施工基础知识在轨道交通委托执法中的应用

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  【摘 要】 随着南京市轨道交通建设与运营日新月异,与人们的日常出行也越来越息息相关,如何有力保障轨道交通的安全成为现今十分重要的一个话题。轨道交通设施保护办公室正是在这样的大环境下应运而生。我委托执法大队的工作职能对保护轨道交通的结构安全至关重要。本文是我将工作相关的理论知识结合日常巡查执法的相关经验做出的综合整理,将从南京地质、桥隧结构、土方施工基础和重点案例四个方面阐述初学阶段的心得体会。
  【关键词】 委托执法;地质概况;桥隧结构;土方和基坑
  The implementation of construction fundamental knowledge in enforcement assigned by rail transit
  Chang Man,Tang Tingting
  The Rail Transit Facility Protection Office,Jiangsu,Nanjing,210000
  【Abstract】 With the rapid changes and development of Nanjing Metro,and it's getting closer to people's daily life. The Rail Transit Facility Protection Office has just been born at the right moment. The responsibilities that I assigned to law enforcement team play a vital role in the protection of rail transit structure. This article is a comprehensive documentation of work-related theoretical knowledge, combined with my experience of routine inspection and enforcement, which will be illustrated through my personal leant and understandings on the initial phase into 4 sections, including Nanjing geography, Bridge and tunnel structure, earthwork and foundation pit.
  【Key Words】 Enforcement assigned by rail transit, Topography and Geology Introduction, Bridge and tunnel structure, Earthwork and foundation pit
  引言:
  城市軌道是一种利用轨道列车进行人员运输的方式,包括了地铁、轻轨、高铁、空中轨道列车、有轨电车和磁悬浮列车等。地铁,狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统,但广义上,许多此类的系统为了配合修筑的环境,可能也会有地面化的路段存在,因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。
  为了保障轨道交通规划、建设的顺利进行和建成后的安全运营,《南京市轨道交通管理条例》(以下简称《条例》)设立了轨道交通控制保护区和特别保护区。轨道交通委托执法大队(以下简称委托执法)的基本职责就是:对保护区内的施工项目进行详细巡查,督促作业单位制定相关保护方案并落实;对未制定、实施轨道交通设施保护方案或者拒绝地铁公司进行安全监控的,责令整改;拒不整改的,可以根据不同情况对作业单位作出相应的处罚。[1]在日常执法中,我们经常会遇到施工方面的专业知识,缺少相关知识储备使我们很难争取把握工程进度以及对地铁结构造成的隐患。
  一、南京地质概况
  南京地铁目前在运营线路有4条,分别是1号线、1号线南延线和2号线。今年还将陆续开通3条线路。随着城市建设的现代化要求,必然要向空中和地下发展。高层建筑的兴建,人防建筑的开凿,以及地下铁道的规划工作,都迫切要求对城市地质的研究分析。
  土的种类繁多,作为建筑物地基的土分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊土(如淤泥、泥碳、人工填土等)。在土方工程施工中,根据土的开挖难易程度,将土分为软松土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类。前四类属一般土,后四类属岩石。最优和最差要相对于该项目的用途来判定,如基础施工,或土方开挖、绿化种植等性质。[2]
  南京市位于长江中下游,地貌上属低山丘陵区。水系发育,主要为内秦淮河水系和金川河水系。地下埋藏有一条纵贯南北的古河道,形成了比较复杂的地貌形态(如图1所示)。宽广的漫滩和阶地坳沟、秦淮河古河道、长江古河道等构成了大片软基存在,特别是在河西地区和浦口滨江区域;阶地区下蜀土构成南京较好地基,但坳沟存在引起地基的不均一性,导致岩土差异较大;江南工程地质情况略优于江北。
  图1
  城南地区主要处于第四纪土层,在坳沟低耕土层下面,有一层厚度为4米-13米的Q4亚粘土,其下为厚度3米-9米的Q3亚粘土,Q3土层下为强风化沙岩。河西地区为南京市典型的深厚软土地区,总占地面积约13.67km2。河西地区地基相当软弱,沉积物自下而上由粗变细,基岩埋深一般在50米-60米,该地区上部土层松软,特别是淤泥质粉质粘土,淤泥质粘土,中高压缩性,承载力特征值一般小于80KPa。该软土地区地质条件较差,属于对地基基础工程的设计、施工非常不利的地区。[3]
  1号线南延线基本上分布在秦淮河流域,并跨域秦淮新河和秦淮河,对地铁隧道结构养护影响较大。2号线东延线跨越百水河和九乡河下游,雨季洪水期应注意高架的抗洪防护。2号线往西段基本都在河西地区,南京市政府为了更好的开发和利用河西地区的地质资源,近几年来成了南京市的重点开发地区,施工项目层出不穷,对地铁隧道结构安全构成诸多威胁。今年年中即将开通的地铁10号线路也多盘踞在河西地块,因此是我们执法工作的重中之重。   二、地铁结构及监测
  地铁的土建结构主要指桥隧建筑物,即桥梁、隧道等的总称。目前,国内地铁隧道结构形式主要有:盾构结构、复合式支护结构和明挖现浇钢筋混凝土箱形结构等。由于盾构隧道结构(如图2)一般由预制钢筋混凝土管片和连接螺栓拼装组成,与复合式支护地铁隧道结构、明挖现浇钢筋混凝土箱形隧道结构相比,盾构隧道结构的纵向刚度、横向刚度均大为折减,在外部作业的施工扰动下,盾构隧道抵抗外部作业扰动的能力相对较低。因此,在紧邻地铁隧道结构的深基坑工程设计与施工工程中,应对地铁隧道结构形式有一个先期的调查与研究尤为重要。[4]
  图2
  加强隧道结构安全信息化管理首要工作是进行隧道结构安全监测。紧邻地铁隧道结构周边地层发生扰动,导致隧道结构周边应力场发生变化,诱使隧道结构产生相应的受力与变形反应。地铁区间隧道结构的受力和变形发生改变,可能影响地铁区间隧道结构的正常使用,严重时危及地铁区间隧道的结构安全。因此,隧道变形监测是地铁施工期和运营期的一项长期的任务,而隧道结构沉降监测又是其必不可少的主要监测项目。
  深基坑开挖必然对紧邻隧道结构安全带来威胁,在基坑施工开挖期间,必须要实施对地铁隧道结构安全的专项监测方案,实时掌握隧道结构的安全状态。在深基坑开挖过程中,一旦隧道结构监测数据显示异常,要分析原因,及时启动应急预案,采取留土反压、回填、注浆等措施,保障隧道结构安全。
  三、土方和基坑工程
  由于地铁隧道深埋地下,难以用肉眼探测,因此在保护区周边都设立了保护标识牌,防止施工项目忽视了施工作业对地铁隧道结构的影响。保护区内施工作业中的土方和基坑是对地铁隧道结构影响最大的两个工程阶段,因此掌握建筑基础知识对委托执法来说尤为重要。
  土方工程也称为土石方工程。常见的土石方工程有:场地平整、基坑(槽)与管沟开挖、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土,路基填筑以及基坑回填。施工前,应对施工区域内存在的各种障碍物,如建筑物、道路、管线、防空洞、旧基础等,凡影响施工的均应拆除、清理或迁移,并在施工前妥善处理,确保施工安全。土方开挖前,应会同有关单位对附近已有建筑物或构筑物、道路、管线等进行检查和鉴定,对可能受开挖和降水影响的邻近建(构)筑物、管线,应制定相应的安全技术措施,并在整个施工期间,加强监测其沉降和位移、开裂等情况,发现问题应与设计或建设单位协商采取防护措施,并及时处理。[5]
  基坑是指为进行建筑物(包括构筑物)基礎与地下室的施工所开挖的地面以下空间。基坑属于临时性工程,其作用是提供一个空间,使基础的砌筑作业得以按照设计所指定的位置进行。在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。开挖前应根据地质水文资料,结合现场附近建筑物情况,决定开挖方案,并作好防水排水工作。开挖不深者可用放边坡的办法,使土坡稳定,其坡度大小按有关施工程规定确定。开挖较深及邻近有建筑物者,可用基坑壁支护方法,喷射混凝土护壁方法,大型基坑甚至采用地下连续墙和柱列式钻孔灌注桩连锁等方法,防护外侧土层坍入;在附近建筑无影响者,可用井点法降低地下水位,采用放坡明挖;在寒冷地区可采用天然冷气冻结法开挖等等。基坑支护分为浅坑和深坑两种。[6]
  基坑支护的方式多种多样,灵活万变,需结合具体情况进行选择。具体采用哪一种方案应视基坑土质、地下水水位等因素而定。由于基坑工程本身的复杂性及高风险性,为了保证基坑支护结构、周围建筑物及地下管线的安全,避免发生重大安全事故,所以必须进行基坑监测。是否按要求进行基坑监测往往是委托执法进行行政处罚时的决定性因素。
  四、典型案例分析——“金融城”地下隧道钢环加固
  南京金融城位于河西新城的中轴线上,嘉陵江东街以南,雨润大街以北,紧邻地铁1、2号线。占地约8万平方米,总建筑面积约70万平方米,地面以上拟建高层和超高层建筑10栋。该项目位于地质条件较差的南京河西地区,地铁2号线从地块的西北角至地块的东南角横穿而过。(如图3)
  图3
  超高层建筑对于施工要求向来比较苛刻,而作为恢弘的超高层建筑群,南京金融城项目的施工难度更是难上加难。虽然动工之前已预见施工对地铁隧道的影响,也经过专家论证会制定了施工保护方案,但由于种种客观因素,仍避免不了隧道管片出现较大横向变形及隧道沉降。经过多次专家论证会,确定对变形隧道段进行粉细砂层改性水玻璃注浆工法和整体钢环加固。其原理是反复缓慢注浆进入隧道壁旁侧土壤,间接通过隧道壁外土壤进行施压,使变形段慢慢恢复。在注浆工程全部结束之后,再在隧道内壁加固钢环进行支撑。
  全程都有专家进行实时数据监测,以确保隧道安全恢复到理想值。隧道沉降监测点(如图4)布设在道床的两轨之间,一般每隔50~60m设1个点,标点可兼用铺轨控制基标,点名采用里程编号,以区间两侧工作基点构成观测路线。[7]
  图4
  在地下工程施工中,特别是在第四纪冲洪积层中修建隧道,经常遇到粉细砂层。这种地层致密无胶结,无自稳能力,开挖时易坍塌,危及施工安全。采用改性水玻璃注浆,较好地解决了这一技术难题。改性水玻璃即酸性水玻璃,浆液采用料源广、价格低、无污染的普通水玻璃和硫酸为主要原料,掺入少量外加剂配制成的粘度低、可靠性好、凝胶时间可控、稳定性好的浆液。把这种浆液通过小导管按一定的扩散半径及加固范围以单液方式注入粉细砂层中,扩散凝胶,把松散的砂粒固结成一个强度适中的块体,在隧道周围形成一个防坍塌、防涌水的固结圈,从而达到加固和防水的目的。[8]
  由于隧道已处于严重病害状态,为了保证地铁正常运营,通过对该区段盾构管片结构受力分析、计算,决定采取隧道顶部粘帖芳纶布临时加固及管片钢环加固相组合的结构补强工法进行施工。隧道管片钢环选用厚20mm-30mm、宽900mm的钢弧板,外径5500mm。每环管片密贴安装1片封顶钢弧板,1片邻接钢弧板,2片牛腿钢弧板,2条钢拉条,钢拉条在道床面将两牛腿钢板连接,形成封闭环,钢弧板与管片间缝隙注环氧树脂填充。但由于注浆尚未全部结束,隧道结构未呈稳定状态,全部注浆工程结束后才可以继续在隧道内部进行钢环加固。目前隧道内部只安装了部分钢环牛腿(如图5)。
  图5
  五、结束语
  地铁保护区的巡查工作,是委托执法大队的日常工作之一。由于大部分执法队员不是土建专业出身,对土建和桥隧方面的专业知识知之甚少,在巡查过程中即使看到保护区内施工项目,也不能准确判断施工对地铁结构安全所造成的影响程度。曾经的知识和固有的思考问题的方式在具体的工作岗位中变得不适用,这迫切要求大家诚实地面对自身的不足。只有加强这方面知识的学习,不断提升自身业务水平,才能使执法工作更加事半功倍,使地铁安全的保障更加有力。
  参考文献:
  [1]宋国强,南京市地铁交通设施保护办公室规章制度选编[Z]. 2010(172)
  [2]潘全祥,施工员必读[S].中国建筑工业出版社,2005(316)
  [3]南京大学地质系水文工程地质教研室,南京地质地貌[R],2013
  [4]边育生,桥隧工[S].中国铁道出版社,2009
  [5]土方工程[DB/OL].http://baike.baidu.com/view/43300.htm,2013-12-25
  [6]基坑工程[DB/OL].http://baike.baidu.com/view/1484971.htm,2014-1-21
  [7]黄腾,孙景领,地铁隧道结构沉降监测及分析[J].东南大学学报,2006,36(2):263
  [8]改性水玻璃注浆施工[DB/OL],http://wenku.baidu.com/view/1743e62d915f804d2b16c182.html,2012-3-15
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