引言

我國城市軌道交通建設中，地鐵線路往往需要穿越鐵路股道或站房等建構筑物，對正常運營的鐵路既有線安全帶來較大的風險。而盾構法施工憑借其安全可靠、施工效率高、占用空間小,以及對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢,在地鐵建設中被普遍采用。

在盾構法隧道施工穿越鐵路股道以及站臺站房等建構筑物時，關鍵是既需要保證隧道正常施工,還需要保證鐵路既有線的運營安全。這就對盾構穿越時鐵路路基和各種建構筑物的變形，提出了非常嚴格的要求。如何對這一類的安全風險進行辨識評估和管控，是防范發(fā)生鐵路運營重大安全事件事故的關鍵。

本文以同是科技參與的合肥軌道交通某線兩站區(qū)間盾構連續(xù)下穿鐵路股道群及站房施工為依托，詳細總結了隧道施工涉鐵風險的辨識評估方法和管控措施，為后續(xù)類似工程的安全風險辨識評估和管控提供參考與借鑒。

工程概況

01區(qū)間概況

某兩站區(qū)間，采用盾構法施工。線路以28‰的坡度向下下穿高架橋及居民樓后，然后以4.5‰和26.597‰(右線27.484‰)的向上的坡度下穿火車站無柱雨棚、股道群及站房，與既有的兩期工程相銜接。線路共設兩組R=5000、一組R=3000的豎曲線，區(qū)間隧道為兩條單洞單線圓形隧道，線間距為15～18.4m，最小曲線半徑為362.5m。

該區(qū)間盾構機下穿鐵路節(jié)點工程為國內首次在無預留條件情況下，近距離正下方穿越鐵路站房結構物，具有工程實施風險高且組織復雜的特點，是合肥軌道建設歷史上面對的最難考驗。

區(qū)間隧道平面示意圖

02下穿股道群及相關建構筑物概況

1)下穿無柱雨棚樁基

區(qū)間采用盾構法下穿無柱雨棚樁基，樁直徑為∅800mm和∅500mm鋼筋混凝土鉆孔灌注，樁長28m和30m，區(qū)間下穿2根廢棄的無柱雨棚樁基，直徑600mm，樁長30m，與頂部承臺未連接，沿隧道方向布設，樁間距1.5m，兩根樁均位于隧道一側，，樁邊緣距離隧道中心2.0m。盾構下穿施工時，利用刀盤及刀具特性將其切斷。

區(qū)間隧道與無柱雨棚樁剖面位置關系示意圖

2)下穿站臺及股道群

區(qū)間在里程ZK16+550～ZK16+700段左線以R=371.5m(右線為R=362.5m)的平面曲線正穿12股道，站場股道(碎石道床)，隧道頂外皮豎向與股道距離約12.905m～14.041m。線路到達下穿段后以4.5‰與26.597‰(右線27.484‰)向上的坡度下穿股道群到達火車站，共設兩組R=5000m、一組R=3000m的豎曲線。

3)下穿站房

區(qū)間隧道從已建成的車站出站后，直接下穿火車站站房，在隧道下穿影響范圍內的站房基礎一共55座，其中獨立基礎32座，人工挖孔擴底墩基23座，下穿樁基6根，位于盾構區(qū)間影響區(qū)域內的樁共有12根(影響區(qū)域按區(qū)間往外6m考慮)，盾構下穿前站房采用灌注樁和承臺梁加固處理，盾構隧道側穿新建樁基。隧道頂外皮距離人工挖孔樁樁底豎向距離6.153m，距離獨立基礎底豎向距離5.683~8.135m。

區(qū)間隧道與站房基礎平面、剖面關系圖

站房基礎與隧道位置關系剖面圖

工程地質

區(qū)間隧道上方主要為粉質黏土填土①2層、雜填土①1層、粉質黏土②層、粉質黏土③層，隧道洞身主要穿過黏土③層。場地無不良地質作用，場地內主要特殊性巖土為填土、膨脹土、風化巖。

水文條件

該兩站盾構區(qū)間，勘察深度范圍內主要賦存三層地下水，地下水類型為上層滯水(一)、承壓水(三)和基巖裂隙水(四)。

上層滯水(一)：主要接受大氣降水、管溝滲漏、綠化灌溉補給，主要以蒸發(fā)的方式排泄。隨季節(jié)大氣降水及管道滲漏的變化而變化，并受到地面環(huán)境變化的影響，不具有明顯的規(guī)律性。

承壓水(三)和基巖裂隙水(四)：主要接受越流、側向徑流補給，主要以側向徑流的方式排泄。受大氣降水垂直滲入等的影響較小，年變幅約為1～3m。

風險源辨識與評估

根據風險評估的目的和對象的不同，有多種的風險評估方法。依據《城市軌道交通地下工程建設風險管理規(guī)范》(GB50652—2011)和合肥地鐵已運營的線路項目的實際情況，采用基于層次分析法(AHP)與專家打分法的綜合集成風險評估法，辨識出該區(qū)間施工階段涉鐵主要風險源評估統(tǒng)計如下：

區(qū)間涉鐵主要風險源評估等級

重點防控措施

01管理措施

1)建立安全管理體系，強化人員素質培養(yǎng)。為了確保安全管理“橫向到邊、縱向到底”，安全管理層次無脫節(jié)遺漏，同是科技協(xié)助建設單位，在合肥軌道建立了集團-建設分公司-標段施工單位項目部三級安全管理體系，頒布若干安全風險管理制度，建立健全安全生產責任制。同時根據建設單位實際需要，強化人員素質培養(yǎng)，多次開展專家培訓會、專家巡檢等工作，使得安全風險管理體系運行充分、有效。

2)重視核查現場風險，定期開展安全風險評估。施工前期，同是科技結合設計文件，多次組織人員對該區(qū)間沿線的建(構)筑物、管線等周邊環(huán)境進行梳理、調查，詳細記錄了每棟建筑的結構、基礎類型、深度及與隧道的距離等。同時利用公司后臺專家力量，組織開展涉鐵施工安全風險評估工作，全面辨識、分析、分級、評估涉鐵施工風險，并制定針對性的風險控制方案和管控措施。

3)重視交底，與參建各方共同提升風控意識和能力。要管控好風險，就需要提高參建各方的風控意識和能力。做細做實安全風險交底、掌握和嚴格執(zhí)行風險管理相關規(guī)范和辦法等是有效的途徑。同是科技結合國家法律法規(guī)、合肥軌道集團相關制度文件、前期線路日常風險管控工作中存在的具體問題，統(tǒng)計分析、精心準備交底材料，施工前，在集團安質部的主持下，對區(qū)間涉鐵施工相關單位進行詳細的風險交底及警示教育，進一步推動各方風控意識和能力的提升。

4)以多種形式對重大風險源和關鍵節(jié)點實施管控。①每一重大風險源或關鍵節(jié)點通過或施工之前，同是科技首先要提前下發(fā)風險警示工作聯(lián)系單，包括重大風險源管控，以及盾構的接收始發(fā)、聯(lián)絡通道的暗挖、盾構機非正常長時間停機等風險警示，也涉及風險事件或工程異常警示。②針對區(qū)間下穿鐵路及站房設計一級風險，同是科技及時組織人員編制專項風險評估報告，在掌握專項施工方案的基礎上，提出了一些針對性的管控措施。③特別重視數據異?；蝾A報警警情分析會、專家評審會，共同分析原因和制定措施，并跟蹤后續(xù)措施的落實，為消警和恢復數據正常，發(fā)揮了非常重要的作用。④注重軌道交通建設應急管理工作，積極協(xié)助建設單位開展對軌道交通建設及運營安全風險的辨識和評價，完成合肥市政府軌道交通建設和運營專項應急預案的編制、專家評審及發(fā)布工作。

5)以巡查問題為導向，注重整改閉合。在加強重點風險和重點標段管控的同時，同是科技在區(qū)間涉鐵施工期間，開展了全方位的安全風險評估咨詢及現場服務。堅持風險管控和隱患排查相結合，每周對全線重要工點或Ⅱ級以上風險點完成兩次以上全覆蓋巡檢，下發(fā)整改通知單并督促整改閉合。

6)監(jiān)控量測及地面巡查控制。為保證營運鐵路的行車安全和正常運營，在隧道下穿鐵路期間，監(jiān)測單位和第三方監(jiān)測單位嚴格按照施工監(jiān)測方案確定的監(jiān)測項目和監(jiān)測頻率進行監(jiān)測，核對盾構機與地面鐵路的精確相對關系，并及時將監(jiān)測信息反饋到相關參建單位。其中鐵路圍墻內的路基、軌道、站臺、接觸網立柱、進站天橋柱、無柱雨棚柱監(jiān)測采用全自動化監(jiān)測，全自動化監(jiān)測為實時監(jiān)測，監(jiān)測基本頻率為1 次/2h;非實時監(jiān)測的項目為站房框架柱、圍墻、圍墻外的地表。施工過程中，每次進行現場監(jiān)測的同時進行巡視檢查，特殊情況加密巡視頻率?，F場安全巡視完畢之后，進行資料整理，形成文字報告記錄在監(jiān)測日報里，報告內容包括：巡視時間、巡視地點、巡視對象、巡視內容、存在問題描述、原因分析、安全狀態(tài)評價、采取措施建議等。

7)信息化施工。①在穿越階段安排24小時在地面安排值班人員，洞內配備對講機、固定電話、無線網絡，現場可通過對講機、電話、無線網絡隨時向盾構作業(yè)面反饋最及時的地面信息，同時，盾構主控室的電話保證24小時暢通。值班技術在每環(huán)掘進完成后將每環(huán)信息通過微信的方式向相關人員進行匯報。②依托盾構及掘進技術國家重點實驗室 “智慧盾構TBM工程大數據平臺”在主要負責人手機、電腦上進行安裝，對盾構掘進情況進行實時監(jiān)控，做到發(fā)現異常及時下達指令，將隱患遏制在初始階段，確保穿越施工安全。③自動化監(jiān)測系統(tǒng)。該項目采用基于云平臺的物聯(lián)網綜合管理系統(tǒng)，對施工、運維等數據進行集約化管理;以計算機終端、手機客戶端等形式為管理部門不同用戶以不同權限層級的模式提供“智慧服務”，在風險事件條件下，及時通過手機短信、客戶端信息等形式向用戶提供預警和報警信息。自動化監(jiān)測系統(tǒng)具有集成化、一體化的特征，具有遙測、遙控、數據遠程傳輸、預警、一體化網絡功能。在實際工程運用中更能體現其優(yōu)勢，通過自動化監(jiān)測系統(tǒng)可以對監(jiān)測目標實時監(jiān)控。不同時段監(jiān)測數據自動傳輸至監(jiān)測平臺，進行數據存儲、查詢和比較驗證。并且可以借助系統(tǒng)，迅速對不同時段、不同監(jiān)測區(qū)域數據進行比較、分析，從而可以更為直觀和全面的把控監(jiān)測目標的變形狀態(tài)，對結構健康狀態(tài)進行評估,及時向施工、設計、運營單位反饋信息，可以確保施工過程中行成更為及時有效的信息反饋機制，可以確保工程順利進展。

8)自項目開工建設以來，合肥軌道集團帶領參建單位提前籌劃，在合肥市人民政府、中國鐵路上海局集團以及相關單位的大力支持下，積極協(xié)調溝通，先后8次赴中國鐵路上海局集團進行溝通，召開了6次專家審查會，組織召開現場協(xié)調會18次，為下穿鐵路工程的順利推進奠定了堅實基礎。

9)合肥軌道集團帶領參建單位提前制定盾構涉鐵施工方案，編制盾構機吊裝、始發(fā)、掘進、穿越風險源、接收等各項專項方案，多次開展專家論證，為施工提供了切實可靠的技術保障。

10)新建合肥站安全生產指揮中心，將施工區(qū)域相關人員、設備搬遷至此，并在合肥站南廣場修建臨時過渡站房，乘客改由臨時過渡站房進站，在確保盾構下穿安全的前提下，也保障了合肥站日常運營正常。

02技術措施

首先，盾構機的適應性、刀盤選型、刀具合理配置是關鍵，其專項方案必須經過專家評審。其次，控制掘進土壓和渣土改良，是維持開挖面穩(wěn)定的重點之一。由于在盾構開挖行進時，盾體上方土體與盾體外殼間存在間隙，而此時同步注漿漿液無法支撐該范圍土體，因此要確保盾體上方土體穩(wěn)定。再者，壁后注漿是控制地表沉降的另一個關鍵點，須在施工中加強同步注漿、二次補充注漿的管理。同時，區(qū)間穿越段位于平面R=371.5/362.5m圓曲線上，小曲線半徑施工中，必須保持盾構掘進姿態(tài)的穩(wěn)定性、減少因糾偏造成的超挖現象、控制成型隧道質量、加強管片防水管理。

1)設置試驗段，優(yōu)化施工參數。穿越合肥站股道群前100m設置掘進試驗段，取得最優(yōu)施工參數，主要包括盾構掘進姿態(tài)、總推力、扭矩、土艙壓力、碴土改良、注漿量及出碴量等，并形成總結報告，為盾構下穿施工提供參考。

區(qū)間下穿國鐵試驗段擬掘進參數

2)盾構姿態(tài)控制。該區(qū)間盾構涉鐵段最小平面曲線半徑R=362.5m，在緩和曲線段提前調整掘進姿態(tài)，確保盾構平穩(wěn)進入R=362.5m曲線，并將盾構姿態(tài)調整至最佳，調整掘進水平軸線向圓曲線內側偏移20-30mm，垂直軸線下偏15-30mm。掘進過程中，值班技術人員根據地質變化、隧道埋深、地面荷載、地表沉降、盾構機姿態(tài)、刀盤扭矩、千斤頂推力等各種勘探、測量數據信息，正確下達每環(huán)掘進指令，并及時跟蹤調整。嚴格控制糾偏做到勤糾緩調，并控制每環(huán)糾偏量不超過3mm，當姿態(tài)初始出現的小偏差應及時糾正，盡量避免盾構機走“蛇”形，減小對土體的擾動，達到減小地面沉降的最終目的。施工中，加強對管片的監(jiān)測工作，以期指導調整盾構機姿態(tài)，如果出現管片上浮和下沉量突變，則應加大監(jiān)測頻次，并采取二次注漿的方法對管片進行穩(wěn)定，防止情況進一步惡化。確保盾構均衡勻速施工，盾構姿態(tài)變化不可過大、過頻。每隔5環(huán)檢查管片的偏移量，隧道軸線和盾構軸線折角變化不能超過0.4%。避免盾構與管片間夾角過大造成土體損失，多注意觀察管片與盾殼的間隙，相對區(qū)域油壓的變化量隨出土箱數和千斤頂行程逐漸變化。

3)管片拼裝控制。管片在拼裝過程中必須控制以下幾點：①在拼裝過程中要清除盾尾拼裝部位的垃圾，同時必須注意管片定位的正確。②千斤頂應按拼裝管片的順序相應縮回，嚴禁大面積縮回千斤頂。③拼裝好后及時靠攏千斤頂，防止盾構后退。④環(huán)面平整度：每環(huán)管片拼裝前檢查環(huán)面平整度，相鄰塊管片的錯臺應小于5mm，以免鄰接塊接縫處管片碎裂。⑤相鄰環(huán)高差控制：相鄰環(huán)高差量的大小直接影響到建成隧道軸線的質量及隧道有效斷面，因此必須嚴格控制環(huán)高差。相鄰環(huán)管片高差≤5mm。⑥縱、環(huán)向螺栓連接：成環(huán)管片均由縱、環(huán)向螺栓連接，其連接的緊密度將直接影響到隧道的質量。因此每環(huán)拼裝結束后應及時擰緊縱、環(huán)向螺栓，采用三次復緊確保隧道的質量。第一次復緊，拼裝完復緊;第二次：管片脫出盾尾復緊;第三次：管片推出車架后復緊。

4)同步注漿量和漿液質量控制。針對區(qū)間下穿黏土地層，根據合肥市軌道交通施工以及其它經驗數據，調整漿液配合比如下：稠度109mm;初凝時間5-7h;7d抗壓強度為2.6～2.8MPa，28d抗壓強度為3.8-4.1MPa。注漿壓力，為防止管片上浮，采用上部兩個注漿孔進行同步注漿，上部兩個(1#、4#)注漿孔的壓力控制在0.19～0.25Mpa，不同穿越階段注漿壓力控制參數不同。注漿量，在盾構掘進過程中，要及時進行管片背后注漿，必要時可采取多次壓漿，確保回填充實。

5)二次注漿控制。在穿越期間，當襯砌脫出盾尾時采用單液漿結合雙液漿的方式進行二次補強注漿，管片拖出盾尾5環(huán)后即啟動二次注漿，隔環(huán)跟進注漿。在有超出土情況時，拖出一環(huán)即啟動二次注漿。后續(xù)根據監(jiān)測情況、滲漏水情況等分段、系統(tǒng)的進行再次補注。當監(jiān)測數據出現較大變化時采用雙液漿注漿方式，監(jiān)測數據無異常采用單液漿二次注漿。單液漿水灰比為1.5：1。雙液漿為水灰比1.5:1的水泥漿：水玻璃溶液=1:1，初凝時間約為20~40s。結合當前地層情況及環(huán)境條件，注漿壓力不大于0.3MPa。

6)采用新工藝--克泥效工法。根據可借鑒的施工經驗，盾構下穿時地表沉降主要表現在，盾構向前推進管片拖出盾尾的瞬間，通過常規(guī)加強同步注漿以及及時二次注漿的施工工藝，無法應對本工程施工要求。為此增加克泥效工法的應用，以降低對周邊環(huán)境的影響?？四嘈怯珊铣赦c基黏土礦物、纖維素衍生劑、膠體穩(wěn)定劑和分散劑構成?？四嘈Чしㄊ菍⒏邼舛鹊哪嗨牧?克泥效水溶液，常用濃度為 400~500kg/m³)與塑強調整劑(水玻璃40be’)兩種液體分別以配管壓送到盾體徑向孔處，再將該兩種液體以體積比20:1的比例混合，形成高黏度塑性具有支撐力擋水性膠化體后，在盾構機掘進的過程中同步注入到盾體外，填充盾體與周邊土體之間的間隙，起到在同步注漿漿液尚無法對開挖土體進行支撐時提前支護的作用。在克泥效注入的同時，漿液會滲入到周邊土體中形成泥膜，可有效阻止后期漿液流失，提到注漿效果。通過克泥效漿液的注入在有效控制盾構推進時所引起的第三階段沉降的同時，又能很好的輔助第四階段沉降控制。

7)采用“新增樁基+預應力梁”的方法對下穿影響區(qū)域的原站房基礎進行加固。由于原站房內空間有限，新增的37根直徑800毫米、樁長約41米的鉆孔灌注樁在地面以下10米采用人工挖孔方式進行施工，并埋設鋼護筒。樁基施工完成并經過重重檢驗，強度達到要求后，在樁基上部進行后續(xù)承臺及預應力梁施工，對預應力梁進行張拉及灌漿，同步對站房上部結構進行加固，確保盾構下穿過程中合肥站結構安全。

8)為確保盾構接收、吊裝、運輸安全，對接收洞門范圍區(qū)域土體進行水平注漿并固結加固，注漿深度8米;對盾構接收吊裝區(qū)域下方的廣場地下停車庫采用鋼管對頂板主次梁節(jié)點進行支撐加固。

03應急措施

為了提高對突發(fā)事件的應急能力，在確保緊急情況下能向建設項目相關單位提供及時可靠的信息，有效預防人員的生命安全、企業(yè)財產的損失、保護生態(tài)環(huán)境和資源、把事故降低到最小程度。保證本工程有效不紊的實施，做到“安全第一，預防為主，綜合治理”安全生產方針。成立了應急領導小組，精心組織編制應急預案。

1)綜合分析，本項目在施工過程中可能存在以下風險點：①可能引起鐵路管線破壞、線路隆起(或塌陷)。②鐵路線路發(fā)生豎向位移，影響列車運行，若產生較大變形，則對列車安全行駛產生重大影響。③接觸網立柱、進站天橋柱、無柱雨棚柱、站房框架柱若發(fā)生較大傾斜、沉降位移，給作業(yè)人員和行人帶來生命危險。④影響周邊公共設施安全。⑤上道作業(yè)車輛造成人身傷害。

2)根據風險分析結果，制定了鐵路變形過大、地面、路基下沉、站房沉降超限、接觸網沉降超限、雨棚柱沉降超限、盾構機大電中斷、突發(fā)隧道涌水涌砂等專項應急預案，同時完善應急組織機構和應急隊伍建設，并配備相關應急物資及設備。

3)定期組織開展應急演練及應急交底工作，使應急小組成員能夠熟練掌握應急知識和應急處置技能。

小結

盾構隧道已逐漸成為城市軌交主要的施工方法，此類新建的盾構隧道近距離穿越既有鐵路的案例越來越多，盾構穿越施工過程中如果對地層變形控制不當，極易影響既有運營鐵路的安全。因此，在盾構穿越前，應制定既有鐵路多重加固保護措施，確保鐵路結構變形處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。盾構穿越中，要采用智能監(jiān)測系統(tǒng)進行全時段自動化監(jiān)測，根據現場實時監(jiān)測數據與盾構掘進參數結合分析既有鐵路結構的變形特征。同時施工過程中應通過強化管理措施、技術措施及應急措施，以最大限度地滿足施工要求，控制施工變形，合理節(jié)約成本，最終在確保地面建構筑物安全的前提下，實現盾構掘進安全平穩(wěn)推進。