论地铁工程结构和环境安全控制
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摘要：随着经济的发展，越来越多的城市开始兴建地铁工程。地铁隧道建造在地质复杂、道路狭窄、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心．其安全风险不容忽视。笔者从设计方案、工程实施等方面分析研究地铁工程结构和环境安全控制因素。
关键词：地铁工程；结构；环境安全；
一、前言
地铁建设规模大，地质条件复杂，采用的施工方法多种多样，地铁工程建设所面临的施工、环境风险较大。为此，地铁各工点施工单位均对工程本身及周边环境实施监控量测，以期通过信息化施工，及时规避或预防地铁工程建设风险。从而增大了对地铁工程安全管理和风险控制的难度，其结构安全和环境安全管理至关重要。
二、地铁工程结构和环境安全控制因素
1、设计因素
设计是前提，设计方案是决定工程成败的关键，无论是方案设计、初步设计还是施工图设计，在满足线路的社会功能需求的前提下，都必须满足工程结构和环境安全的需要。因此在方案设计、初步设计阶段线路的选择、站址站位的确定要尽量规避工程实施的风险，并对风险因素进行识别、分级管理。在此基础上开展的施工图设计，则要对各风险因素深化、细化保护措施，制定专项设计方案，并逐一论证。除此之外，还要针对不同的工程结构，对工程结构的关键环节、关键部位详细制定、论证方案，满足技术经济合理性的要求，满足结构安全可靠度的要求。如矿山法施工的洞体的超前支护，车站施工的群洞效应影响，施工步序，临时支护的拆除与结构施工，梁、板、柱节点的平衡及何载的转换，结构开口施工等。明挖法施工的深基坑围护结构形式与地层、环境的适应性；盖挖逆作施工的地下结构临时支撑系统与永久结构的转换关系，永久结构的逆作中立柱的各阶段的受力稳定及精度保证等。这些方案都必须以满足结构和环境安全为前提。
2、环境安全分级及技术措施
现代化大城市地面建筑林立，地下煤气、热力、上／下水、电力、通讯等管道设施繁多，地铁线路还要穿越河流、桥梁和既有轨道线路，故除勘察单位负责地铁沿线的地理环境、地质条件、水文地质条件、岩土的工程性质、场地和地震效应等岩土工程勘察和评价外，工程设计单位应进行工程环境的现状调查，形成工程环境现状调查报告，并依据工程环境安全技术管理分级标准进行分级、评估、确定施工工法及其变形控制管理基准值，经专家评审，形成专项设计。
(1)工程环境现状调查主要项目
①邻近地铁建(构)筑物与线路之间相互关系、基础标高、基础类型、桩体构造、变形和裂缝、建造时期和历史价值，用途(商店、住宅、办公)及震动或敏感设备用房；②地下管线情况：种类、数量、修建年代、材质、有无基础、质量情况、联接形式、工作状态、埋深、与地铁结构的位置关系以及产权单位等；③河流状况：主要是线路穿越地层地质条件、河床结构、埋深及水位情况；④既有轨道线路(含铁路线路)；与新线路相互关系及地层情况，既有轨道线路运营现状。
(2)环境影响评估及确定工法、管理基准值
在地层中施作地下结构必然造成原始地层变形和破坏，随着开挖范围的增大及时间的增加，变形则逐渐向四周传递，最后形成地表沉降和土体的侧向移动。当变形在地层传递过程中遇有结构物时则必然发生地层与结构的相互作用，作用结果可能会导致结构物的变形、破坏等。在实际施工过程中，需预先对既有结构现状进行评估，确定容许变形值，并根据理论计算及工程类比确定洞室施工过程中可能产生的变形值，依据上述两项数据，确定处置风险方案应达到的控制标准值，并依此来制定方案。
总之，组织或委托具有相应资质的专业评估单位，依据相关规范、规程进行邻近建(构)筑物和市政基础设施现状评估。依据评估结论确定施工工法、辅助工法和关键技术措施及采取相应保护方案，并制定工程环境变形控制管理基准值，经专家评估后付诸实施。工程环境变形控制管理基准值一般按“分区、分级、分阶段”的原则，制定绝对沉降和差异沉降的“双控”标准，并按预警值、报警值和极限值三级控制，预警值为极限值的60％，报警值为极限值的80％。
三、环境安全风险点的监控
施工监控量测作为一道重要工序，已纳入地铁施工的施工组织设计中。为确保工程环境安全，应根据工程环境安全分级情况，结合工程及水文地质条件、周边环境条件及埋深等，对每个环境安全风险点分别针对性编制专项的监控量测设计，其主要内容应包括施测程序、方法、使用仪器、监测精度、监测点布置、监测的频率和周期等。为确保工程环境安全和方便控制，各专项监控量测设计中，应含有工程环境变形控制管理基准值。专项监控量测设计采用分级审查方式组织评审后实施。全过程监控量测并确定适宜的监测内容，是指导施工和控制地表下沉、监视土体及结构的稳定、保证施工安全的重要手段，为修正设计和动态施工提供科学的依据。无论采取怎样的施工方案和技术措施，施工结束后应对既有结构的受影响程度进行检测和评估，并据此制定恢复方案和具体措施，以确保正常使用。
1、降水工程因素
地铁施工降水是一个系统工程。北京地铁施工除个别标段的局部地段因施工场地所限采用了大口径辐射井外，主要采用抽水管井和自渗井相结合的降水方法。管井降水对潜水、承压水很有效果，在局部开泵的情况下，承压水及潜水均在结构底板以下，但是赋存于黏土、粉土层以及粉细砂中的饱和水处理起来难度很大，对施工造成严重影响的上层滞水很难通过管井降水达到疏干的目的。真空技术应用于工程降水是解决弱透水层和层间滞水的理想方法，真空管井复合降水试验段工程试验，探讨真空管井复合降水技术的工作原理、性能特点、适用范围和施工效果。通过理论计算、室内试验和工程实践等过程的系统研究解决了地铁施工中复杂地层的降水难题，形成了一整套类似地层中地下工程施工降水新技术，解决疏干层间滞水和弱透水层中的饱和水的难题。降水工程中优化设计方案，既要满足无水作业施工要求，又要优化降水井施工工艺，有效控制地层颗粒物的流失，必要时可研究使用含水层、蓄能深井回灌，确保环境安全。
总之，首先，设计方案要依据环境调查与评估，确定沉降与变形控制基准值、环境因素的安全控制值、各工况阶段的变形预测值(含施工降水)。其次，结构设计要考虑结构的抗变形的安全可靠度，关键节点结构力的转换与平衡。再次应考虑采取确保环境安全的辅助措施设计；监控量测方案应进行专项设计。最后，重大方案要有足够的准备时间，进行反复的论证、优化完善，具备较稳定的专家组评审。
2、施工阶段的环境风险因素
施工单位进场后，进行工程前期准备工作，影响环境安全的工作如下。
(1)地质条件及管线复勘：应采用洛阳铲和地质雷达，对主体结构范围内的地层进行复勘，探明地层情况，确定空洞、松散区和富水区以及管线的情况，复核管线综合图。
(2)施工前必须进行管线挖探工作，确定管线情况，便于场地内管线改移施工。管线改移施工中，必须确保管线施工安全和周边环境安全。
(3)探明的空洞、松散区和富水区，在工程正式施工前必须处理完毕。空洞等的处理必须设专项施工队伍，编制专项方案，审批后实施，处理完毕后必须要有效果检查和评价，确保工程周边环境安全。
(4)降水井施工中，必须确保安全、顺利，尽量少地影响地层环境。实施降水过程中，要控制地层颗粒物的流失，防止因降水改变地层结构，造成环境安全隐患。
参考文献：
[1] 李旭亮：《地铁结构施工中安全管理论述》，中国新科技新产品，2010，（07）。
[2] 倪海军：《地铁结构施工现场管理中的若干问题探讨》，建材与装饰，2010，（05）。
[3] 罗添明：《议建筑施工现场理性管理研究》，建筑与工程，2010，（01）。
作者简介：祝喜庆，男，江苏省交通科学研究院股份有限公司,助理工程师.
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