新建结构与运营地铁车站接驳关键技术

陈进山，李海龙

(中铁隧道集团三处有限公司，广东深圳 518052)

0 引言

随着国内外城市轨道交通的发展和地下空间的应用，线路间将会形成越来越多的换乘节点。在地铁建设过程中，由于2条线路经常不是同期建设，将形成新建地下结构与运营中的地铁车站接驳问题。目前国内关于临近或紧贴运营地铁车站施作新建结构及施工对周边环境影响的相关报道很多:文献［1］研究了设计预留接口条件与设计未预留接口条件2种典型情况的工程处理原则和措施;文献［2－5］以工程实例为背景，运用FLAC3D软件建立三维数值分析模型模拟临近或紧贴既有运营车站开挖并施作新建结构，对既有车站的受力变形情况进行了计算，并提出了不同的防护措施;文献［6］介绍了紧贴地铁和浅基础老建筑群旁的深基坑施工中采用的确保周边建筑群正常使用的技术措施;文献［7］采用FLAC3D和SAP2000模拟，分析既有地铁区间变形和内力发展规律;文献［8］结合上海某邻近基坑开挖的运营地铁车站，运用叠加原理，采用有限元荷载结构法和强制位移法，分别按照裂缝控制和强度控制来对车站标准段结构的稳定性及其允许变形进行分析和反算;文献［9］对基坑开挖产生的邻近建筑物的附加变形进行计算分析，并与实际工程实施的监测结果相比较，验证了计算分析的必要性和可靠性;文献［10］通过有限差分法数值模拟，得到了邻近大刚度地铁车站的基坑开挖位移场的位移传递规律。文献［1－10］主要借鉴了对运营车站的防护及周边环境影响控制措施，本文着重剖析介绍新建结构与既有运营车站结构接驳过程中对运营车站临时加固防护、分部切割既有结构、新旧结构接驳等关键技术。

1 工程概况

深圳地铁1号线老街站于2005年建成并通车运营。为实现与新建地铁3号线老街站同站台平面换乘，在两车站之间修建了换乘综合体。该换乘综合体与新建地铁3号线老街车站于2007年开始修建，修建完成后需对运营车站进行改造，以实现与新建结构接驳。新旧结构平面位置关系如图1所示，接驳前后示意图如图2所示。

图1 新旧结构平面位置关系示意图Fig.1 Plan layout showing relationship between new structure and existing structure

1号线老街车站侧墙为“地下连续墙+内衬墙”的叠合式结构，考虑到其将来与地铁3号线老街站平行换乘的问题，在车站的北侧与换乘综合体接驳范围的内衬墙结构设计中均镂空地预留了实现两结构体刚性叠合接驳的框梁框柱(见图3)。换乘综合体修建之前，该部位抵抗地层水土压力及起防水功能的结构主要为车站主体结构外侧的地下连续墙。在换乘综合体修建基本完成后，与1号线老街车站接驳时，需分部破除老街车站部分地下连续墙，并对应地施作框梁框柱与车站预留的框梁框柱刚性叠合，从而逐步完成两结构体的接驳。

1.1 工程特点

与运营车站的接驳工程一般具有施工组织复杂、技术要求高、风险大等特点。深圳地铁3号线老街站换乘综合体新建结构既运营地铁车站接驳工程具有改造工程量大(上下重叠站台层长294.722 m，站厅层长74.477m，破除高度最高达22m，总方量2 400m3)、与列车行驶界限距离近(0.75m)等特点(见图4和图5)。

1.2 关键技术

接驳过程中一方面需保证地铁正常运营，另一方面，整个结构改造过程需控制既有运营地铁车站的沉降变形。本文论述的与既有运营地铁车站接驳关键技术主要有3点:1)运用被动托换机制分部切割既有结构，对受力薄弱部位利用型钢进行前期加固;2)运用金刚石绳锯与金刚石水钻相结合的静力切割工艺将既有结构切割为规则成型，提高了破除、转运的绩效，降低了噪音，减少了粉尘;3)控制新旧结构钢筋的有效连接，调整后期施作混凝土性能指标，降低因新旧混凝土弹性模量不一、新混凝土收缩及徐变等对既有结构产生的影响，保证了与既有结构的良好接驳。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

见图6。

2.2 运营车站临时加固防护

在新建车站与既有车站接驳工程施工中，首先需对既有车站进行改造，主要包括车站围护结构、内衬墙及结构楼板，对其主要受力薄弱部位进行加固。

围护结构、内衬墙主要承受竖向荷载，在对该部分切割之前可在相应部位施作型钢竖向支撑。对深圳地铁新建3号线老街站换乘综合体与1号线运营老街车站接驳实施前，首先对运营车站采用临时型钢及钢围蔽进行加固(见图7)。

临时支撑主要由截面为300 mm×300 mm的H型钢为主龙骨，M14化学锚栓固定在既有结构上，龙骨外用10 mm厚钢板封闭。钢围蔽在围护结构切割后，可以分担该节点竖向荷载，避免既有结构变形;防止在切割改造施工及新旧结构接驳施工过程中，有施工污水、混凝土渣块、粉尘、噪音等对运营车站造成环境污染;能抵抗运营列车运行时产生的活塞风影响。

图7 临时支撑及钢围蔽安装图Fig.7 Temporary support and steel enclosing

2.3 分部切割既有结构

2.3.1 既有墙体结构切割

既有墙体结构的切割主要运用金刚石绳锯与金刚石水钻相结合的方式，整体步序运用被动托换机制，分部分块切割完成新旧结构体接驳。

以表1所示墙体为例，墙体为一运营车站围护结构地下连续墙，在运营车站侧防护到位后，车站3层连续墙结构的破除需分部进行，先自下而上抽条破除车站叠合柱范围连续墙，并原位相应构筑新建结构侧框柱框梁与之刚性连接;再自上而下破除叠合柱间的连续墙，同步构筑新建结构侧剩余部分叠合框梁将框柱连接成整体，逐步完成两结构体的全部连接。既有运营车站地下连续墙破除及叠合梁柱构筑施工步序如表1所示。

2.3.2 既有楼板结构切割

运营地铁车站楼板结构主要承受人流、设备、列车的承重荷载。如果该车站为地下车站，楼板结构还将传递车站的侧向水土压力。楼板的切割将改变车站局部承重荷载受力分布，楼板在边墙位置均是固结支承条件，但在部分楼板切割后将变为接近于简支的支承条件，其所传递的负弯矩将减小，并向相邻跨中和支座转移，导致楼板邻近墙体的跨中正弯矩和中柱位置的支座负弯矩将明显加大。楼板结构采取分段分块切割，在施工过程中尽量减小每次切割宽度以减小每次施工造成的影响，并应加强施工监测。

2.3.3 切割工艺比选

既有结构的静力切割一般可选用的方法有3种:1)利用混凝土碟片切割机进行切割。碟片切割机沿导轨行走，碟片切割混凝土。碟片切割机具有切割面光滑、切割面不需要进行再处理，无振动、对原结构无损伤，施工时噪声较小等优点;但碟片的尺寸有限，目前市场最大切割深度为300 mm。2)利用金刚石水钻排孔切割。金刚石水钻在混凝土结构中钻孔，形成排孔切割混凝土。金刚石水钻排孔切割具有无振动、可多台设备同时施工等优点;但切割面是月芽形的齿形面，需要后期修补。3)利用金刚石绳锯与金刚石水钻相结合的方式进行切割。

金刚石绳锯切割是金刚石绳索在液压马达带动下绕切割面高速运动研磨切割体，由于使用金刚石颗粒做研磨材料，故完成钢筋混凝土体的切割是没有问题的。切割是在液压马达带动下进行的，液压泵运转平稳，并且通过高压油管远距离控制液压马达，切割过程中的振动和噪音很小，切割体能在平稳的情况下被分离。切割过程中高速运动的金刚石绳索采用水冷却，并将研磨碎屑带走，所以现场需加强对污水的搜集处理。金刚石绳锯静力切割工艺可以从根本上解决扰动大的难题，并且具有工作效率高、切割尺寸精确、操作简单、维护保养方便的优点。金刚石绳锯机结构如图8所示。

2.4 施作新建结构与既有结构接驳

2.4.1 新旧结构钢筋连接技术

分部切割墙体后，对应地施作框梁框柱与车站既有结构刚性接驳，从而逐步完成两结构体的接驳。

图8 金刚石绳锯机结构图Fig.8 Structure of diamond wire saw machine

被切割墙体切割完成后，可先凿除既有结构需接驳部位保护层，扳出既有结构箍筋焊接，保证新施作框柱梁钢筋骨架与既有结构柱梁形成整体结构。对于需要加强连接部位采用锚筋施工，主要施工步骤为:1)对既有结构框柱梁进行放样，划出锚筋孔位置;2)采用混凝土取芯机钻φ30 mm的孔，锚筋成孔向上倾斜3°;3)钻孔深度不小于200mm;4)锚筋前将孔内灰尘用风吹干净，然后用环氧水清洗孔壁;5)锚筋材料必须符合行业规范要求。

2.4.2 新旧混凝土接驳施工技术

将既有混凝土结构表面凿毛，对表面打成沟槽，沟槽深度为10mm，间距不大于200mm，并将既有混凝土结构的棱角打掉，同时除去浮渣、尘土。为了使结合面混凝土的黏结抗剪强度和黏结抗拉强度接近或高于既有混凝土结构本身强度，避免结合面过早开裂破坏，在浇筑新混凝土前，淋洒一层30%白乳胶水泥浆界面结合剂。

在新建结构框柱梁浇筑混凝土前，根据现场原位实验分析，严格控制混凝土水灰比，在1 m3混凝土掺加40 kg膨胀剂以尽量减小新混凝土的收缩及徐变。混凝土养护采用外覆薄膜包裹严密，以避免水分散失造成混凝土水化不充分及混凝土内外温差引起附加应力。混凝土浇筑施工选择在夜间列车停运期间，并保证在列车运营前混凝土达到初凝。

针对新旧混凝土弹性模量不一及新施作框柱梁混凝土收缩、徐变对既有框柱梁产生一定的影响，在混凝土浇筑前对混凝土通过力学实验获得弹性模量及应力－应变曲线。新框柱混凝土浇筑完毕后，在新旧混凝土面按图9所示两侧每侧布置8个外贴钢弦测点。在2年内监测分析新混凝土环框柱的内力和变形。在变形达到警戒值时，可采用加大截面加固、外包钢加固、粘钢加固等措施。

图9 框柱钢弦布置图(单位:mm)Fig.9 Arrangement of steel string of frame column(mm)

2.5 监控量测

运营地铁车站接驳施工中主要监测项目包括既有结构框柱和结构楼板的变形。

从深圳地铁3号线老街站换乘综合体工程中对运营地铁监测数据可以看出:站台楼板在施工过程中变形不明显，既有结构框柱沉降变形较小，整体趋势比较稳定。图10为框柱累计沉降变化最大点(2－DC1#)时程曲线图。

图10 2－DC1#框柱沉降变化时程曲线图Fig.10 Time-dependent curve of settlement of 2-DC1#frame column

3 实施效果

深圳地铁新建3号线老街站及换乘体与既运营车站接驳工程自2008年10月开始，至2009年5月结束。在整个施工过程中，利用在运营侧安装钢围蔽全封闭隔离，保证地铁运营不受干扰。在施工工艺中很好地将金刚石绳锯、液压金刚水钻相结合，有效地降低了施工噪音、减少了粉尘。另外，将施工区域与其他作业区域完全隔离，安排专人把守，做到必须有证才能进入施工区域。通过实时监控发现:结构缝开合度、轨道间距及走行轨横向差异沉降在整个施工过程中无明显变化，道床没有新增任何裂缝。整个施工工艺和防护措施均取得了成功。

在进度、效益方面，整体接驳工程有效地缩短了工期、节约了成本。

4 结论与讨论

本文以深圳地铁新建3号线老街站换乘综合体与运营地铁车站接驳工程为实例，对接驳过程中关键技术进行了研究。主要结论如下:

1)新建结构与运营地铁车站接驳工程施工关键在于保证地铁运营的安全。运用金刚石绳锯静力切割替代传统切割破除施工工艺，工作效率高、切割尺寸精确、操作简单，特别是被切割体成品规格明显，减少了破除、转运的附加投入。

2)在既有运营车站侧施作新建结构并与其刚性连接，主要意义在于对破除连续墙后的运营车站结构补强，减小运营车站结构变形。

3)深圳地铁3号线老街站换乘综合体工程在与既有结构“零距离接触”、与列车行驶界限仅有0.75 m的高风险条件下，通过合理科学组织、灵活运用金刚石绳锯静力切割等技术，有效地降低了施工噪音、减少了粉尘。整个施工工艺和防护措施取得了成功。

在本文的研究中对运营车站加固防护方面存在一定的片面性，对运营车站的监测也有一定的局限性，这些施工技术在以后类似工程中需要进一步探索完善，使其更具有推广价值。

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