刘 健
(1.北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京 100101；
2.城市轨道交通深基坑岩土工程北京市重点实验室，北京 100101)
越来越多的城市选择新建或改建立交桥来缓解交通压力，不可避免地会对已有地铁运营线路造成影响，严重时甚至危害地铁运营安全。目前对于地铁保护区内的施工安全监测已经越来越受到重视，徐春明等[1]对如何安全有效地保护地铁结构进行了自动化监测的探讨研究；
徐树亮、王思锴、高墅[2-4]对如何进行地铁保护区管理作了深入探讨。而立交桥施工往往有着工程体量大、施工时间长、与地铁运营线路交叉范围广等特点[5-7]，对既有地铁线路变形控制的要求更高。
本文以南宁某立交桥施工影响既有地铁运营线路结构开展的安全评估及监测项目为背景，对其监测预警的原因及预警后的控制措施进行分析，旨在为类似地铁保护区项目积累管理经验。
1.1 设计及施工概况
该立交工程位于主要市政道路交叉口，上跨既有地铁运营期线路，其桥桩施工位于地铁运营线路隧道强烈影响区范围内，与邻近地铁运营线路隧道外边缘距离最近为5.30 m。桩基采用摩擦桩型，其中12#桩基与隧道外边线距离最近，其施工对既有邻近隧道影响最大，相对位置关系如图1所示。
1.2 工程地质及水文条件
该项目地质情况由上到下为填筑土、全风化硅质岩、全风化泥岩、强风化灰岩、砾质黏性土、强风化灰岩、中风化泥岩；
邻近的既有隧道主要位于全风化泥岩层中，该层泥质结构层理光滑，具有一定的胀缩性；
钻探深度地层内地下水主要为上层滞水、孔隙潜水、孔隙裂隙承压水及岩溶裂隙水。
图1 桥桩与地铁运营线路隧道位置平面图(m)
2.1 监测项目及布点原则
本项目的既有地铁运营线路监测采用自动化监测为主、人工监测为辅的方式，监测项目包含隧道结构竖向位移、隧道结构水平位移及道床结构竖向位移。按照桥桩中心相对应的隧道管壁及两侧平均布设间距为10 m、10 m、15 m、15 m的监测断面。监测范围取1.5倍隧道埋深。
2.2 监测频率及预警标准
本自动化监测在桥桩施工期间的监测频率为4次/d，监测控制值为±5.0 mm。监测周期贯穿桥桩施工全过程(其施工周期如表1所示)。当最后100 d的沉降速率<±0.01～±0.04 mm/d时可认为已进入稳定阶段，审批后可停止监测。预警级别按照超过控制值的60%、80%和100%来分别判定为黄色监测预警、橙色监测预警和红色监测预警。
表1 12#桥桩施工周期表
3.1 安全评估预测变形
安全评估旨在通过运用FLAC 3D软件对项目进行建模分析，模拟桥桩施工、上部荷载增加等施工工序对地铁结构变形的影响程度，预测地铁结构的最终变形值，评判设计与施工的合理性，并为监测提供有指导意义的变形控制值。
模型尺寸为沿隧道方向取202 m，宽度方向取213 m，垂直方向上从地表以下取75 m。三维模型共划分613 272个单元、550 730个节点。此处重点分析以下两种工况。
工况1：初始平衡工况。考虑既有地铁运营隧道和地层协调变形，计算完成后，将位移清零，作为后续工况的初始条件。隧道最小主应力为-3.7 MPa，即为最大压应力，此值小于C50混凝土的抗压强度设计值23.1 MPa，更小于抗压强度标准值32.4 MPa，轨道结构初始状态安全。
工况2：桩基施工完成工况。假设桩基采用全套管跟进施工工艺，钢护筒超过地铁隧道底标高1 m，桩基采用摩擦桩。其模拟计算结果如图2～3所示。
图2 桩基施工模拟变形云图
图3 桩基施工期间隧道X方向模拟变形云图
最终评估结论为：由于基础施工不降水，且采取钢护筒等措施，在理想状态下，桩基承台施工对地层、地铁隧道影响均较小，桥桩施工完成后地铁隧道最大竖向位移为-0.12 mm。评估模拟后续的上部结构加载工序，得出隧道结构最终的预测变形量为-3.263 mm。基于此，评估单位给出隧道结构沉降控制值为±5 mm。
3.2 实测监测变形数据
自2020-04-06跨线桥12#桩基施工开始，对应地铁隧道监测数据逐步变大，于2020-04-23数据累计沉降量达到-5.12 mm(RZ54)，达到红色监测预警标准，其变形曲线如图4所示。
图4 12#桩基累计沉降量监测值曲线图
3.3 预警原因分析
结合实测的监测数据与评估模拟的预测变形数据进行对比，在桩基成桩完成50%的时候，实测的累计沉降量已经超过了评估给定的累计控制值-5 mm，而评估数值模拟计算此区域完成所有桩基之后的沉降量仅为-0.12 mm。出现了如此大的变形差异，说明现场施工存在问题。结合现场巡查分析发现，桩基施工所用护筒深度为3.5 m，仅覆盖了上覆填土区域，未采用评估工况模拟时所设定的全套筒跟进施工，导致隧道所在全风化泥岩段塌孔，从而扰动隧道造成变形超限。
4.1 建立应急联动机制
该项目建设单位负责建立应急联动机制，与轨道公司沟通协定后开展施工与监测工作。当遇到险情时，建设单位负责对外发布预警信息，设计、勘察单位负责评估施工风险和进行工点设计，监测单位负责汇报监测数据，监理单位负责现场管控，施工单位负责落实相关应急处置。轨道公司根据地铁保护区内项目等级建立“2评6专1交底”管理机制。
4.1.1 建设单位
该项目建设单位在收到监测、监理单位发布的预警信息后，按照“2评6专1交底”中的专项监测方案及时发布预警信息，要求现场停止施工，避免险情持续发展，组织各方召开预警分析会并组织专家审核，第一时间把信息传递到相关参建单位手中。
4.1.2 轨道公司
轨道公司在收到建设单位发布的预警信息后，按照轨道公司预警响应流程及时通知调度、结构、轨道检测、测量工班等部门进行应急处置。调度部门第一时间对该运营线路段进行限速处理，并在晚间作业期间安排结构、轨道检测、测量工班对该段隧道进行轨道结构隐患排查和加密监测，及时掌握隧道变形的发展动态。
4.1.3 监测单位
监测单位及时整理汇总监测信息，及时汇报至相关参建单位。组织晚间作业，进行自动化监测设备检核、人工测点复核等工作，确保监测数据的及时性和准确性。
4.1.4 设计、勘察单位
设计、勘察单位及时参与建设单位组织的预警分析会。设计单位负责评估目前施工工艺和施工现场的合理性；
勘察单位负责核实现场显露的地质条件是否与勘察报告相符。设计与勘察单位的参与确保了预警原因分析的正确性，也为预警的处置提供指导。
4.1.5 监理、施工单位
监理单位负责现场综合管控，主持预警分析会，综合各方意见并出具会议纪要，现场督促施工单位按照会议纪要进行落实；
施工单位负责按照会议纪要及专家意见进行施工。监理和施工单位在出现预警险情之后积极应对，在施工现场的处理中具有关键性作用。
4.2 落实全套筒加泥浆护壁措施
通过应急联动机制的有效建立，确定了桩基施工期间产生的塌孔现象为此次隧道变形预警的主要原因，并制定了各项防止塌孔的控制措施。
施工单位结合地质变化情况，采用全套筒加泥浆护壁等工艺对剩余的12-2#和12-1#桥桩进行施工，有效防止了成桩过程中的塌孔。对回灌塌孔区域进行空洞探查，对未填充密实区域进行了充填，确保回填密实后再进行相邻桩基施工。以自动化监测数据指导现场施工，及时关注施工过程中地铁结构的变形情况。
通过监测数据显示，在采取了以上控制措施后，沉降变形不再发展，在2020-05-15桩基施工完成后，该段隧道结构竖向位移测点最大累计沉降量最终控制在-5.89 mm，地铁结构未出现新增病害，此次地铁保护区监测预警险情得到控制。
本文以南宁某立交桥施工影响既有地铁运营线路评估及监测项目为背景，对该项目监测预警及控制措施进行了剖析总结。分析得出：在摩擦桩施工影响地铁运营线路时应采用全套筒加泥浆护壁方式施工，可以有效减少扰动影响；
设立应急联动机制能够有效地调动各参建单位的积极性，及时找到预警原因，遏制事态发展，防患于未然，有效地保护地铁运营安全。