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新建地铁隧道穿越既有地铁安全风险及其控制技术的研究

关继发  
【摘要】: 在广泛查阅国内外相关文献的基础上,借鉴以往隧道穿越既有结构的工程风险管理经验,通过分析提炼、归纳总结,建立了一套新建地铁隧道穿越既有地铁的安全风险评估、管理体系,并完善了其配套的风险控制技术。该研究成果应用到北京地铁5号线下穿既有2号线区间隧道的工程实例中,取得了良好的安全、经济效益。 (1)建立了隧道工程风险的评估体系,并探讨了隧道穿越既有地铁风险管理体系的内涵;基于风险动态分析方法,构建了隧道穿越既有地铁风险评估体系的基本流程图;明确了穿越既有地铁风险评估体系的研究思路和具体内容,并对穿越工程中的风险基础理论及风险控制关键技术进行了深入研究。 (2)通过总结浅埋暗挖隧道穿越既有地铁工程中,安全风险产生的原因、风险影响因素,以及既有地铁的现状评估程序、安全风险等级划分、既有地铁接近度划分,确定既有地铁的安全风险评估的等级、范围和基本目标、内容。 (3)提出了基于监测数据的动态风险分析方法。该方法非常适合于隧道工程的风险评估与管理,且很符合隧道工程的“动态设计、动态施工”的理念;它通过现场的实际勘察记录、勘测记录、施工监测数据,以及综合了地层的工程地质特征、隧道风险的动态因素、风险作用的环境因素等,来分析、跟踪、掌握工程风险动态特性,因而比常规的风险分析更具有主动性,也能对隧道工程中的风险进行更有效的管理和控制。 (4)实践表明:对隧道穿越既有地铁实施动态的风险分析、评估、动态监测与控制后,工程风险能显著降低。特别是,施工管理、施工注浆及注浆抬升、支护及衬砌、隧道开挖等环节中,通过过程的风险动态控制,其工程风险水平、等级有明显降低,这说明在隧道穿越既有地铁施工过程中,实行动态风险跟踪、控制、评估,具有明显的风险防范效果。 (5)确定了隧道风险控制指标及控制值。通过总结目前国外内风险评估指标体系所应遵循的原则,指出了广义风险评估指标及狭义评估指标之间的关系,完善了隧道施工风险控制指标的内涵,确定了隧道风险控制指标及控制值,指出了根据既有地铁的重要程度以及其产生危险的后果,应以技术性的控制指标为主,非技术性的控制指标为辅的思想。 (6)地层变形理论研究与计算分析。通过分析新建隧道开挖产生地层变形—既有结构—轨道三者的相互作用关系,研究了既有结构和轨道的变形规律,以及二者之间可能发生的破坏类型和破坏模式。在穿越工程中,既可以根据施工方法,计算得到既有结构的安全控制标准;也可以根据既有结构的控制标准的反算,调整新建地铁隧道的施工方案,确保既有结构的安全。在施工过程中,及时进行风险评估、反馈,并对整个工程实行全过程控制,以确保工程安全。理论、计算分析同时揭示了既有地铁注浆抬升机理,并给出了抬升注浆的实施性参数,研究成果为以后类似工程提供了参考。在北京地铁5号线崇文门车站对穿越既有地铁工程实践中,文中研究成果应用良好,并得到了现场专家组的认可。 (7)完善了穿越既有地铁的预警报警系统和抢险救援体系。组织了有效的风险分析、反馈、报警演练;通过调研分析及对既有地铁影响预测分析,对监控系统进行了选型与测试,使之能够实时掌握既有地铁结构和轨道系统的风险状态;制定了相应的变形风险控制措施和应急措施,根据监控数据的反馈和分析,及时采取措施或调整施工方案,确保了运营安全;并在目前铁路隧道三级管理的基础上,对每级管理进行了更加具体的细化,使得风险管理体系更易于运作。


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