4.3.3 隧道开挖下穿既有线风险监控体系
金台铁路下穿既有线工程属于专项风险工程,工程风险包含三部分:其一为地表铁路运营风险,由于隧道开挖引发隧道上方铁路路基沉降,使得轨道产生不平顺,造成机车脱轨、倾覆等可能的事故;其二为隧道自身施工垮塌风险,由于隧道开挖过程中围岩应力释放,支护不及时或强度不够,易造成掌子面失稳,导致隧道垮塌;其三为隧道下穿铁路风险范围内地表构筑物风险,隧道开挖引发地表沉降,使得地表构筑物发生沉降,形成安全风险。
为防范风险,应做好风险控制,而风险控制必须坚持“安全第一、保护环境、预防为主”的原则,采取经济、可行、主动的处置措施来减少或降低风险。所以,应根据工程风险建立规范科学的风险监控指标、预警及监测方案,对危险源及时监控,依据控制标准,一旦超出控制标准,立即响应预警,及时采取应对措施。
4.3.3.1 风险监控指标
风险监控指标的确立应具备两点:一是满足城市轨道交通监测规范要求;二是对隧道开挖引发的风险全部进行监测控制。石家庄地铁一号线下穿既有铁路的风险主要为三个方面,对其建立了科学合理的风险监控指标,具体如下。
1. 地表铁路运营风险监控指标
轨道不平顺主要导致:线路轨道的轨距发生变化;线路左右两股钢轨顶面的高差发生变化,即轨道的水平发生变化;轨道沿线路方向的竖向平顺性发生变化,即轨道的前后高低发生变化。
因此,对于轨道不平顺影响运营铁路的风险控制,可以依据铁路线路静态几何尺寸偏差指标来作为监测指标,即监测轨距、水平作为监测指标。针对地表路基的变形风险控制,直接布设路基沉降监测点,作为地表路基变形的监测指标。
2. 隧道自身坍塌风险监控指标
针对隧道自身坍塌的风险控制,可以通过监测隧道内部拱顶的沉降、边墙收敛,来作为隧道自身坍塌风险的监测指标。
3. 地表构筑物风险监控指标
针对隧道开挖近距离侧穿高架桥桩的风险控制,可以监测高架桥的差异沉降,将高架桥的沉降作为监测指标。针对隧道开挖临近石太引上下行铁路桥、西环下行铁路桥的风险控制,可以监测铁路桥上的沉降作为监测指标。
4.3.3.2 预估风险的安全控制措施
根据工程地质勘察资料,结合现场实际情况,经过风险的辨识,进行分析研究,对预估风险采取相应的安全控制措施。(https://www.daowen.com)
1. 地表铁路运营预估风险安全控制措施
为防止隧道坍塌,以及隧道开挖带来变形过大,引发既有线上运营铁路安全隐患,预先对运营中的铁路做好风险控制措施,具体如下。
(1)对驶入隧道开挖影响范围内列车限速45 km/h。
(2)及时进行轨道调整:调整轨道人员24小时执勤,一旦轨道静态尺寸超过标准值,立即进行轨道调整。
2. 隧道内部风险控制措施
(1)超前支护:隧道拱部范围内采用φ108 mm管棚和小导管注浆对路基进行联合超前加固,使隧道开挖支护在管棚保护作用下作业,控制拱顶下沉量与不均匀沉降,确保既有线安全。
(2)隧道初次支护:为减小对土体的扰动,隧道采用人工掘进,使用小型工程车运土,隧道拱墙部位,采用超前小导管注浆加固地层,每步开挖用锁脚锚杆固定钢架,临时仰拱及时封闭成环,及时进行背后回填注浆,控制开挖过程中沉降。
(3)隧道开挖:隧道采用台阶法施工,分上下两个台阶开挖,每循环进尺0.5 m,开挖过程中严禁超挖。每条隧道分上、下两个台阶进行隧道初期支护,上台阶开挖需留置核心土,核心土面积不小于开挖断面的50%,同时核心土需进行人工放坡,其坡度不得小于1∶0.7。上下台阶错开15~25 m,下穿铁路段左右线初支同时组织施工,右线较左线隧道间距控制30~35 m。
(4)隧道二次衬砌:初支完成后,待收敛稳定后施工二衬。左右线二衬同时进行施工,二衬施工时采取分段拆除临时仰拱、分段衬物二衬的措施。二次衬砌混凝土达到设计要求后,及时回填注浆,保证隧道二衬与初期支护密切贴实。
(5)加强隧道洞内监控量测,及时反馈。
(6)对工程施工中风险较大的掌子面部位进行远程视频监控,一旦发生掌子面失稳,立马采取红色响应措施。
总之,施工中严格遵守“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”十八字方针。