一种外部作业对轨道交通影响的安全评估方法与流程

本发明属于轨道交通安全评估领域，具体涉及一种外部作业对轨道交通影响的安全评估方法。
背景技术：
：随着我国轨道交通的大力发展，各大城市的地铁车站及地下区间隧道不断增加，加上地下空间大规模开发，促使邻近既有轨道交通工程的外部作业的工程数量井喷。为保障轨道交通运营的安全性、舒适性和耐久性，评估外部作业对邻近已建工程尤其是已运营工程的影响，成为一个重要且必要的课题。正确评估外部作业施工对轨道交通结构的安全性影响，从而为外部作业施工及既有轨道交通结构的保护提出指导性意见，对危险部位事先采取防范措施，从而规避风险，安全评估工作意义重大。目前，国内对既有地铁的保护已有一定的研究，但对轨道交通影响的安全评估多局限于个案，缺乏系统性和通用性。因此，系统性的外部作业对轨道交通影响的安全评估方法是必要的，而且是紧迫的。技术实现要素：本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种外部作业对轨道交通影响的安全评估方法。本发明的技术方案是：一种外部作业对轨道交通影响的安全评估方法，包括以下步骤：ⅰ.获取轨道交通继续抗变形能力cleft及极限承载能力rlim对轨道交通进行现状调查、检测及测量，基于上述基础资料评估轨道交通使用现状，采用结构构件承载能力极限状态、正常使用极限状态法反演确定轨道交通继续抗变形能力cleft及极限承载能力rlim。ⅱ.制定轨道交通变形控制值c0及承载力控制值r0在步骤ⅰ的基础上，结合轨道交通规范规程，综合考虑制定轨道交通变形控制值c0及承载力控制值r0。ⅲ.确定轨道交通安全评估方法外部作业对轨道交通影响的安全评估，采用理论分析、工程类比、结构计算、三维数值模拟分析法，其中结构计算、三维数值模拟分析作为定性分析、定量预测的主要手段。ⅳ.开展影响评估确定保护方案通过对无保护措施、单项保护措施、组合保护措施方案进行影响评估分析，从方案的安全经、经济技术合理性、可实施性等角度综合比选，确定最优的保护方案。ⅴ.评估外部作业对轨道交通的影响预测值cf及rf按照步骤ⅳ确定的保护方案，通过三维数值模拟分析预测外部作业对轨道交通的影响，获得预测值cf及rf；ⅵ.获取现场监控量测值ci及ri外部作业施工期间，通过专项监控量测，获取现场监控量测值ci及ri。ⅶ.采用阶段控制技术跟踪评估轨道交通使用状态通过步骤ⅴ确定的预测值cf及rf与步骤ⅵ获得的现场监控量测值ci及ri对比分析，掌握现场监控量测值与预测值之间的差异，用于指导下一步施工，通过步骤ⅱ确定的控制值与步骤ⅵ获得的现场监控量测值对比分析，实时跟踪轨道交通使用状态。所述外部作业对轨道交通影响包括轨道交通结构、轨道、设备设施、管线及其他涉及轨道交通正常使用和运营的全部内容。步骤ⅰ中轨道交通使用现状较差时，应在外部作业施工前进行预加固和修复。步骤ⅱ中变形控制值c0及承载力控制值r0应满足以下要求：c0＝min(kc·cleft，c规)r0＝kr·rlim其中：kc为变形折减系数，根据轨道交通现状评估结论及后续外部作业预留的变形量综合确定；kr为承载力折减系数，根据轨道交通结构使用现状确定；c规为规范要求的控制值。步骤ⅲ中针对外部作业可能对轨道交通产生较大影响的特殊情况且目前无类似成功工程经验的情况，采用室内模型试验法确定。步骤ⅴ中预测值cf及rf应满足以下要求：cf≤g·c0rf≤r0其中：g为监测预警系数，根据监测预警机制确定，通常取0.8。步骤ⅴ中预测值cf及rf宜按施工阶段分别进行提取：rf＝rfi其中：n为外部作业施工阶段数i为第i个施工阶段。步骤ⅵ中监控量测针对轨道交通的监控量测项目，获取各个阶段监测值。步骤ⅶ中，当监测值ci达到或超过预警值g·c0或ri达到控制值r0时，启动应急响应程序，重新评估调整控制值及保护方案。本发明首次系统性提出轨道交通安全保护区内外部作业施工对轨道交通影响的全过程评估方法，能够全面、安全、有效地评估外部作业的风险和既有轨道交通的运营状态，达到保护轨道交通的正常使用和运营的目的。附图说明图1是本发明的方法流程图；图2是本发明中基坑工程与地铁区间平面位置图；图3是本发明一期基坑施工过程中区间水平位移监测值变形曲线；图4是本发明二期基坑施工过程中区间水平位移监测值变形曲线；图5是本发明三期基坑分仓布置图。具体实施方式以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：如图1～5所示，一种外部作业对轨道交通影响的安全评估方法，包括以下步骤：ⅰ.获取轨道交通继续抗变形能力cleft及极限承载能力rlim对轨道交通进行现状调查、检测及测量，基于上述基础资料评估轨道交通使用现状，采用结构构件承载能力极限状态、正常使用极限状态法反演确定轨道交通继续抗变形能力cleft及极限承载能力rlim。ⅱ.制定轨道交通变形控制值c0及承载力控制值r0在步骤ⅰ的基础上，结合轨道交通规范规程，综合考虑制定轨道交通变形控制值c0及承载力控制值r0。ⅲ.确定轨道交通安全评估方法外部作业对轨道交通影响的安全评估，采用理论分析、工程类比、结构计算、三维数值模拟分析法，其中结构计算、三维数值模拟分析作为定性分析、定量预测的主要手段。实际评估过程中可以采用一种或多种评估方法进行分析论证。ⅳ.开展影响评估确定保护方案根据外部作业的工程特点和对轨道交通影响的传递方式，通过对无措施计算分析外部作业对轨道交通的影响趋势，通过单措施计算分析各种措施的保护效果，通过组合措施计算分析获取综合保护效果，从方案的安全性、经济技术合理性、可实施性等角度综合比选，确定最优的保护方案。ⅴ.评估外部作业对轨道交通的影响预测值cf及rf按照步骤ⅳ确定的保护方案，通过三维数值模拟分析预测外部作业对轨道交通的影响，获得预测值cf及rf；ⅵ.获取现场监控量测值ci及ri外部作业施工期间，通过专项监控量测，获取现场监控量测值ci及ri。ⅶ.采用阶段控制技术跟踪评估轨道交通使用状态通过步骤ⅴ确定的预测值cf及rf与步骤ⅵ获得的现场监控量测值ci及ri对比分析，掌握现场监控量测值与预测值之间的差异，用于指导下一步施工，通过步骤ⅱ确定的控制值与步骤ⅵ获得的现场监控量测值对比分析，实时跟踪轨道交通使用状态。通过步骤ⅴ确定的预测值与步骤ⅵ获得的监控量测值对比分析，当ci≤cf且ri≤rf时，可按正常条件继续施工，当ci＞cf或ri＞rf时，应采取作进一步分析并给出施工指导，确保下一阶段的施工监测值不大于预测值。通过步骤ⅱ确定的控制值与步骤ⅵ获得的监控量测值对比分析，实时跟踪轨道交通使用状态。当监测值ci达到或超过预警值g·c0或ri达到控制值r0时，启动应急响应程序，重新评估调整控制值及保护方案。所述外部作业对轨道交通影响包括轨道交通结构、轨道、设备设施、管线及其他涉及轨道交通正常使用和运营的全部内容。步骤ⅰ中轨道交通使用现状较差时，应在外部作业施工前进行预加固和修复。步骤ⅱ中变形控制值c0及承载力控制值r0应满足以下要求：c0＝min(kc·cleft，c规)r0＝kr·rlim其中：kc为变形折减系数，根据轨道交通现状评估结论及后续外部作业预留的变形量综合确定；kr为承载力折减系数，根据轨道交通结构使用现状确定；c规为规范要求的控制值。步骤ⅲ中针对外部作业可能对轨道交通产生较大影响的特殊情况且目前无类似成功工程经验的情况，采用室内模型试验法确定。步骤ⅴ中预测值cf及rf应满足以下要求：cf≤g·c0rf≤r0其中：g为监测预警系数，根据监测预警机制确定，通常取0.8。步骤ⅴ中预测值cf及rf宜按施工阶段分别进行提取：rf＝rfi其中：n为外部作业施工阶段数i为第i个施工阶段。步骤ⅵ中监控量测针对轨道交通的监控量测项目，获取各个阶段监测值。步骤ⅶ中，当监测值ci达到或超过预警值g·c0或ri达到控制值r0时，启动应急响应程序，重新评估调整控制值及保护方案。现状调查包括但不限于轨道交通的设计、施工、竣工、大修和专项维修、病害调查等资料；检测和监测的内容包括但不限于轨道交通的轨道状态、限界、轮廓断面、结构相关性能等，当轨道交通使用现状较差时，应在外部作业施工前进行预加固。实施例一ⅰ.外部作业为邻近地铁盾构隧道的基坑工程，如图2所示，整体基坑分为三期施工，按照三个阶段进行分析，cfn(n＝1,2,3)表示第n期基坑底板浇筑完成时区间结构预测变形值，cin(n＝1,2,3)表示第n期基坑底板浇筑完成时区间结构监测变形值。对外部作业影响范围内的地铁区间进行现状调查、检测和测量，该区间运营时间较短，结构状态良好，因此确定cleft＝c0，rlim＝r0；ⅱ.根据相关规范规定并结合地方工程经验确定c0，如下表控制项目累计值(mm)变化速率(mm/d)盾构区间水平位移100.5ⅲ.综合考虑外部作业的复杂情况，确定采用三维数值模拟分析作为主要评估手段。ⅳ.施工前，在三期基坑和区间之间预先埋设微扰动注浆管作为应急措施，根据施工过程中阶段控制效果确定是否进行注浆。ⅴ.通过三维数值模拟分析预测基坑施工对区间变形的影响值，如下表ⅵ.对基坑施工过程中区间的变形值进行监测。一期基坑于2014年5月开始土方开挖，至2015年2月底板浇筑完成，在此期间区间水平位移监测值变形曲线见图3；二期基坑于2015年4月开始土方开挖，至2015年9月底板浇筑完成，在此期间区间水平位移监测值变形曲线见图4。ⅶ.ci1＜cf1，满足阶段控制技术的要求，可以按照正常条件继续进行下一阶段的施工。ci2＞cf2，最大值约8.97mm，根据阶段控制技术，需要采取工程措施，工程措施如下：a.在三期基坑开挖前，采用预先埋设的袖阀管进行注浆。b.三期基坑通过地下连续墙(素砼)进行分仓开挖，如图5所示。ⅷ.根据采取的工程加强措施，重新进行三维数值模拟分析预测三期施工对区间结构变形的影响。2015年7月至8月，由于其他因素导致区间水平位移发生较大变化，其影响因素无法用数值模拟计算。故可采用在现状的基础上，采用差值计算(现状位移清零，计算后续施工步的新增位移)，评估基坑后续施工的安全性。根据三维数值模拟计算，三期基坑开挖前的微扰动注浆管注浆措施减小区间水平位移2.53mm，采用分隔地连墙后继续开挖新增位移1.46mm，最终预测值为8.97-2.53+1.46＝7.9mm，满足cf＜g·c0。最终施工完成后，区间水平位移监测值为7.78mm，满足评估要求，评估结束。本发明以轨道交通的现状调查、检测和测量成果为依据，制定轨道交通的变形和承载力控制值，通过合适的评估方法预测外部作业对轨道交通的影响值，结合预测结果、控制值和监测值，采取阶段控制技术跟踪评估轨道交通的使用状态，达到保护轨道交通的目的。本发明首次系统性提出轨道交通安全保护区内外部作业施工对轨道交通影响的全过程评估方法，能够全面、安全、有效地评估外部作业的风险和既有轨道交通的运营状态，达到保护轨道交通的正常使用和运营的目的。当前第1页12