夜上海论坛前言:我们精心挑选了数篇优质交通安全风险评估文章,供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发,助您在写作的道路上更上一层楼。
夜上海论坛 1.1邻近地面建筑物安全风险管理
轨道交通暗挖工程施工阶段,由于大中型盾构设备施工对岩土体产生了扰动,车站周围邻近的建筑物必然受到影响,为确保施工阶段地面建筑物不发生不均匀沉降、倾斜等影响使用安全的病害,有必要对地面建筑物当前的状况进行调查与评估管理,从理论上预测车站暗挖工程施工对邻近建筑物的影响程度及范围,并提前采取相应的措施,保证车站暗挖工程施工过程中建筑物得以满足安全、适用、有序的运营。为有序的开展工作,按以下步骤进行安全管理:①现场实测、调查与咨询,得到评估区域与周围建筑物空间位置几何关系,拟建车站暗挖工程及附近的主要建筑物及构筑物;②轨道交通周围建筑物的现状调查,确定其重要性及合理使用年限,并对其现状进行评估;③综合考虑评估区域地质、水文施工方法等因素,预测车站暗挖施工对周围岩土体及邻近地面建筑物的影响;④制定车站暗挖工程施工时沉降控制标准;⑤车站暗挖工程施工阶段安全管理及控制程序,必要时提出施工对策与邻近地面建筑的加固措施。
夜上海论坛 1.2邻近地面建筑物现状调查与评估
夜上海论坛 资料调查的目的是确保车站暗挖工程在施工阶段地面邻近结构的安全性,了解及确定施工时可能引起的邻近地面建筑结构的影响区域及影响范围。资料的调查包括:与建筑物有关的调查资料及与车站位置结构有关的调查资料:前者主要包括原设计图纸、竣工图纸、建筑物的使用条件,原始施工资料等,后者主要包括车站的平面布置图,车站的的具体纵横断面结构形式、尺寸,建筑物与车站的空间位置关系等。如图所示,为车站隧道周边环境概况图。对邻近地面建筑物的现状进行安全性评估是控制建筑物安全风险管理的关键,此时应根据建筑物的实际现状情况采用合适的方法评估,进而准确分析与预测车站暗挖工程的沉降,以便为施工过程中采取相对应的安全防护措施提供依据。
2工程概况
重庆市轨道交通3号线红旗河沟车站工程,位于汽车北站东北向50m左右处的一座暗挖车站,呈南北走向,沿红锦大道下方布设,车站埋深12.0~20.5m,车站高20~31.5m,宽约20~23m。车站为轻轨三号线与地铁六号线换乘枢纽站,轻轨三号线车站与地铁六号线车站十字交叉换乘,轻轨三号线位于地铁六号线之上,共五层。轻轨3号线红旗河沟站为暗挖地下岛式车站起止点桩号为CK13+361.298~CK13+537.998,中心里程CK13+429.398,车站平面尺寸为176.7m×20.5m,有效站台长度为120m,有效站台中点轨顶标高为253.357m;地铁六号线车站为暗挖地下侧式车站,有效站台中点轨顶标高为246.100m;本次地铁六号线设计范围为地铁六号线与轻轨三号线十字交叉平面部分,地铁六号线不在本次评估范围中。车站地面附近主要建筑物为25层的和府饭店,离车站边线约20m左右。评估相邻结构物的位置主要是因为轨道交通车站暗挖施工对邻近地面建筑物的安全性风险大小与轨道交通与建筑物的空间位置、建筑物的用途及车站的结构状况有关。
2.1制定邻近地表的控制标准
对于轨道交通建设引起的邻近建筑物地表的沉降标准值,一般以浅埋暗挖轻轨车站施工阶段,临近建筑物最大沉降值不超过30mm为宜,且应按地铁施工范围内的环境进行具体分析。重庆轨道交通3号线一期工程红旗河沟车站工程施工过程中虽然出现了最大沉降值大于30mm的情况,但在最大沉降值的范围并未扩展,未出现危险状况。在隧道开挖施工中,无法做到完全不允许邻近地面建筑物出现沉降、变形及裂缝,只能控制变化值的大小不超过规定限值,因此问题的关键在于如何将变化值控制在规定的范围以内,一般情况下,参照相关设计规范。
2.2车站工程与相邻建筑物的相互影响
夜上海论坛 从方案布置图和设计纵断面可知,对车站工程可能有影响的相邻建筑物主要有汽车北站,对C出口(3#通道)可能有影响的相邻建筑物主要是和府饭店。
2.2.1与和府饭店相互作用
夜上海论坛 根据设计资料,和府饭店主要与红旗河沟车站3#通道有影响,主要是由于和府饭店筏板基础之上部分在筏板基础和挡墙基础之下。3#通道边墙与其之间的平距为3.66m,和府饭店的基础外边缘与通道坡脚连线的倾角为59°,因此和府饭店受红旗河沟车站3#通道的影响很小,主要影响在于车站工程为施工的顺利进行对筏板基础和挡墙的震动。
夜上海论坛 2.2.2与汽车北站相互作用
根据设计资料和平面图,汽车北站主要对红旗河沟车站工程南端通风道产生影响。南端通风道从汽车北站下方通过,汽车北站的基础底面与通风道顶面间岩层厚度约11m,通道处岩石顶板厚度为通风道洞跨的1.19倍,远大于隧道围岩塌落高度,成洞条件较好。因此可知该通风道的开挖对上部建筑的影响较小(限于篇幅,此处计算略)。
2.2.3与现有道路的相互作用
车站工程及其附属建筑物很多地段位移现有交通主干道下,如果其开挖施工方案不当,对现有道路很容易造成破坏,对交通影响较大。
夜上海论坛 2.3建议对邻近建筑物的具体保护措施
暗挖工程开工前,详细调查施工相邻建筑结构的现状,包括结构的数量,受力形式,地基基础形式,修建及改造加固年代,与地铁的空间位置关系等,当发现建筑物有很大安全风险,应先排除危险,再施工的程序。施工前邻近建筑结构基础处理措施:一般情况下,选择地层注浆及对桩基进行隔离方法,如遇到地质条件良好、邻近建筑物破坏风险较大时,采用桩基托换方式,并在施工过程中对桩基托换部位进行重点施工检测。根据具体的实际情况,对车站暗挖工程的安全加固措施为:①和府饭店:建议适当控制药量或该地段采用人工开挖,以免对筏板基础和挡墙基础造成震动破坏,进而产生建筑物的变形沉降。②汽车北站:建议在施工过程中控制掘进长度、限制炸药量,及时衬砌,避免开挖不当引起地面塌陷③现有道路:建议在施工过程中应控制掘进长度、限制炸药量,及时衬砌,以免因开挖不当引起地面塌陷。
3车站工程建筑物的最终风险评估
3.1施工阶段监控
施工监测是隧道工程施工过程中必不可少的控制变形,提高安全性的手段。隧道暗挖工程施工,必定会对其顶部及顶部周围的建筑物产生影响,致使建筑结构整体性产生破坏,使其墙体产生裂缝,基础产生变形,结构整体发生倾斜,甚至倒塌。因此,将隧道暗挖工程邻近建筑物安全性进行风险评估,是施工监控的一项重要工序。施工阶段必须要对邻近建筑物的所受影响实施全过程进行监控,即使对监控资料进行分析、处理及预报,评估暗挖工程对邻近建筑物的影响按施工监控全寿命过程进行监控,对可能出现的安全隐患进行及时预报。
夜上海论坛 3.2施工完成后监控
夜上海论坛 当车站暗挖工程施工完成后,根据相邻建筑物的地面或地基基础沉降及倾斜值对建筑物的承载力进行校核,进而判定建筑物的安全状态及剩余变形值。如符合后建筑结构的承载力与极限承载力很接近或大于极限承载力,应对建筑物采用相应的安全保障措施,以保证建筑物的安全及适用性,并在轨道交通的运营阶段对建筑物的沉降变形及倾斜值进行跟踪监测。
3.3轨道交通运营阶段监控
对于轨道交通运营阶段,轻轨列车进出车站会对站台产生动态惯性力,进而对车站周围岩土体及邻近建筑地基基础及地表沉降产生影响,因此必须对轨道交通周围建筑进行沉降检测及监控,当地表的沉降值达到或超过变形限值时,应采取应急加固措施控制邻近建筑物变形,满足正常使用要求,并应对当前的建筑物进行二次评估。基于计算分析提出的应对邻近建筑物采取的合理化建议,该车站暗挖工程在施工完成后进行了相邻建筑物地基基础中心沉降布控。布控于2010年4月3日开始至今,,列出了2010年4月3日至12月31日的和府饭店、汽车北站、现有道路沉降变形最大值变化曲线,可以得到沉降变形差很小,随时间变化数值趋于稳定,对邻近地面做出的合理化建议及预防措施合理,实现了车站暗挖工程施工对邻近建筑产生最小影响,轨道交通的运营未引起邻近建筑物的适用性降低。
4结论及建议
轨道交通枢纽工程一般为暗挖工程,对地面的开挖施工会对地面邻近建筑物产生影响,有必要采取一套行之有效的安全管理办法对邻近建筑物的安全性进行研究:①通过构件轨道工程暗挖对邻近建筑物安全管理模型,实现轨道交通在施工及运营阶段对邻近建筑物影响进行监测,进而实现轨道交通的正常运营及邻近建筑的正常使用。②针对具体的车站暗挖工程,预测其开挖施工对邻近结构的影响及影响程度,构建具体的安全管理模型,以指导工程施工。③运用项目建设全寿命周期理论,分别对施工阶段、施工后及运营期邻近建筑物进行具体的监测,以保证邻近建筑物正常使用要求。④安全管理系统的构建应根据工程的实际情况进行修正,使得其具有合理性、科学性及运用性,以利于指导轨道交通工程建设。
5需要进一步研究的问题
关键词:道路工程;轨道交通工程;安全评估;控制
1 概述
夜上海论坛 城市轨道交通正面向多元化发展,轨道交通、地铁、轨道交通等构成了城市综合轨道交通网络,其中轨道交通作为一种快速、高效、环保、高技术含量的运输方式,正受到社会越来越广泛的重视。
轨道交通车辆运行对轨道平顺度要求极高,对下穿既有轨道交通工程桥梁的城市道路的施工关乎轨道交通工程运营安全和行车舒适度。道路以路堑下穿轨道交通工程桥梁,如果交叉处开挖深度较深,其施工过程中可能会对轨道交通工程桥梁基础及墩身产生影响,并会反映到桥上设置的轨道结构上。
夜上海论坛 文章基于A道路下穿轨道交通工程桥梁项目,研究道路施工时桥梁的基础受力、墩顶位移等,分析其对轨道交通工程桥梁的影响是否安全可控,并对A道路的设计和施工提出意见及措施。
2 工程概况
夜上海论坛 轨道交通工程A道路特大桥采用(35+55+35)m连续梁跨越A道路,A道路在中墩7号墩和8号墩之间穿过,轨道交通工程桥墩均采用矩形桥墩,墩底尺寸3.6×3.8m,桥墩高度17.5m,承台尺寸宽×长×厚=8.0×9.0×3.0m,承台接8-Φ1.2m钻孔桩,桩长分别为20.0m(7号墩)、18.5m(8号墩)。
夜上海论坛 交叉处A道路为路堑,开挖深度约6.5m。A道路与轨道交通工程线路轴线之间夹角约为85°,A道路人行道边线与轨道交通桥墩最小距离0.17m。(如图1所示)
3 有限元模型
文章采用大型通用有限元软件ABAQUS建立施工区域有限元模型进行数值分析,并充分考虑岩土材料非线性、桩同作用等因素。取轨道交通工程A道路特大桥7#、8#桥墩与其周边土体为主要分析对象建立有限元数值分析模型。
模型Model-1、Model-2分别用于分析7#、8#桥墩受A道路开挖的影响。模型中建立了桥墩、承台及承台底面以下的土体。承台顶面以上土体以荷载形式施加,通过调整土面上的压力分布形式模拟整个路面开挖过程。土体模型尺度为(长、宽、高):60m×60m×40m。模型整体如图2(a)所示,桥墩及基础如图2(b)所示。
夜上海论坛 Model-1模型共有150074个节点,143660个单元;Model-2模型共有119098个节点,111446个单元。模型中包括了土体、桥墩基础两个部分,全部由六面体单元C3D8R组成。土体与基础之间采用面对面接触形式连接以模拟桩土作用。
4 计算结果
4.1 对轨道交通工程7号桥墩的影响
4.1.1 基础受力分析
根据Model-1的计算结果,提取了7#桥墩基础3#角桩的侧摩阻力、桩身轴力等参数,以评估桥梁桩基承载力是否受到影响。
由图3可知,桩基下部桩侧摩阻力在开挖后有较明显的减小,且靠近开挖土体一侧的桩基下部在挖后出现了一定程度的负摩阻力。其原因是,上部土体开挖后,下部土体的地应力得到释放,土体向上隆起,并通过承台将基础向上抬起,故而桩基下端与桩周土体发生一定程度的反向滑移,引起桩端摩阻力降低。但桩侧摩阻力绝对值较小,不大于3Kpa,可以认为开挖前、后的桩侧摩阻力变化对桩基承载力影响不大。
夜上海论坛 从图4可知,开挖后桩身轴力小于开挖之前桩身轴力。其原因是,土体开挖后,土体局部隆起,向上挤压承台底部,引起桩身轴力减小。此时基础承台底与桩底承受的荷载重新分配,承台底部土体承载增大,桩端土体承受荷载减小。桩身轴力的减小对于桩基本身以及桩端下部的土体是有利的,但仍需要研究承台底部土体承载力是否满足要求。提取了开挖前、后承台底土体上表面接触压力云图,如图5所示。
由图5知,开挖前承压土面区域最大压应力为36.8Kpa,局部最大压应力可达55.3Kpa;开挖后承压土面区域最大压应力增大为45.3Kpa,局部最大压应力可达67.9Kpa,满足规范要求。
夜上海论坛 4.1.2 基础变形分析
图6则为开挖前、后基础与土体之间的变形关系图,土体在桥墩基础位置处发生不均匀隆起,引起承台上浮并使得承台朝开挖段相反方向发生偏转,基础的隆起和偏转会导致桥墩发生竖向及顺桥向位移。
表1列出了各工况下7号墩墩顶中心位置的各个方向上的位移增量,可知工况1引起墩顶中心上浮量和顺桥向位移量最大,最大值分别为1.149mm和3.031mm;工况4引起的横桥向位移最大,最大值为1.050mm。
表1中竖向位移向上为正,顺桥向位移指向线路前进方向为正。
4.2 对轨道交通工程8号桥墩的影响
夜上海论坛 4.2.1 基础受力分析
根据Model-2的计算结果,提取了8#桥墩基础1#角桩的侧摩阻力、桩身轴力等参数,以评估桥梁桩基承载力是否受到影响。
由图7可知,桩基下部桩侧摩阻力在开挖后有较明显的减小。其原因是,上部土体开挖后,下部土体的地应力得到释放,土体向上隆起,并通过承台将基础向上抬起。故而桩基下端与桩周土体发生一定程度的反向滑移,引起桩端摩阻力降低。整体上看,桩侧摩阻力绝对值较小,不大于3.5Kpa。所以认为该桩基在道路开挖前后的桩侧摩阻力变化程度对基础整体承载力影响不大。
夜上海论坛 从图8可知,桩基角桩的轴力在土体开挖后也减小了。其原因是,开挖后土体局部隆起,向上挤压承台底部,引起桩身轴力减小,桩端土体承受荷载减小。虽然桩身轴力的减小对于桩基本身以及桩端下部的土体是有利的,但此时基础承台底与桩底承受的荷载重新分配,承台底部土体承载增大,特提取了开挖前、后承台底土体上表面接触压力云图,如图9所示。
夜上海论坛 如图9(a)所示,开挖前承压土面区域最大压应力为35.6Kpa,局部最大压应力可达55.3Kpa。如图9(b)所示,开挖后承压土面区域最大压应力增大为39.5Kpa,局部最大压应力可达59.2Kpa,满足规范要求。
夜上海论坛 4.2.2 基础变形分析
图10则为开挖前后基础与土体之间的变形关系图,可以发现,土体在桥墩基础位置处发生不均匀隆起,引起承台上浮并使得承台朝开挖段相反方向发生偏转,基础的隆起和偏转会导致桥墩发生竖向及顺桥向位移。
表2列出了各工况下8号墩墩顶中心位置的各方向位移增量,可知工况1引起的墩顶中心上浮量和顺桥向位移量最大,其值分别为0.562mm和1.843mm;工况4引起的横桥向位移量最大,其值为1.13mm。
表2中竖向位移向上为正,顺桥向位移指向线路前进方向为正。
5 控制方案
(1)轨道交通工程桥墩范围为人工填土,应采用坡度较小的边坡,以保证边坡稳定,并减小轨道交通工程桥墩承受的土压力。
(2)道路开挖时应分层开挖,每层同步下降,避免产生过大土压力。
(3)轨道交通工程桥墩附近人行道与道路之间高差大于40cm,轨道交通工程桥墩安装防撞装置,以避免车辆直接撞击轨道交通工程桥墩。
(4)轨道交通工程桥墩附近路面禁止采用重型机械碾压,应采取小型机械夯实,施工机械严禁碰撞桥墩。
夜上海论坛 (5)严禁在轨道交通工程桥墩附近堆放土方。
夜上海论坛 (6)施工过程中严禁抽取地下水。
夜上海论坛 (7)加强施工监测,对轨道交通工程桥墩附近一定范围土体以及墩身进行动态化监控量测,密切关注施工引起的地面沉降及桥墩变形。
(8)道路施工完成后,应及时对该段轨道交通桥梁上轨道平顺性进行复测,根据测量结果决定是否进行轨道标高调整。
6 结论
夜上海论坛 文章对A道路下穿轨道交通工程A道路特大桥施工现场及桥梁基础进行了三维仿真建模分析,模拟了A道路路堑开挖施工对桥梁所造成的影响。分析了桥梁基础受力、变形等相关参数,可以得到以下结论:
夜上海论坛 (1)道路及管线开挖后,基础及土体内力重新分布,桩体及桩端土体持荷降低,承台底部及其下的土体持荷上升。计算结果表明,轨道交通工程桥梁基础受力满足相关规范要求。
夜上海论坛 (2)道路及管线开挖过程中引起7号桥墩短期竖向最大隆起
1.666mm、8号桥墩短期竖向最大隆起0.988mm,小于其上连续梁计算采用的基础非均匀沉降值10mm,满足连续梁结构安全需要。
(3)道路开挖后,6号墩基础后期总的沉降量为0.8mm,7号墩
夜上海论坛 基础后期总的沉降量为0.1mm,8号墩基础后期总的沉降量为0.7mm,9号墩基础后期总的沉降量为1.1mm,满足墩台均匀沉降量不大于30mm、相邻墩台沉降量之差不大于5mm的要求。
夜上海论坛 (4)开挖引起7号墩产生的顺桥向位移3.031mm,8号墩产生顺桥向位移1.843mm,由于7号墩为活动墩,8号墩为制动墩,梁体将跟随制动墩发生移动,但实际情况下活动支座仍可对梁体产生一定的摩阻力,7#墩将限制整个梁体的顺桥向位移,故梁体的移动距离必将小于1.843mm,该值在轨道交通轨道接头位移变化容许范围内。
(5)车辆轮载作用在承台上引起的偏压可能造成桥墩产生顺桥向位移0.163mm(指向道路侧),满足规范要求。
参考文献
[1]范力础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]苏洁,等.地铁隧道穿越既有桥梁安全风险评估及控制[J].岩石力学与工程学报,2015,34(1):3188-3195.
夜上海论坛 [3]颜志华.轨道交通桥梁结构设计与试验研究[J].都市快轨交通,2011,24(3):70-73.
夜上海论坛 [4]铁道第三勘测设计院.桥梁地基和基础[M].北京:中国铁道出版社,2002.
夜上海论坛 [5]铁道第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社,1999.
[6]甘杰文.关于预防和减少软土地基不均匀沉降的探讨[J].黑龙江科技信息,2009(20).
关键词:通航环境 通航安全 估计
夜上海论坛 中图分类号:U698 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)02(b)-0215-01
随着我国水路运输基础设施和运输网络的逐步成型,水路运输量占社会运输总量的比重将逐步增大,船舶运行可靠性、通航环境安全、船舶运输安全等方面面临前所未有的压力。
长江黄金水道运量不断提升已连多年续蝉联世界货运量最大的内河航道,同时也是我国辐射范围最广、影响最大的内河航道。长江干线通航航道一旦发生安全事故所造成的社会经济影响都是十分重大的,因此对其通航安全评估的研究迫在眉睫。
1 评估目标及分析
夜上海论坛 长江黄金水道通航安全评估框架是以宏观的角度针对一定数量的重点航段的横向安全性评估,该评估框架用于指导对长江干线范围重点航段的通航安全风险评估及分类方法的研究。风险评估及分类结果可以对行业内各级管理部门针对解决水运工程规划、航道整治等问题起到良好的支撑作用。
2 安全评估框架
本安全评估框架是建立在对历史交通事故统计和目前航道通航环境分析的基础之上,针对重点航段中船舶交通安全情况进行定量的估计及评级。其设计核心理念是计算各重点航段的事故发生统计概率,并评估事故发生的后果,以两者乘积的方式获取事故风险评估值;最终以各重点航段事故风险评估值的累积和为评判依据,进行重点航段安全风险的评级。
在该种安全风险评估框架的设计理念下,重点航段安全风险评估主要由事故发生统计概率、事故发生的后果评估和航段安全风险分级几部分组成,框架如图1所示。
夜上海论坛 3 风险系数(Pr)评估
夜上海论坛 本通航安全评估方法的框架中风险系数评估主要根据船舶事故统计数据及航段船舶流量进行水上交通安全事故发生概率的评估及预测。
其中船舶事故数据按国家相关规定分为五个等级,并按照其等级进行了加权处理,从而增加事故大小的区分度。[1]
考虑到仅依靠频率预测概率进行评估的不完善性,本评估框架引入客观上对航道航行有影响的风、流、能见度、障碍物等9类危险因素的各自危害程度评级,并将之综合作用计算得出各航段环境危险影响度,根据环境危险度的变化调和统计概率,使之更符合现状情况。同时加入主观评估值进一步调整事故发生概率,使之更加完善。[2]
夜上海论坛 4 事故后果(Cs)评估
重点航段事故的后果评估是建立在水上交通事故统计数据中对事故数据后果值描述的人员伤亡、经济损失、环境污染和社会影响四项指标的后果值评估上的统计数据评估算法。
夜上海论坛 5 风险评估(Ri)计算及分级
单次水上交通事故风险评估值(Ri)可视为事故发生可能性分值(Pr)与事故后果评估分值(Cs)的乘积,即:
Ri=Pr×Cs
计算所得的Ri值即为评定单一长江干线水上交通事故对某一重点航段固定风险的评估值。该值越大,说明事故对事故所在重点航段的风险评估值贡献越大。某航段历年事故风险评估的累计值即为航段风险评估值。
夜上海论坛 安全风险分级是根据所得事故发生频率、事故后果评估值计算所得的各待评航段的风险评估值进行聚类分析,并最终归入四类风险等级。
6 研究结论
长江黄金水道通航安全评估框架是建立在对于统计数据的分析和处理上,因此数据的准确性和全面性是评估的基础。其次,评估时航段的划分影响着航段内事故数量,因此也对评估结果有较大影响。
参考文献