所述盾构法施工采用的控制方法包括 

根据施工因素合理选用盾构机械； 

穿越前设置试验段，确定最合理的盾构操作参数； 

严格控制出土量和掘进速度； 

严格控制盾构的轴线和纠偏量； 

在注浆压力和注浆量两方面进行控制，做到适时、足量； 

采取二次补浆措施及多次补浆。 

9.根据权利要求1所述的风险分级控制法，其特征在于：所述暗挖法施工采用的控制方法包括 

结合地质条件与工程特点对土层采取加固措施； 

严格控制注浆量及注浆压力，防止下穿过程中既有结构隆起超限； 

严格控制进尺长度和开挖步距。 

10.根据权利要求1所述的风险分级控制方法，其特征在于：所述基坑法施工采用的控制方法包括 

加强邻近城市轨道交通一侧的支护结构须加强； 

控制邻近地铁一侧的基坑支护结构水平变形； 

合理缩短降水时间，确定降压井的开启顺序和降水强度。