4.3.2 地铁结构安全保护措施
1.地铁结构安全保护预防措施
1）地铁保护相关立法及重要性
我国城市轨道交通起步较晚。城市轨道交通结构安全保护管理仍是一个新生事物，鉴于目前地铁保护的严峻形势，各城市也都在进一步加强地铁保护，建立完善的地铁保护体制，加快地铁保护立法。
为保护地铁设施的结构和安全，中华人民共和国建设部自2005年8月1日起颁布施行了《城市轨道交通运营管理办法》（于2018年7月1日起废止），中华人民共和国住房和城乡建设部自2014年3月1日起颁布实施了《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202—2013），中华人民共和国交通运输部自2018年7月1日起颁布施行了《城市轨道交通运营管理规定》。
开通运营轨道交通的各大城市相继颁布了关于地铁设施保护的相关法规、规定。例如广东省有《城市轨道交通既有结构保护技术规范》（DBJ/T 15—120—2017）。福州市有《福州城市轨道交通控制保护区管理实施细则（试行）》和《福州市轨道交通建设管理办法》（2013年9月正式发文稿）。南宁市为进一步加强地铁保护，先后出台了《南宁市人民政府关于加强城市轨道交通工程保护工作的通告》（南府字〔2015〕1号）和《南宁市城市轨道交通管理条例》（南宁市人大常委会办公厅，2016年1月），并编制了地方标准《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（DBJ/T 45—072—2018），设立了城市轨道交通保护区，明确轨道交通的规划管理工作职责、轨道交通控制保护区建设（作业）的监督和管理工作职责，对保护区内施工作业应该采取必要的安全防护措施进行了技术规范。
2）城市轨道交通结构安全保护对象及控制保护区划分
根据城市轨道交通结构安全保护的特点，保护对象主要包括城市轨道交通的隧道、高架桥、车站、车辆段及控制中心、出入口及通风亭、地铁专用电缆等。
为进一步保障既有城市轨道交通的安全，目前各城市划分了相对应的控制保护区，各城市相关划分也各有不同。以南宁为例，《南宁市城市轨道交通管理条例》明确规定了南宁市城市轨道交通规划控制区及保护区范围。
城市轨道交通规划控制区范围为以轨道交通规划线路中线为基线，每侧宽度60 m。
城市轨道交通保护区分为重点保护区和一般保护区，具体划分情况如下。
（1）地下车站和隧道结构外边线外侧5 m内为重点保护区，5～50 m内为一般保护区。
（2）地面车站、高架车站以及线路轨道外边线外侧5 m内为重点保护区（南京等城市是3 m），5～30 m内为一般保护区。
（3）出入口（含连通道）、通风亭、运营控制中心、变电所、冷却塔、地面站房等建（构）筑物结构外边线和车辆段、停车场用地边界外侧5 m内为重点保护区，5～10 m内为一般保护区。
（4）城市轨道交通过江（河、湖）隧道、桥梁结构外边线外侧50 m内为重点保护区，50～100 m内为一般保护区。
2.地铁结构安全保护管理措施
（1）作业单位管理。
一般来说，涉及城市轨道交通规划期线路、建设期线路、运营期线路沿线的外部项目单位有很多，比如施工单位、监理单位、设计单位、城市管理、交管部门、市政、规划、河湖管理处、住房和城乡建设等行政管理部门，针对可能在地铁保护区内施工作业的相关单位提前进行沿线走访及巡查，收集各方相关信息，制定各单位通信信息库，定期进行地铁保护宣传，相互配合协调处理地铁保护区工作。
（2）报建管理。
为更好地对保护区内外部项目进行审批管理，广州、深圳、上海等各大城市颁布了一系列的外部项目审批办事指南，以进一步规范城市轨道交通控制保护区内外部作业项目的管理。比如南宁市就在2019年制定颁布了《城市轨道交通控制保护区外部作业项目方案办事指南（试行）》，以此统一南宁市城市轨道交通结构安全保护的技术标准，明确了外部作业报送征询意见的要求，规范控制保护区外部作业的作业申请流程（图4.17），结合信息化管理，采取网上报审审批，并根据报审情况，及时对外部作业项目采取监护措施，从源头上控制了外部作业项目对地铁结构安全的影响。
（3）应急处置。
根据地铁保护管理制度，在轨道交通地铁控制保护区内由于外部作业活动导致的待建轨道交通结构限界受侵、已建成轨道交通结构受损或其他有可能造成地铁结构及运营安全事件，南宁轨道交通集团立即启动地铁保护突发事件应急预案。地保事件突发应急预案体系根据事件情况，划分为3个类别：综合应急预案、专项应急预案和现场地保事件应急处置。根据不同的级别开展不同的应急处置和信息上报工作。
图4.17 保护区外部作业的作业申请流程
3.地铁结构安全保护管控手段
1）地铁保护区安全巡查
地铁保护区安全巡查主要是针对城市轨道交通规划控制区及保护区范围的巡查，主要目标为开展轨道交通地铁保护区安全巡查工作，以科学的手段管理地铁保护区内外部作业项目，确保规划控制区和保护区内的外部项目可控，保障运营期地铁结构设施安全，建设期地铁线路顺利、安全建设以及规划期地铁线路远期可实施，推动城市轨道交通事业健康发展。地铁保护区安全巡查主要分为规划期安全巡查、建设期安全巡查及运营期安全巡查。其一般的安全流程见图4.18。
保护区安全巡查的主要内容为相关资料的收集（包括设计资料，各线沿线建（构）筑物、地下管线调查资料，风险评估资料，轨道交通线路竣工资料，保护区内已有的外部项目施工资料等）、日常巡查/过程资料的整理归档和信息资料上报。同时保护区安全巡查可采取步行、车载、乘船、无人机AI巡查、车载全景影像巡查、无人机遥感巡查、重大影响项目视频监控巡查等多种巡查方式和手段。
一般的安全巡查流程如图4.18所示。
图4.18 地铁保护区一般的安全巡查流程
2）监测
（1）地铁保护监测。
地铁保护监测主要是因外部项目施工对地铁结构具有较大的影响，从而对地铁结构进行监测，监测地铁结构的变形情况，包括沉降、水平位移、收敛等。地保监测对已建设的地铁结构均可进行监测。监测的目的主要以相关监测数据反映地铁结构的变形情况，从而对外部项目施工对地铁结构产生的影响进行整体把控，保证外部项目影响范围内的地铁结构的安全。
地铁保护区监测主要是对地铁隧道、车站、地铁出入口等结构进行监测，分为自动化监测和人工监测，一般以自动化监测为主，人工监测为辅。监测项目主要包括：车站及隧（轨）道结构水平位移、车站隧（轨）道结构竖向位移、隧道结构断面收敛、轨道几何形位、无缝线路钢轨位移等。大多是对地下地铁结构的监测，也有部分地表管线等的监测。监测主要是针对某一段隧（轨）道/车站进行。
地铁保护监测项目开展的时间主要根据外部项目的施工情况确定，一般在外部项目正式施工前开始进行布点监测，到外部项目结束，监测数据趋于稳定为止（一般为项目施工结束3个月）。
地铁保护区监测项目实施流程具体如下：接受任务、收集资料、现场踏勘、既有隧道现状调查、编写监测方案、专家评审、监测方案交底、传感器安装及监测点布设、数据采集、数据传输、数据处理与分析、信息平台数据对接、信息反馈、提交阶段性报告、提交监测总结报告。
（2）运营监测。
运营监测即城市轨道线路运营后对车站结构、道床结构、隧道结构、高架结构、轨道、路基、支挡结构及边坡防护、边沟及排水设施、车辆段与综合基地、建（构）筑物及相关附属结构开展的定期监测工作。运营监测的目的为掌握地铁运营后车辆荷载和运行、地铁沿线因物业开发等施工对车站和区间隧道结构及轨道线路的影响。
运营监测是从地铁线路将要试运行开始进行布点，从地铁线路开始运行进行监测。监测范围是整条隧道，监测的时间较长，但监测频率低。
运营监测的主要内容为对线路包括车站轨行区、区间隧道、辅助线（包括渡线、折返线、存车线、联络线、出入段线等）的道床、区间管片结构进行沉降、水平位移、隧道结构断面收敛等进行监测。
目前较为常规采用的运营监测的方法为人工监测，耗时时间长，投入人力和物资较多，且布点工作量大。较为先进的运营监测技术为分布式光纤传感技术和三维激光扫描技术。
3）施工过程监护
地铁结构安全管控，施工过程的监护是关键，特别是施工对既有结构有重大影响的施工项目进行施工过程监护显得尤为重要。在对地铁保护区内外部作业项目进行监护时，首先要搜集项目及既有轨道的相关资料。对收集到的项目资料进行认真细致的研究，熟悉设计施工概况，明确外部施工与地铁的平面、剖面位置关系。对重点工序进行分解，结合来函资料、回函意见进行风险分析，梳理巡查要点，编制重点项目监护台卡，并对巡查人员开展重点项目巡查交底。
重点项目监护时，在项目开工前要对项目位置进行复核，确认其与地铁结构的位置关系。施工现场须设置显著的地铁保护警示标识，并放出既有地铁结构边线。施工前轨道公司须会同相关单位（业主、施工、监理等）组织召开地铁保护交底会，告知地铁保护相关要求。同时施工前，施工单位须对现场作业人员进行地铁保护安全交底，避免现场作业工人不清楚地铁保护就施工。在施工前须提前编制地铁保护专项防护方案，针对施工过程中对地铁结构影响较大的工序采取必要的安全防护措施。作业实施前，业主单位应委托有资质的单位对既有地铁结构进行地铁保护监测和开展安全评估工作，编制的监测报告及安全评估报告要经过专家评审，并及时报送轨道公司。在开工作业前须对既有地铁结构进行现场调查，现场调查报告须经各方签字认可。同时重点核对项目是否按轨道交通公司回函要求完成“两评六专一交底”工作。如未落实，则需发告知书叫停施工，待落实后方可施工。如已落实，则在施工工程中应重点查看现场施工是否按审批后的施工方案及回函意见要求施工，是否落实专项安全防护措施，现场警示标识是否被破坏，同时在施工过程中需要对应工况分析监测数据变化情况，上报巡查信息，填写重点项目监护记录，在关键工序要加大巡查频率，存在夜间施工破坏地铁结构风险时还应增加夜间巡查。在施工完成后，需要对监护过程资料进行归档整理，并按“一案一档”的要求进行编号归档，便于日后查阅。针对项目监护进行总结分析，为后续类似项目施工监护积累经验。重点项目监护巡查流程如图4.19所示。
4.外部项目影响地铁结构安全防护技术措施
在城市建设快速发展的今天，城市土地资源日趋珍贵，地铁保护区内的城市建设开发工程活动越来越多。鉴于保护区内房间基坑项目较多，以深基坑为例，下面详细介绍在保护区内深基坑施工常采用的地铁结构安全防护技术措施。
在基坑开挖中，土方被卸载，改变了地应力，若在基坑开挖过程中如开挖面支撑架设不及时，桩间挂网设锚喷不及时，容易桩间土垮塌、桩倾斜位移、断桩，从而导致既有结构变形、结构开裂、渗漏水、结构变形过大等问题，严重的还将影响既有设施的正常使用。可见针对保护区内基坑开挖采取必要的技术措施，显得尤为重要。
目前项目基坑与既有轨道交通的位置关系主要有3种：上跨既有隧道结构、邻近既有车站结构、邻近既有隧道结构。
图4.19 重点项目监护巡查流程
根据工程经验，基坑施工对地铁的影响因素包括：基坑开挖深度、基坑与地铁相对关系、基坑支护形式、地质水文条件、地铁结构形式等，为减少基坑外部作业对地铁设施的影响，就要根据不同的条件下的基坑作业，采取有针对性的地铁保护措施。
常见的基坑开挖影响既有结构安全，采取的地铁保护技术措施主要有以下几种。
1）利用基坑开挖的时空效应
所谓时空效应，就是指在基坑开挖后，上部土方被挖掉，打破了原有的荷载平衡，使基底土方产生应力释放，导致地基土方变形隆起。针对邻近、上跨区间隧道及邻近车站结构等的深基坑开挖，均可以采用该办法，具体细分如下。
（1）水平向的时空效应，在基坑施工中，适量地减少每步开挖空间和时间，并缩短每步开挖挡墙的自由暴露时间，既可以明显地减少基坑位移。具体措施为“分块开挖、分块浇筑”和“墙外土体加固”等。
（2）垂直向时空效应（控制坑底回弹），在基坑开挖施工中，适量地减少每步开挖肯定自由面的暴露时间，可明显地减少坑底位移。具体措施为“坑内土体加固”“分块开挖、分层浇筑底板”“减少坑底暴露时间”“及时堆载”等。
2）大坑化小坑
所谓大坑化小坑即将基坑主体基坑与附属基坑分开，可有效地减少邻地铁侧基坑暴露时间，保证地铁结构安全。
3）轻质混凝土回填法
部分基坑采用放坡开挖，且在施工过程中，对隧道结构产生危害，在回填的过程中，如果正常回填，势必对地铁结构再次产生伤害，而设计采用轻质混凝土回填，则可有效地保护地铁结构，阻止地铁隧道的进一步下沉，大大降低了对既有隧道结构的影响，既满足工程质量要求，又保护了既地铁线路。