轨道交通与城市环境的建设协同.pdf

涠 市韧誊交麓翼 饥遵立通与碱布环镌的建设够同 朱瑶宏郦亮 宁波市轨道交通集团有限公司 3 1 5 0 1 6 宁波 第一作者 教授级高级工程师 摘要分析了轨道交通建设可能对周边环境造成的不利 影响 如会引起邻近建筑物的沉降 开裂 倾斜 引起管线泄 漏等问题 同时 分析了周边环境可能对轨道交通工程产生 的不利影响 在已建轨道交通附近出现各种施工活动会导致 轨道交通工程变形 破坏 基于轨道交通与周边既有或将有 构建物的矛盾无法回避 提出了 建设协同 的概念 指出建 设协同的关键点是预先设防 并提出了预先设防的具体设 想 以采取种种超前的措施来大大减少社会总成本 实现对 各方利益的平等保护 关键词地铁保护 城市建筑 建设协同 中图分类号T U9 8 4 1 8 C o o r d i n a t i o na n dS i g n i f i c a n c eo fU r b a nR a i lT r a n s i ta n dC i t y E n v i r o n m e n tC o n s t r u c t i o n Z h uY a o h o n g L iL i a n g A b s t r a c tT h ep o s s i b l ei m p a c td u r i n gm e t r oc o n s t r u c t i o no v e r t h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t s u c ha st h es e t t l e m e n t c r a c k s a n di n c l i n a t i o no ft h ea d j a c e n tb u i l d i n g s t h ep i p e l i n el e a k a g e a n dS Oo ni sd e s c r i l r x t 1 1 1 en e g a t i v ei m p a c to ft h ee n v i r o n m e n t o nm e t r oe n g i n e e r i n gi sa l S Oa n a l y z e d b e c a u s ev a r i o u sc o n s t r u c t i o na c t i v i t i e sc l o s e rt oa d j a c e n tm e t r ol i n e sw i l lc a u s ed e f o r m a t i o na n dd a m a g eo fs u b w a ye n g i n e e r i n g S i n c et h ec o n t r a d i c t i o n sb e t w e e nm e t r oa n dt h es u r r o u n d i n gb u i l d i n g sa r eu n a b l et oa v o i d ac o n c e p to fc o n s t r u c t i o nc o o r d i n a t i o ni sp u tf o r w a r d T h ek e yi nw h i c hi st op r e p a r ec o n c r e t em e a s u r e si na d v a n c e S Oa st or e d u c et h et o t a ls o c i a lc o s ta n dr e a l i z eab a l a n c e dp r o t e c t i o no ft h ei n t e r e s t so fa l lp a r t i e s K e yw o r d s m e t r op r o t e c t i o n c i t ya r c h i t e c t u r e c o n s t r u c t i o nc o o r d i n a t i o n F i r s t a u t h o r Sa d d r e s s N i n g b oR a i lT r a n s i tG r o u pC o L t d 3 15 1 6 N i n g b o C h i n a 所谓协同 是指协调两个或者两个以上的不同 资源或者个体 协同一致地完成某一目标的过程或 能力 对事物双方或多方而言 协同的结果使个体 获益 整体加强 共同发展 反之 互相拆台 无序竞 争 则系统发挥不了整体性功能而终至瓦解 依据 8 物权法的立法思想 即是一物的产生 建设 必须保 证既有物的完好无损 否则要承担赔偿的后果 轨 道交通的修建过程对城市环境的不利影响是无法回 避的 一部城市轨道交通的建设史 也是对城市环境 保护的奋斗史 反之 城市在轨道交通周边的开发建 设过程 却又成为一部轨道交通的保护史 建设和 保护就像一场永无止境的循环竞赛 由此带来了施 工难度增加 资源浪费 针对该问题 本文提出一种 新的理念 建设协同 根据这一理念 制定并实施 种种超前的措施 大大降低轨道交通及城市环境的 各自保护难度 以此来减少社会总成本 1 轨道交通对城市环境的影响及其控制 1 1 基坑施工对城市环境的影响及其控制 轨道交通地下车站的基坑大多邻近已有建筑 物 地下管线 高架道路等 基坑卸荷可致围护结构 本体受力变形 引起周围地层地下水位和土体应力 状态的改变 特别是软土地区深基坑的开挖 通常 会产生较大的围护结构变形和地面沉降 从而可能 造成房屋开裂 管线泄漏等现象 严重时甚至造成支 撑体系失稳 基坑坍塌 针对基坑施工卸荷引起的周边环境沉降变形 国内外学者做了大量的研究 通过采用试验研究 数 值模拟和解析分析 以及基于监测数据挖掘而开展 的变形反分析计算等方法 从多角度论述了基坑地 层土特性 围护结构体系 墙体入土深度 地下水分 布 开挖方式及施工控制等各个因素对基坑变形的 影响规律 为工程实施提供了可靠的理论指导 卜3 3 通过划分保护等级 提出变形控制指标 严格监测监 控 严密组织施工等措施 使基坑施工过程中对周边 环境的影响得到控制 然而 由于地质条件的变化 多样 且周边构建物的个体差异也很大 轨道交通及 城市环境的保护都很不易 1 2 盾构施工对城市环境的影响及其控制 盾构施工会对上覆土体产生扰动 土体损失 孔 万方数据 第 瓣期 隙水压变化及衬砌变形等因素会破坏原有的土体平 衡状态 使土体的原始应力重新分布 地表发生水平 移动 下沉变形 倾斜及非连续变形 从而可能引起 邻近建筑物的沉降 开裂 倾斜 软土地区的盾构施 工还存在隧道自身的上浮 沉降 开裂 漏水 错台等 大量问题L 7 8 j 针对上述问题 一方面 可采用经验公式估算盾 构施工对周边环境的影响程度 必要时事先采取处 置措施 另一方面 可在盾构机的机械操控和施工工 艺上实施调整和管理 随着盾构的掘进 周边环境不 断发生变化 动态调整盾构土仓压力 出土速度 推 进速度 同步注浆压力 浆液配比 管片排版等参数 实施精细化施工 2 城市环境对轨道交通的影响及其控制 伴随着城市轨道交通的快速发展 城市地下空 间也在大规模开发建设 在已建轨道交通隧道附近 出现了各种各样的施工活动 房屋深基坑开挖 隧 道施工 桩基施工 大面积堆载等 会对软土地基造 成挤压扰动 改变地基土的应力状态和地基土的变 形特性 从而导致轨道交通工程变形 多项实测资 料表明 即使体量庞大的地下车站 在软土环境下 周边基坑的开挖也会使其发生毫米级的位移和变 形 而软土环境下盾构隧道的变形破坏更是十分常 见 于是 诞生了一项新的工作 轨道交通保护 国内外众多学者通过大量具体的研究 提出了 种种保护手段 在隧道外部注浆纠偏 应用时空效应 原理减小隧道上抬变形 地基加固体和地下结构物 作为异质体阻断位移传递 对紧贴基坑地下连续墙 的土体进行二次加固 采取设置遮拦桩 即隔离桩 和跟踪注浆 多阶变形释放法保护既有建筑物 等 等 46 3 为保护轨道交通的正常运行 国家还以法 律形式制定了轨道交通保护区管理规定 设定了报 警值 实际上 相邻基坑的设计和施工是十分困难 的 耗资巨大且风险极大 3 轨道交通与城市环境的 建设协同 3 1 概念和意义 无论是在老城区或是新建城区 轨道交通与周边 既有或将有构建筑物的矛盾无法回避 各自实施保护 也无可厚非 如在城市建设和轨道交通建设之初 提 出并实施种种超前的有利于各方的措施 以此来实现 对各方利益的平等保护 则对社会是一大贡献 因 骧l 黛徽瞩i 此 建设协同 的概念是 一方构建筑物的施工 为既 有或将有的相邻构建筑物建设预设方便和保护措施 建设协同 的意义在于有效地发挥土地资源和 轨道交通资源的综合效益 有效规避了各自保护的 压力 节约了大量的投资 尤其是对地下空间 可以 整合设计 同期施工 共建预留 达到共赢 但是 要 做到协同开发 需要政策 规划和资金的支撑 3 2 关键点 建设协同 的关键点是预先设防 预先设防是 相对于轨道交通保护这种后期行为而言的主动行 为 目的是让临近轨道交通的房屋有更强的抗变形 抗噪声 抗振动等能力 让不设防的盾构隧道加强抗 变形能力 同时又使成本节约 保护难度降低 因 而 预先设防十分必要 且技术上是可行的 3 3 预先设防的具体设想 1 对临近规划轨道交通线路的新建房屋 桥 梁及道路 应充分考虑轨道交通线路的特点做特殊 设计 以满足日后轨道交通建设的要求 对既有房 屋 桥梁 道路 在轨道交通建设之前应认真排查 计 算 有需要时事先处置 减少由此带来的负面影响 2 变生地为半生地 收购站点周边土地 预作 楼宇基础 与轨道交通同步建设 强化楼宇防噪抗振 设计 然后带基础出售土地 有条件的地区可以一 次性共同建设 3 当轨道交通线路两侧土地开发不能同步实 施时 在区间先于盾构施工边侧的隔离桩 有条件的 实施双层隔离桩并加注浆条件 隔离桩的成本可以 考虑由日后周边土地的开发商承担 4 地质条件困难 目前不具备收购条件但又 面临日后高强度开发的地区 尽可能采用抗变形能 力较强的明挖框架式结构 以减小后期的变形 降低 维护成本 可事先设定维护成本的分摊模式 4 结语 在各地轨道交通建设突飞猛进的时代 强调轨 道交通建设与城市周边环境建设的协同有十分迫切 而现实的意义 轨道交通是矛盾的主要一方 更应 加强减少对城市环境影响的研究 采取有效措施 保 护周边环境 轨道交通保护的任务艰巨而成本高 昂 倡导 建设协同 可以大大降低社会总成本 使利 益各方获得平等保护 轨道交通的预先保护措施技 术上可行 但需要政策环境的支持 下转第6 2 页 9 万方数据 潮I 潮 轿翟 交 瓣溪 嚣鋈蠹鬻熏雕鬻懋薰翮鋈漆蘩嚣黉懑爨 黉垂 蒸囊摆垂燮 誉懑运曩 誊垂蠹爨 黼凄l 溱 模拟的轨道不平顺时域离散性与白噪声滤波法相 近 较另外两种算法要好 在轮次检验指标上 除基 于小波变换算法呈现出时域波形不平稳的特征外 其余三种算法均具有平稳性分布的特点 在 统计 量指标上 基于小波变换算法的指标较大 呈现了较 强的非正态性 其余三种算法则符合正态性分布的 要求 在残差平方和评价指标上 基于小波变换算法 与周期图法 频域采样三角级数法相差不大 而白噪 声滤波法则相对较差 对比实际轨道不平顺样本分 布非正态和非平稳的特征 基于小波变换算法可较 好地反映出轨道不平顺时域分布特征 虽然在频域 分布特征上精度一般 但仍可以说明轨道不平顺频 域分布特征 值得注意的是 由于在小波系数伸缩 比例计算方面仍缺乏闭合解 小波变换算法只能确 定每层小波系数的总体伸缩比例 因此该算法还有 待完善 总之 基于小波变换算法模拟的轨道不平顺时 域整体满足随机性 非周期性 离散性特征 且呈现 非平稳性和非正态性 更符合实际轨道不平顺特征 规律 且特别适合于轨道不平顺呈现较强非平稳性 的局部特殊线路区段如道岔 接头部分的分析 3 结论 本文提出一种基于小波变换的轨道不平顺时域 数值模拟方法 给出了算法的具体实现步骤 以地 铁轨道不平顺七参数谱模型作为目标功率谱 与现 行主要方法进行比较分析 得到以下结论 1 利用基于小波变换算法可实现轨道不平顺 时域序列的有效模拟 且具有普适性 适用于任意轨 道不平顺功率谱模型 上接第9 页 参考文献 1 徐中华 王建华 王卫东 软土地区采用灌注桩围护的深基坑 变形性状研究 J 岩土力学 2 0 0 9 3 I 5 1 3 6 2 2 3丁勇春 王建华 徐中华 等 上海软土地区地铁车站深基坑的 变形特性 J 上海交通大学学报 2 0 0 8 4 2 1 1 1 8 7 1 3 谈金忠 汤国毅 倪秀平 等 软土深基坑变形与控制技术初探 J 地质学刊 2 1 9 2 1 7 9 4 刘招伟 王梦恕 董新平 地铁隧道盾构法施工引起的地表沉 降分析 J 岩石力学与工程学报 2 0 0 3 8 1 2 9 7 5 孙统立 张庆贺 胡向东 等 双圆盾构隧道施工土体扰动特性 6 2 2 与现有主要模拟算法如白噪声滤波法 周 期图法 频域采样三角级数法等进行比较 基于小波 变换算法模拟的轨道不平顺波形满足随机性 非周 期性 离散性特征 且呈现非平稳性和非正态性 更 符合实际轨道不平顺分布特征规律 3 由于在小波系数伸缩比例计算方面仍缺乏 闭合解 本文所提算法还有待完善 参考文献 6 7 8 9 罗林 高速铁路轨道必须具有高平顺性 J 中国铁路 2 0 0 1 0 8 钱雪军 轨道不平顺的时域模拟法 J 铁道学报 2 0 0 2 2 4 9 4 星谷胜 常保琦 随机振动分析 M 北京 地质出版社 1 9 7 7 王元丰 王颖 王东军 铁路轨道不平顺模拟的一种新方法 J 铁道学报 1 9 9 7 1 9 6 1 1 1 陈果 翟婉明 铁路轨道不平顺随机过程的数值模拟 J 西南 交通大学学报 1 9 9 9 3 4 2 1 3 陈春俊 李华超 频域采样三角级数法模拟轨道不平顺信号 J 铁道学报 2 0 0 6 2 8 3 3 8 梁志明 刘秀波 李红艳 等 轨道不平顺数字特征分析 J 铁 道建筑 2 0 1 2 2 1 1 1 衡彤 小波分析及其应用研究 D 成都 四川大学 2 0 0 3 纪国瑞 风电场风速软测量与预测及短期风速数值模拟方法 研究 D 北京 华北电力大学 2 9 曲铭 许玉德 基于小波的列车加速度和轨道不平顺关系分 析 J 华东交通大学学报 2 1 8 5 3 6 陈鑫 练松良 李再帏 轨道交通无砟轨道不平顺谱的拟合与 特性分析I J 华东交通大学学报 2 1 3 3 0 1 4 6 张洁 轨道不平顺非均匀采样信号谱分析 D 成都 西南交 通大学 2 0 0 4 田禹 基于偏度和峰度的正态性检验 D 上海 上海交通大 学 2 1 2 收稿日期 2 0 1 4 0 3 0 4 及实测分析 J 岩石力学与工程学报 2 0 0 5 增2 5 9 5 0 张清波 潘庆林 张志伟 盾构掘进施工引起的交叉隧道沉降 监测分析 J 工程勘察 2 6 1 2 6 3 陈枫 胡志平 盾构偏航引起的地表位移预测 J 岩土力学 2 0 0 4 2 5 9 1 4 2 7 孙均 刘洪洲 交叠隧道盾构法施工土体变形的三维数值模拟 J 同济大学学报 自然科学版 2 0 0 2 3 0 4 3 7 9 唐文鹏 王志凯 郑州地铁建设和运营中的二七纪念塔保护方 案 J 城市轨道交通研究 2