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摘 要：为了保证工程建设过程中安全防护工程和主体工程同时运行，确保建设项目在安全方面符合国家的有关法规、标准和规定。本文通过分析哈尔滨地铁3号线一期工程拟建项目的自然环境、施工过程、施工场地等，并辨识出了在一期建设过程中影响工程安全和环境安全的原因。本文对此提出了合理可行的安全技术，从而提高了工程项目建设过程中的安全性和工作效率，避免和减少了施工过程中的安全事故。
关键词：建设过程 施工安全 工作效率 安全技术
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）06（a）-0020-05
Special design for major risks of tunnel structure
Li Yueqiang
（The First Engineering Co.， Ltd. of China Communications Third Public Bureau， Beijing， 100012 China）
Abstract： In order to ensure the parallel operation of the safety protection project and the main project in the process of project construction， and ensure that the safety of the construction project conforms to the relevant national laws and regulations， standards and regulations. This paper analyzes the natural environment， construction process and construction site of the first phase project of Harbin Metro Line 3， and identifies the reasons that affect the engineering safety and environmental safety in the first phase construction process. This paper puts forward reasonable and feasible safety technology for the main factors， so as to improve the safety and work efficiency in the construction process of the project， and avoid and reduce the safety accidents in the construction process.
Key Words： Construction process; Construction safety; Work efficiency; Security technology
1 工程概況
本区间为公滨路至珠江路区间。本区间设计范围为公滨路站至珠江路站区间隧道，设计里程为：右DK19+342.103～右DK19+801.252，右DK19+699.797=右DK19+700短链0.203m，区间右线长458.946m，左DK19+342.103～左DK19+801.252，左DK19+502.625=左DK19+500长链2.625m，左DK19+697.335=左DK19+700短链2.665m，左线全长459.109m。侧穿香坊筒子楼;贯穿多个多层建筑，高层为地上17层，地下1层，桩长大于16.8m，桩径为600m。框架结构：南侧及北侧多层建筑南北侧多层建筑基础均为桩基础，桩径为400mm，桩长为15.5m与16.5m。区间左线距离住宅楼桩基础最小距离为0.7m，垂直距离约10m。区间开挖时存在引起该楼不均匀沉降、墙体开裂等风险。本区间采用矿山法施工。
2 设计标准及原则
2.1 技术标准
（1）结构设计使用年限100年[1]。
（2）结构计算采用地层—结构模型，结构计算时取最不利断面进行计算。
（3）结构安全等级按一级考虑。
（4）地铁道结构重要构件耐火等级为一级。
2.2 设计原则
本区间隧道为永久性结构，安全等级为一级，构件重要性系数γ0取1.1。
2.3 风险评估原则
土建风险源评估和设计建立在正常设计、正常施工基础上，设计措施和设计标准满足工程自身安全、环境保护要求。实施过程中设计文件中的应急加固措施应与风险实施单位的应急预案和抢险措施区分开来[2]。
2.4 监测对象
本工程的监测试验内容严格按照规范进行，监测内容包括如下几点。
2.4.1 隧道内部观测
观测隧道内部是否有塌陷的情况，以及施工段的隧道支护状况和结构安全性。
2.4.2 地面沉降（位移）
在隧道的上方和重要管线的上方布置观测点，用以定期测量施工期间的地面变化，监测点布置如图1所示。 2.4.3 钢拱架凝土土应变量监测
隧道特殊段对钢拱架混凝土使用应力应变计进行监测。特殊段检测3个断面，间距为5m，每个断面布置5个点，且每个点分别焊接VWS-10F型振弦式表面应变计和捆绑VWS型振弦式应变计[3]。
2.5 监测目的
（1）通过监测围岩应力变化情况，验证支护衬砌的设计效果，从而确保隧道支护结构的稳定性以及地面建筑物和地下管线的安全。
（2）提供判断围岩和初期支护基本稳定的依据，确定二次衬砌的施作时间[4]。
（3）通过监测和测量，验证施工方法的科学性。
（4）通过对数据的分析，推断出隧道围岩变化规律，并以此为依据判断支护衬砌设计参数的合理性，若不适合，施工人员可及时修改。
2.6 监测仪器
监测地表沉降的仪器主要包括精密水准仪和铟钢尺。在测量过程中，首先将铟钢尺竖直放置在测量点之上，并调平铟钢尺上的水准气泡，然后在使用精密水准仪测量该监测点[5]。监测过程必须严格依照规范进行，沉降监测过程中，使用的观测仪器、观测人员、观测路线等需保持一致，以减少不同仪器人员进行测量时产生的误差。对于隧道钢拱架及混凝土应力监测使用VWS-10F型表面振弦式应变计和VW-102A型振弦式应变计如图1、图2所示，振弦式读数仪如图3所示。
同时可记录布设点的温度值，为了避免施工过程中造成仪器线路损坏，仪器的线路走向要在钢拱架和钢筋网的内部，沿着钢拱架内侧依次延伸到拱底部分，最后通过一根钢管将仪器测量端从中穿过保证线路的完好无损，方便日后进行监测读数，如图4所示。
3 风险加固措施及控制标准
3.1 加固措施
a区间左DK19+351～451段内，管棚环向间距为0.4m，采用φ108大管棚进行超前支护，拱顶150°布置，大管棚外插角应根据施工单位的工艺自行确定，且不能影响建筑物桩基，水泥浆注浆的压力范围在0.5～2MPa内，当管棚注浆完成后，开始压注水泥砂浆，因管棚打设区域位于曲线段，打设过程中需做好定位，并保证加固效果。此段开挖前，要求管棚打设完毕且车站大里程端已施工完成，暗挖可以一次性快速贯通。
b左DK19+351～482段格栅钢架间距加密为0.5m，超前小导管环向间距0.3m（打设有管棚区段小导管环向间距为0.4m），打设时靠近桩基一侧注意不能打到DK19+384.458处的建筑物桩基上，每米设置一环，L=2.5m。
c左DK19+351～412段初支施作完成后在承台的间隙预埋φ50mm袖阀管，袖閥管设置于二衬的外侧，根据监测情况对多层建筑基础与区间结构之间夹土跟踪注浆，袖阀管布置方式详见《哈工大家属院香坊筒子楼设计保护图》，环向间距0.7m，两个承台间隙间纵向间距0.5m，袖阀管长度范围4～14m，施工单位可以根据现场情况灵活调整袖阀管的打设角度，既要实现加固效果，又不能打到建筑物桩基及承台上。
d采用上下台阶法，两台阶间距为3m，根据每个台阶层的土层情况，进行1∶（0.6～0.8）放坡，禁止反向放坡。
e初期支护完成12m左右，变形趋于稳定后，先进行仰拱二衬的施工，再将沿隧道纵向6～12m的临时支护进行凿除，凿除后要及时进行二衬施工作业，尽早的封闭成环，在混凝土的强度达到设计强度后，进行其他施工作业。
3.2 香坊筒子楼变形控制标准
变形控制标准如表1所示。
4 数值计算
4.1 计算模型
采用有限元计算软件，针对在香坊筒子楼正常使用的情况下，对矿山法区间侧穿施工过程进行了数值模拟，以研究施工过程对香坊筒子楼结构及地面的影响。
区间侧穿哈工大家属楼等多层建筑，根据物探单位提供的资料，高层为地面17层，地下1层，桩基础，南北侧多层均为地面7层，地下1层，均为桩基础。区间结构与该楼桩基最近距离约为0.7m，区间埋深约10m。
据已有的工程项目经验，模型的边界至区间隧道的距离，要比隧道的宽度多3倍。
区间宽6.2m，左右线路中线间距约14m，埋深约10m。计算模型沿垂直于线路方向水平长度为100m，竖直方向高60m，如图5所示。
4.2 荷载及边界条件
荷载：重力荷载、房屋自重。
边界约束：边界施加法向位移约束，地面采用自由边界[6]。
4.3 计算结果分析
4.3.1 地面沉降分析
暗挖隧道侧穿香坊筒子楼的施工阶段模拟结果如图6、图7所示。
结果表明：注浆加固后，在侧穿香坊筒子楼施工过程中地面沉降最大值为6.1mm，满足工程要求。
4.3.2 房屋变形分析
香坊筒子楼为17层建筑，地铁侧穿施工期间需严格控制房屋的变形，既要保证房屋沉降满足要求，同时须保证房屋的沉降差满足规范要求。隧道施工期间房屋的最大沉降量如图8、图9所示。
结果表明：隧道施工期间香坊筒子楼最大沉降量为4.07mm，满足建构筑物15mm的沉降量限制。倾斜度为0.28‰，满足施工过程建构筑物倾斜度的控制要求。最大差异沉降差值为3.87mm，满足5mm沉降差限制要求。
5 结语
综合以上模拟计算结果表明，采取加固措施后，区间施工侧穿香坊筒子楼过程中，对房屋正常使用的影响满足控制标准要求。
参考文献
[1] 孙文攀，李强.房屋建筑结构加固技术的应用[J].住宅与房地产，2018（9）：191.
[2] 陈亮昊.探究房屋建筑砌体结构的加固工程与施工技术方法[J].建材与装饰，2018（22）：17-18.
[3] 李明元.兰州地铁2号线出入场线段暗挖隧道施工稳定性研究[D].西安：西安建筑科技大学，2019
[4] 王新国.暗挖隧道下穿既有铁路的变形控制技术研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2018
[5] 李兆平，史磊磊.北京地区暗挖地铁车站结构设计方法研究进展综述[J].隧道与地下工程灾害防治，2019，1（3）：14-21.
[6] 邓一，沙鹏，练浩，等.层状岩体隧道CRD法施工工序数值模拟研究[J].公路，2020（4）：377-382.
关键词：建设过程 施工安全 工作效率 安全技术
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）06（a）-0020-05
Special design for major risks of tunnel structure
Li Yueqiang
（The First Engineering Co.， Ltd. of China Communications Third Public Bureau， Beijing， 100012 China）
Abstract： In order to ensure the parallel operation of the safety protection project and the main project in the process of project construction， and ensure that the safety of the construction project conforms to the relevant national laws and regulations， standards and regulations. This paper analyzes the natural environment， construction process and construction site of the first phase project of Harbin Metro Line 3， and identifies the reasons that affect the engineering safety and environmental safety in the first phase construction process. This paper puts forward reasonable and feasible safety technology for the main factors， so as to improve the safety and work efficiency in the construction process of the project， and avoid and reduce the safety accidents in the construction process.
Key Words： Construction process; Construction safety; Work efficiency; Security technology
1 工程概況
本区间为公滨路至珠江路区间。本区间设计范围为公滨路站至珠江路站区间隧道，设计里程为：右DK19+342.103～右DK19+801.252，右DK19+699.797=右DK19+700短链0.203m，区间右线长458.946m，左DK19+342.103～左DK19+801.252，左DK19+502.625=左DK19+500长链2.625m，左DK19+697.335=左DK19+700短链2.665m，左线全长459.109m。侧穿香坊筒子楼;贯穿多个多层建筑，高层为地上17层，地下1层，桩长大于16.8m，桩径为600m。框架结构：南侧及北侧多层建筑南北侧多层建筑基础均为桩基础，桩径为400mm，桩长为15.5m与16.5m。区间左线距离住宅楼桩基础最小距离为0.7m，垂直距离约10m。区间开挖时存在引起该楼不均匀沉降、墙体开裂等风险。本区间采用矿山法施工。
2 设计标准及原则
2.1 技术标准
（1）结构设计使用年限100年[1]。
（2）结构计算采用地层—结构模型，结构计算时取最不利断面进行计算。
（3）结构安全等级按一级考虑。
（4）地铁道结构重要构件耐火等级为一级。
2.2 设计原则
本区间隧道为永久性结构，安全等级为一级，构件重要性系数γ0取1.1。
2.3 风险评估原则
土建风险源评估和设计建立在正常设计、正常施工基础上，设计措施和设计标准满足工程自身安全、环境保护要求。实施过程中设计文件中的应急加固措施应与风险实施单位的应急预案和抢险措施区分开来[2]。
2.4 监测对象
本工程的监测试验内容严格按照规范进行，监测内容包括如下几点。
2.4.1 隧道内部观测
观测隧道内部是否有塌陷的情况，以及施工段的隧道支护状况和结构安全性。
2.4.2 地面沉降（位移）
在隧道的上方和重要管线的上方布置观测点，用以定期测量施工期间的地面变化，监测点布置如图1所示。 2.4.3 钢拱架凝土土应变量监测
隧道特殊段对钢拱架混凝土使用应力应变计进行监测。特殊段检测3个断面，间距为5m，每个断面布置5个点，且每个点分别焊接VWS-10F型振弦式表面应变计和捆绑VWS型振弦式应变计[3]。
2.5 监测目的
（1）通过监测围岩应力变化情况，验证支护衬砌的设计效果，从而确保隧道支护结构的稳定性以及地面建筑物和地下管线的安全。
（2）提供判断围岩和初期支护基本稳定的依据，确定二次衬砌的施作时间[4]。
（3）通过监测和测量，验证施工方法的科学性。
（4）通过对数据的分析，推断出隧道围岩变化规律，并以此为依据判断支护衬砌设计参数的合理性，若不适合，施工人员可及时修改。
2.6 监测仪器
监测地表沉降的仪器主要包括精密水准仪和铟钢尺。在测量过程中，首先将铟钢尺竖直放置在测量点之上，并调平铟钢尺上的水准气泡，然后在使用精密水准仪测量该监测点[5]。监测过程必须严格依照规范进行，沉降监测过程中，使用的观测仪器、观测人员、观测路线等需保持一致，以减少不同仪器人员进行测量时产生的误差。对于隧道钢拱架及混凝土应力监测使用VWS-10F型表面振弦式应变计和VW-102A型振弦式应变计如图1、图2所示，振弦式读数仪如图3所示。
同时可记录布设点的温度值，为了避免施工过程中造成仪器线路损坏，仪器的线路走向要在钢拱架和钢筋网的内部，沿着钢拱架内侧依次延伸到拱底部分，最后通过一根钢管将仪器测量端从中穿过保证线路的完好无损，方便日后进行监测读数，如图4所示。
3 风险加固措施及控制标准
3.1 加固措施
a区间左DK19+351～451段内，管棚环向间距为0.4m，采用φ108大管棚进行超前支护，拱顶150°布置，大管棚外插角应根据施工单位的工艺自行确定，且不能影响建筑物桩基，水泥浆注浆的压力范围在0.5～2MPa内，当管棚注浆完成后，开始压注水泥砂浆，因管棚打设区域位于曲线段，打设过程中需做好定位，并保证加固效果。此段开挖前，要求管棚打设完毕且车站大里程端已施工完成，暗挖可以一次性快速贯通。
b左DK19+351～482段格栅钢架间距加密为0.5m，超前小导管环向间距0.3m（打设有管棚区段小导管环向间距为0.4m），打设时靠近桩基一侧注意不能打到DK19+384.458处的建筑物桩基上，每米设置一环，L=2.5m。
c左DK19+351～412段初支施作完成后在承台的间隙预埋φ50mm袖阀管，袖閥管设置于二衬的外侧，根据监测情况对多层建筑基础与区间结构之间夹土跟踪注浆，袖阀管布置方式详见《哈工大家属院香坊筒子楼设计保护图》，环向间距0.7m，两个承台间隙间纵向间距0.5m，袖阀管长度范围4～14m，施工单位可以根据现场情况灵活调整袖阀管的打设角度，既要实现加固效果，又不能打到建筑物桩基及承台上。
d采用上下台阶法，两台阶间距为3m，根据每个台阶层的土层情况，进行1∶（0.6～0.8）放坡，禁止反向放坡。
e初期支护完成12m左右，变形趋于稳定后，先进行仰拱二衬的施工，再将沿隧道纵向6～12m的临时支护进行凿除，凿除后要及时进行二衬施工作业，尽早的封闭成环，在混凝土的强度达到设计强度后，进行其他施工作业。
3.2 香坊筒子楼变形控制标准
变形控制标准如表1所示。
4 数值计算
4.1 计算模型
采用有限元计算软件，针对在香坊筒子楼正常使用的情况下，对矿山法区间侧穿施工过程进行了数值模拟，以研究施工过程对香坊筒子楼结构及地面的影响。
区间侧穿哈工大家属楼等多层建筑，根据物探单位提供的资料，高层为地面17层，地下1层，桩基础，南北侧多层均为地面7层，地下1层，均为桩基础。区间结构与该楼桩基最近距离约为0.7m，区间埋深约10m。
据已有的工程项目经验，模型的边界至区间隧道的距离，要比隧道的宽度多3倍。
区间宽6.2m，左右线路中线间距约14m，埋深约10m。计算模型沿垂直于线路方向水平长度为100m，竖直方向高60m，如图5所示。
4.2 荷载及边界条件
荷载：重力荷载、房屋自重。
边界约束：边界施加法向位移约束，地面采用自由边界[6]。
4.3 计算结果分析
4.3.1 地面沉降分析
暗挖隧道侧穿香坊筒子楼的施工阶段模拟结果如图6、图7所示。
结果表明：注浆加固后，在侧穿香坊筒子楼施工过程中地面沉降最大值为6.1mm，满足工程要求。
4.3.2 房屋变形分析
香坊筒子楼为17层建筑，地铁侧穿施工期间需严格控制房屋的变形，既要保证房屋沉降满足要求，同时须保证房屋的沉降差满足规范要求。隧道施工期间房屋的最大沉降量如图8、图9所示。
结果表明：隧道施工期间香坊筒子楼最大沉降量为4.07mm，满足建构筑物15mm的沉降量限制。倾斜度为0.28‰，满足施工过程建构筑物倾斜度的控制要求。最大差异沉降差值为3.87mm，满足5mm沉降差限制要求。
5 结语
综合以上模拟计算结果表明，采取加固措施后，区间施工侧穿香坊筒子楼过程中，对房屋正常使用的影响满足控制标准要求。
参考文献
[1] 孙文攀，李强.房屋建筑结构加固技术的应用[J].住宅与房地产，2018（9）：191.
[2] 陈亮昊.探究房屋建筑砌体结构的加固工程与施工技术方法[J].建材与装饰，2018（22）：17-18.
[3] 李明元.兰州地铁2号线出入场线段暗挖隧道施工稳定性研究[D].西安：西安建筑科技大学，2019
[4] 王新国.暗挖隧道下穿既有铁路的变形控制技术研究[D].石家庄：石家庄铁道大学，2018
[5] 李兆平，史磊磊.北京地区暗挖地铁车站结构设计方法研究进展综述[J].隧道与地下工程灾害防治，2019，1（3）：14-21.
[6] 邓一，沙鹏，练浩，等.层状岩体隧道CRD法施工工序数值模拟研究[J].公路，2020（4）：377-382.