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摘要:
地铁会破坏地层结构造成土层的变形和沉降，影响邻近建筑物结构，且地铁施工对邻近建筑物的影响是城市轨道交通建设中的最为常见的问题。因此，开展邻近施工的安全管理研究对保护地铁施工中邻近建筑物的结构具有重要意义。本文以地铁施工中的邻近桥梁为例，以地铁施工对邻近桥梁安全的影响为基础，重点分析了如何对地铁施工中的邻近桥梁进行安全管理，提出了施工前检测、施工前安全性评估、施工中动态控制和施工后评估的风险控制机制。随后指出，桥梁现状的评估、邻近度的确定、实验数据的积累、控制标准的制定和加固机理及方法的研究是目前国内研究中亟需解决的五大类关键问题。
关键词:
地铁施工;邻近桥梁;安全管理;控制机制
如今，地铁建设在促进我国社会经济发展、加快城市化进程的工作中发挥着越来越重要的角色。地铁，显然已经成为了发达城市的标配。最近几年，我国各地都相继加大了城市轨道交通的建设力度以及对其的投资力度。作为开发城市地下空间的重点，在各类城市轨道交通建设中，地铁建设是其中非常重要的一环，也是有效解决地上交通拥堵的重要措施，并且地铁建设的施工难度愈来愈大。土地的应力场极易被地铁的施工影响，从而发生变化，进而会对邻近的建筑物造成不良影响。其中，一个典型的、复杂的有关土地与邻近建筑物动态相互作用的案例就是邻近桥梁与地铁施工的相互作用。在目前公开发表的各类文献中，学者们在研究邻近桥梁所受到的地铁施工的影响以及其本身的应力变形时，主要采用试验分析、工程实例、理论分析、数值模拟的方法。而对地铁施工中，邻近桥梁的风险管理的研究则相对较少，很少对邻近桥梁的现状进行论述，并且没有对邻近桥梁进行评估，从而无法形成模块化的、系统性地铁施工中邻近桥梁的风险管理体系。综上所述，地铁施工这种巨大的地下施工工程会破坏周围土层的结构，从而严重威胁邻近桥梁的安全。邻近桥梁在地铁施工中的安全和正常使用已经成为了当下一个非常重要及紧迫的研究课题。因此，加强地铁施工中邻近桥梁的安全管理可很好地保证地铁施工建设的安全性，开展相关方面的技术研究，可为地铁施工中邻近桥梁的安全管理提供科学指导，具有重要的实际应用价值和实践意义。
1地铁施工对领近桥梁的影响
虽然地铁施工是城市轨道交通建设中不可或缺的一环，但是，在地铁施工中将不可避免地破坏其施工地周围的底层结构，进而影响邻近建筑物特别是邻近桥梁的建筑结构及其安全性。所以，为了达到保护地铁施工地邻近桥梁安全的目的，需要对施工地的邻近建筑物进行详细调查与评估，在施工之前，要充分确保邻近建筑物的安全。邻近桥梁在地铁施工条件下的安全管理有存在于一个共同的作用体系之中的四个因素，即地铁、土体、桩基、以及邻近桥梁的上部结构，这四个因素会相互影响、相互作用，最终，将会达到一个稳定的平衡状态。开挖地下洞室时会破坏周围土体原有的平衡状态，并对其产生强烈的扰动作用，促使地层进行转化，从而达到一个新的平衡状态。在地铁施工过程中，地层的应力变化会使地层产生变形;随后，地层变形就传递到既有的邻近桥梁的桩基之上，桩基吸能后释放弹性势能对桥梁产生破坏。具体分析桩基的受力时，由于改变了桩端以及桩侧的阻力，因此，桩基的承载力大幅度降低，并伴随着产生沉降，进而破坏桥梁的上部结构并产生附加变形以及附加内力。产生的附加内力会叠加到桥梁内部的既有内力上，一旦两力的叠加之和超过了桥梁结构本身所容许的内力值，就会发生桥梁的断裂现象，失去承载力。这一连串的相互作用关系可简单概述为:地铁施工－地层变形－桩基受力－桥梁失载。
2安全管理与风险评估
2．1管理流程及等级划分
桥梁与地铁的空间关系、地铁工程条件和目前的桥梁状况是决定地铁施工对桥梁安全的影响程度的关键性因素。地铁施工中邻近桥梁的安全管理中，有三个关键点:(1)划分邻近等级。(2)邻近桥梁的调查与评估。(3)风险等级划分。其中，邻近等级的划分就是对地铁和桥梁的空间关系做一个定性描述，是整个安全管理分析的基础工作。
2．2风险评估与控制
据上一节中提出的安全管理流程，本文建立了相应的安全风险评估办法以确保施工过程中邻近桥梁的安全。(1)施工前的检测。对施工范围内桥梁的现状进行全面检测并出具检测报告，为评估地铁施工的可行性提供相关依据。(2)施工前的安全性评估。根据上一步的检测报告和原始的桥梁设计参数，对桥梁在附加差异沉降影响下的安全性进行评估，并依据桥梁结构和相关标准确定出桥梁的控制指标。与此同时，通过分析邻近桥梁的不利变形位置和桥梁结构的破坏形式，出具加工方案、施工方案、检测方案。(3)施工中的动态控制。对比监测结果和控制方案的目标值，得出实际位移与控制指标容许值的比F，即变位比。当0.6＜F＜0.8时，发出预警，对现有桥梁结构的安全性进行评估，启动相关预案，调整施工方案;当F＞0.8时，发出警报并立即停工，报送有关部门，加强监测。(4)施工后的评估。根据施工结束后所监测到的结果，再一次评估邻近桥梁的安全性。对预期控制效果的实现状况进行评价，依据施工后邻近桥梁的安全状态、沉降状况、变形状况，制定出相应的恢复方案，并就达到何种恢复程度制定目标。
3亟待解决的关键问题
根据以上论述，可以提炼出目前地铁施工中对邻近桥梁的安全管理中所亟待解决的五个相关问题。(1)评估桥梁现状。只有严格按照相关规范完成桩径桩长的核实、模态的测试、外观的检测、桩基承载力及沉降的分析、桥梁上部结构损伤劣化的预测、桥梁变形能力及承载能力的分析等方面的评估工作，才能准确地为后续所开展的相关工作提供宝贵的信息。(2)邻近度的确定。在大量工程实践及相关理论计算分析的基础之上才能实现邻近度的确定。通过测量桩基和地铁之间的水平距离以及桩底埋深和地铁施工深度的关系，进行邻近度的划分。依据不同的邻近等级出具不同的措施，如现状调查、防护对策、安全监视、影响预测及施工记录等等。但是，国内目前仍没有形成公认的邻近度划分方法，而是一直依据国外的方法进行划分。(3)实验数据的积累。邻近施工复杂性极高，因此，具有两个必不可少的实验(现场原位测试和离心试验)。但目前，国内并没有关于这两方面的相关研究，所以亟需科研院所开展与这两方面相关的学术研究。(4)控制标准的制定。由于我国现阶段尚未出台有关控制邻近桥梁受地铁施工而产生的变形的标准，所以，在实际施工中遇到此类的工程问题时，只能参考负责管理施工的相关部门出具的相关控制指标来保证桥梁的安全，但是由于这种指标往往非常严格，从而大幅度增加了施工成本而且这种指标具有一定的不合理性。所以，围绕这一问题，需要开展相关的系统研究，制定出合理的、规范的控制指标。(5)加固机理及方法的研究。系统的、全面的评价采用目前既有的加固方法的邻近施工工程所取得的效果，并在进一步研究加固机理的基础之上，依据不同的桩基类型，提出各种更加有效的新加固方法。扩展邻近施工中加固方案的选择空间。
4总结与展望
地铁施工中邻近桥梁的安全管理涉及因素众多并具有动态的发展变化规律，因此，对该问题的研究也就显得较为复杂。但随着相关学科理论的发展、有关研究的深入、实验测试的完善以及各类研究方法的广泛应用，邻近等级的划分、现状的评估、风险等级划分必然会越来越全面、准确，相应的施工对策必然会越来越完善，对地层的保护一定会越来越到位。加快我国的城市化进程，提高人民群众的生活水平。
作者：卢文浩 单位：浙江大合检测有限公司
参考文献
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