北京站—西客站間地下直徑線在施工和運營期間的安全性分析摘要:通過對地下直徑線的設(shè)計方案、施工方法、施工期間采取的安全措施及運營期間擬采用的防災(zāi)報警系統(tǒng)分析,得出了修建北京地下直徑線是安全可靠的結(jié)論。關(guān)鍵詞:城市鐵路 地下直徑線 安全線 地下直徑線的安全是指其建設(shè)期的安全和運營期的安全。建設(shè)安全是在結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)妥可靠的前提下,結(jié)合隧道所處工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、線路平縱斷面、沿線建筑及地下管線等情況,綜合考慮選擇可靠的施工方法、采取科學(xué)可行的施工組織方案和安全可靠的建筑物保護(hù)措施。運營使用安全是隧道在正常使用情況下結(jié)構(gòu)的安全可靠;保證隧道正常安全使用的前提下,考慮隧道發(fā)生火災(zāi)等特殊情況時,防災(zāi)逃生救援的安全性方案的設(shè)計,并在結(jié)構(gòu)中考慮建筑材料的選擇,保證隧道在火災(zāi)等災(zāi)害發(fā)生后不需要大修即可恢復(fù)使用功能。1工程規(guī)劃 地下直徑線為連接北京樞紐北京站至北京西站,全長9.151ｋｍ,其中深埋單洞雙線方案隧道全長7231. 58ｍ,占線路總長79%。該線位于北京市中心區(qū),隧道東起崇文門大街十字路口東側(cè)進(jìn)入地下,沿前三門大街南側(cè)高層建筑與既有環(huán)線地鐵之間狹長地帶往西,后拐至西便門橋、天寧寺橋、白云路橋北側(cè),斜穿白云路橋下至小馬場附近出地面。 隧道設(shè)計基本避開了與地面建筑、市政工程、道路、地下管線、既有環(huán)線地鐵風(fēng)道、出入口結(jié)構(gòu)、地鐵5號線、4號線、8號線、12號線、人防工程等的影響和干擾。線路部分最大埋深達(dá)32ｍ,平均約24 .0ｍ。2線路方案的安全性 線路與地鐵5號線崇文門站、地鐵4號線宣武門站、規(guī)劃地鐵8號線及16號線南北交叉,線路位于地鐵5號線之上、地鐵4號線宣武門站和地鐵8號線之下,平均埋深約24ｍ,在前門、宣武門交叉點埋深最大,分別達(dá)到39、43ｍ。設(shè)計時預(yù)留了安全距離。3隧道施工方案安全分析3.1ＣＫＯ+620～ＣＫＯ+785和ＣＫ7+642～ＣＫ7+850采用明挖法 進(jìn)口采用蓋挖法施工,因隧道在路口與地鐵5號線崇文門站交叉,基坑底與車站頂?shù)淖钚艟嗉s2 .7ｍ,基坑支護(hù)采用地面φ800鉆孔樁支護(hù)加錨索形式,其余地段采用φ600鉆孔樁支護(hù)加橫撐形式,鉆孔灌注樁中心間距1. 0ｍ。出口采用明挖法施工,鉆孔樁+橫撐支護(hù),Ｃ20網(wǎng)噴混凝土護(hù)壁。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計算采用同濟(jì)啟明星基坑支護(hù)軟件計算,均滿足要求。3.2ＣＫＯ+785～ＣＫ1+540和ＣＫ6+790～ＣＫ7+425采用淺埋暗挖法 采用淺埋暗挖法其地表沉降要控制在30ｍｍ以內(nèi),沿線地面建筑物和地下埋設(shè)物(主要為管線網(wǎng))做到不損壞、斷裂和滲漏,不出現(xiàn)洞內(nèi)坍塌事故。經(jīng)過眼鏡法(雙側(cè)壁導(dǎo)坑法)、ＣＤ法、ＣＲＤ法、臺階法、中洞法和洞樁法比選,認(rèn)為ＣＲＤ工法要優(yōu)于其它工法。 初期支護(hù)(臨時隔壁)為厚30ｃｍ的網(wǎng)噴格柵混凝土,支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受施工期間的全部荷載。隧道按模擬施工階段各開挖、支護(hù)、襯砌步驟進(jìn)行彈塑性有限元分析,采用2Ｄ σ程序計算。開挖支護(hù)全部完成后初期支護(hù)的最大位移達(dá)到17.3ｍｍ、最大彎矩125ｋＮ·ｍ, 地表沉降最大值為24 .1ｍｍ(最終地表沉降最大值為28.6ｍｍ),滿足要求。3.3ＣＫ1+540～ＣＫ6+790采用盾構(gòu)法 線位上允許建造用于盾構(gòu)進(jìn)出洞和出碴進(jìn)料的工作井,隧道有足夠的埋深(覆土厚度大于1倍洞徑),相對均質(zhì)的地質(zhì)條件(隧道結(jié)構(gòu)已大部分處于卵石層,位于地下水位下,局部進(jìn)入承壓水范圍最大達(dá)20ｍ,),連續(xù)的施工長度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于300ｍ,滿足盾構(gòu)法施工的要求,推薦的單洞雙線方案隧道盾構(gòu)直徑為11.10ｍ。該法施工期間不需要降水,可以嚴(yán)格控制地表沉降和地層位移,地表沉降小、不影響城市交通。4施工期間采取的安全措施4.1既有建(構(gòu))筑物 優(yōu)化盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)控制地表沉降,加強地表沉降監(jiān)測,及時調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù),不斷完善施工工藝,將施工后地表最大形變控制在+10～-30ｃｍ。盾構(gòu)穿越建筑物時,若地面建筑物沉降量超過警戒范圍,則需在隧道內(nèi)通過管片注漿孔進(jìn)行壁后雙液注漿,并進(jìn)行地面跟蹤注漿來保護(hù)建筑物。4.2市政橋梁 調(diào)查清楚立交橋的樁基,用有限元法進(jìn)行近接施工過程分析。施工前對盾構(gòu)與樁基間部分進(jìn)行地表注漿加固處理,盾構(gòu)推進(jìn)速度控制在2～3ｃｍ ｍｉｎ,平穩(wěn)開挖掘進(jìn)。4.3西護(hù)城河 隧道結(jié)構(gòu)至河底的距離約4.0ｍ,由于覆土荷載減小,盾構(gòu)穿越過程中必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面土壓力,控制好切口土壓力,同時也必須嚴(yán)格控制與切口壓力有關(guān)的施工參數(shù),如推進(jìn)速度、總推力、出土量等,盡量減少土壓力的波動。4.4地下管線 預(yù)測和施工中監(jiān)測分析確認(rèn)某些重要管線可能受到損害時,將根據(jù)地面條件、管線埋深條件等采用臨時加固、懸吊或管下地基注漿等保護(hù)方案。盾構(gòu)均衡勻速施工,以減少盾構(gòu)施工對管線的影響。加強沉降監(jiān)測,對于軸線正交或斜交的管線,每隔5ｍ設(shè)置一個變形觀測點,同時設(shè)幾道斷面觀察點,監(jiān)測信息應(yīng)及時反饋給施工人員,調(diào)整推進(jìn)參數(shù)。4.5突發(fā)事故的處理(1)成立應(yīng)急處理領(lǐng)導(dǎo)小組。(2)事先對事件進(jìn)行預(yù)測、分析,并儲備相應(yīng)的應(yīng)急處理機具、物資。(3)加強工程監(jiān)測,實行信息化施工。(4)制定應(yīng)急處理預(yù)案。(5)按科學(xué)、合理、有序地組織搶險搶修。(6)組織緊急安全疏散、醫(yī)療救護(hù)和社會援助等。5運營期安全5.1防災(zāi)報警系統(tǒng) 防災(zāi)報警系統(tǒng)采用最先進(jìn)的分布智能型火災(zāi)報警系統(tǒng)。它主要由智能型火災(zāi)報警控制器、感溫光纖、智能感煙探測器、智能感溫探測器、智能控制模塊、智能監(jiān)控模塊、智能手動報警按鈕、消防緊急電話及圖形顯示計算機等組成,并配置消防緊急電話系統(tǒng)。系統(tǒng)將對整個隧道內(nèi)的火災(zāi)實時監(jiān)測并在火災(zāi)報警后,進(jìn)行火災(zāi)緊急處理。系統(tǒng)采用數(shù)字傳輸方式實現(xiàn)探測點、監(jiān)控點與控制器之間的通信。以預(yù)防火災(zāi)和水災(zāi)為主,并具有聯(lián)動控制功能。5.2防災(zāi)報警系統(tǒng)(ＦＡＳ)功能(1)監(jiān)視全線防災(zāi)設(shè)備的運行狀態(tài),接收全線范圍內(nèi)的火災(zāi)及其它災(zāi)害報警,并顯示報警部位。(2)接收市地震預(yù)報中心的預(yù)報信息。(3)向各分控級發(fā)出事故通風(fēng)及防災(zāi)設(shè)備運行指令,指揮搶險救援的全部活動。(4)進(jìn)行防災(zāi)信息的處理與傳送。(5)進(jìn)行檔案管理,定期輸出各類數(shù)據(jù)、報告。(6)除滿足本次工程所轄范圍內(nèi)的防災(zāi)管理數(shù)據(jù)處理能力外,為將來系統(tǒng)擴(kuò)展預(yù)留條件。5.3環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)(ＢＡＳ)功能 與隧道進(jìn)、出口控制室互傳信息,監(jiān)視全部的通風(fēng)設(shè)備、排水設(shè)備、人防門、照明等設(shè)備的運行狀態(tài)。根據(jù)控制中心防災(zāi)報警系統(tǒng)的防災(zāi)命令,控制隧道通風(fēng)及相關(guān)設(shè)備按災(zāi)害模式運行。6 結(jié)論(1)隧道采用ＣＲＤ工法、盾構(gòu)工法施工,技術(shù)先進(jìn)、成熟,地下直徑線施工過程對城市既有建筑物的穩(wěn)定及城市道路交通的正常運行是安全的。(2)采取防災(zāi)報警系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時報警并適時采取措施,故地下直徑線運營期是安全的。(3)修建地下直徑線,把盡頭式的北京站改為貫通式,完善了樞紐布局,增加了樞紐的機動靈活性,方便了旅客換乘。能夠保證施工和運營安全,應(yīng)抓緊建設(shè)。
