摘　要:针对苏州地铁工程建设中现有的影响工程风险等级划分的因素、风险等级划分方法及可用的处置方法,提出将工程周边环境现状结构质量和重要性程度,以及车站围护形式作为风险等级划分的重要因素等建议。结合苏州地铁某车站的工程实例,介绍了工程风险评估及处置对策。

关键词: 地铁工程; 风险评估; 分级标准; 控制; 处置对策; 工程环境

 

      苏州地铁远期规划共11条线路,总长560 km,未来将与上海、浙江及省内无锡地铁相连。苏州地铁1、2、4号线将穿越城市中心或沿城市主干道布设。由于城市市政基础设施相对较完善,道路及周边不可避免地分布了很多天桥、箱涵、河道、市政管线、建筑、地道等。新建地铁工程施工,容易引起地层位移及沉降,进而引发邻近的地铁隧道结构沉降、变形或受到附加应力,影响到结构的安全。由于苏州地铁工程建设起步较晚,可供借鉴的地下工程成功经验并不多。因此,在苏州地铁工程建设初期对工程进行风险评估及处置对策进行分析、探讨和梳理尤为重要。

      近年来,地下工程设计专业在地铁、基坑、隧道工程设计研究中相继引入了相关风险管理的方法,取得了一定的经验。但是,在实际研究过程中,对于风险分类、分级标准,风险应对措施等,还未形成一定的共识。本文即对苏州地铁建设风险评估及处置对策进行初步的探索。

 

      目前,苏州地铁将设计文件中体现的风险管理称之为风险源设计,按照国家主管部门要求,在初步设计中其实质仍属于风险管理。苏州地铁工程风险分为两类:工程自身风险;工程环境风险。

      根据工程特点,工程自身风险分为一、二、三级。

      1)工程一级自身风险:基坑深度在25 m以上(含25 m)的深基坑工程。

      2)工程二级自身风险:基坑深度在15~25 m(含15 m)的深基坑工程,近距离并行或交叠的盾构法区间,不良地质地段的盾构区间联络通道,不良地质地段的盾构始发和到达区段等。

      3)工程三级自身风险:基坑深度在5~15 m(含5 m)的基坑工程,一般盾构区间等。

      工程环境风险分为特级、一、二、三级。

      1)特级工程环境风险:下穿既有线(含地铁、铁路)的工程。

      2)工程一级环境风险:下穿重要建(构)筑物、重要市政管线及河流的工程,上穿既有轨道线路的工程,明挖法邻近既有线(距离小于0. 7H)、重要桥梁(基坑破裂面影响桩长大于1/2倍桩长)、重要建(构)筑物(距离小于1.0H)。

      3)工程二级环境风险:下穿一般建(构)筑物、重要市政道路管线及河流的工程,邻近建(构)筑物、重要市政管线及河流的工程,明挖法邻近既有线(小于1.0H),明挖法邻近重要桥梁(基坑破裂面影响桩长),明挖法邻近建(构)筑物(距离小于1.0H)、基坑有承压水影响的基坑。

      4)工程三级环境风险:下穿一般市政管线、一般市政道路及其它市政基础工程设施的工程,邻近一般既有建(构)筑物、市政道路工程,明挖法邻近一般建(构)筑物、重要市政道路。

      分级标准见表1。

 

      上述分级标准有一定的通用性,但是考虑到苏州地区的地质情况、地铁车站周边环境特点,以及借鉴上海轨道交通建设经验,笔者认为可以对苏州地铁风险等级进行一定修正。风险等级确定是制定整个工程风险应对措施的依据之一,风险等级不仅影响到地铁结构和环境的安全,而且直接影响到工程投资。

 

 

      ④y层为苏州地区地下工程中常见的不良地质层,为第四纪全新世(Q42)滨海~湖沼相沉积物,厚度变化较大,欠均匀,流塑,夹少量有机质及薄层泥炭质土,压缩性高。其参数标准及承载力特征值见表3。从表中可看出,该土层承载力较低,力学性能较差。

 

      苏州地铁4号线部分区间隧道穿越该层,这将给施工期间盾构及沉降控制带来很多新的挑战。在原来的分级标准中,将一般盾构区间风险定义为工程“三级自身风险”,现建议在未获得该土层穿越工程经验之前,可以升一级,定义为“二级自身风险”,待获得一定的施工经验后,再对该风险等级进行调整。

      苏州地铁部分车站(例:邵昂路站、溪秀路站)沿车站纵向将平行布设4根管径≥1 m的有压给水管,距离基坑均在1倍基坑深度范围内。这些水管均为城市供水干管,其重要性不言而喻。因此,建议对于此类工程可以上升一个等级,作为“特级工程环境风险”。在应对措施上,采用主动加固结合施工保护。

 

      目前,国内比较常见的风险控制标准表现为相关监测数据的警戒值,采用的警戒值大多是设计文件和相关规范规定的,而在实际施工风险控制时,能起到的参照及指导意义并不大。有关文献提出了警戒值及警情管理模式的安全控制体系,实现了监测控制的定量化。这对苏州、上海等软土地区地下工程的风险安全监控具有一定的指导意义。根据以上风险等级划分,制定相应的控制指标,以指导施工期间的风险控制。

      地铁工程风险控制指标包括:地表、管线、电力塔倾斜、围护墙顶位移、建筑物(倾斜)、建筑物开裂、围护结构测斜、支撑轴力以及立柱等沉降。

 

      对于工程自身的风险,主要是对施工工艺及工程措施进行优化和加强。而对于工程环境风险,根据不同的风险等级,可以采取“主动加固”、“施工保护”或两者结合的方式进行风险控制。

      不论是工程自身风险还是工程环境风险,都需要对工程实施监测。借鉴上海地铁建设的经验,利用基于警戒值及警情管理模式的安全监控体系,对风险进行过程控制。

      1)加固地层:对于邻近重要建筑采用地面注浆,预先对建筑周围地层加固。

      2)优化基坑施工工艺:减少基坑无支撑暴露时间,利用“时空效应”进行挖土筹划,及时加撑。

      3)由第三方对建筑物进行现状质量及允许沉降评定,作为施工过程重要的控制参数。

      1)加固地层:对于邻近重要管线采用地面注浆,预先对管线下地层加固,控制管线沉降。

      2)隔离底层:在既有管线和地铁基坑之间施作灌注桩等,隔离由于地铁施工引起的沉降槽范围。

      3)承台基础:对于风险等级较高的管线保护,采用施作灌注桩及基础支撑管线,严格控制管线沉降。

      1)技术措施:在围护结构选取、支撑体系设计、地基加固,以及承压水控制等方面做多方案比选,采取符合相应风险等级方案的技术措施。

      2)专项攻关:对于各个风险点进行有针对性的专项处理。

      3)过程控制:盾构施工期间,加强进出洞控制,及时反馈各项技术指标信息,结合环境监测数据获得最佳盾构控制参数。监测盾尾注浆的注浆压力与注浆量,以确保同步注浆的效果。以上风险工程处置措施需根据不同风险等级以及现场条件,选择使用。

 

      苏州地铁4号线溪秀路站位于吴中大道上,为配线站,车站长度范围内横向道路有溪秀路、圣陶路以及北溪江路。该站为双层明挖车站,标准段采用800 mm地下连续墙围护形式。

      车站北侧布设改迁的给水管,管径1.4m及1m,且平行于主体结构,给水管距基坑边线仅约8 m。车站3号出入口结构距管径2 m的污水管也仅2 m, 距建筑物地下通道约7m。车站基坑深约16.5 m,出入口基坑深约10m(见图1、图2)。

 

 

　   车站基坑自身风险等级及环境风险等级分别确定为“二级工程自身风险”和“一级工程环境风险”。考虑到车站周边管线较多,并排布设4根有压给水管,出入口基坑离污水管又较近。同时,出入口顶管施工将穿越这4根给水管。为此,建议将该风险等级提高一级,列为“特级工程环境风险”,并采取以下应对措施。

      1)顶管下穿时,施筑ｆ600 mm钻孔灌注桩,桩长8m。在该桩基顶施筑3400 mm×1000 mm承台,托住给水管,然后施作顶管穿越(见图3)。