邻近地铁车站配套地下结构建造方案研究

弓广辉，卢艳伟，陈振溢，胡少斌，邹温胜

(1.北京城乡建设集团有限责任公司，北京 100079；2.北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044)

1 概述

地铁车站与配套的商业建筑实施一体化建设，并且采用无缝衔接的连接方式，能够吸引客流，并显著提高地铁车站周边的地下空间综合利用价值。这就要求配套的地下商业设施与地铁车站采用统一规划、分期施工的建造模式[1-7]，为此需要考虑地铁车站结构和配套地下结构施工之间的相互影响，并采取相应的控制措施。

北京地铁16号线稻香湖站为两层双柱三跨箱形结构地下车站，采用明挖法施工，围护结构为φ800 mm钻孔灌注桩。与该站配套的地下结构(商业设施)位于车站北侧，紧邻车站布置，也采用了两层双柱三跨箱形结构，明挖法施工，基坑围护结构为φ800 mm钻孔灌注桩，邻近车站一侧与车站共用围护桩。内支撑为3道钢支撑。第1道支撑在冠梁上，第2道设置在结构中板以上1.5 m，第3道设置在结构底板以上1.5 m。稻香湖站与配套地下结构位置关系见图1。

图1 配套地下结构与地铁车站位置关系示意

由于配套地下结构与地铁车站之间在负一层设置人防门及连通口，需要将两个结构之间的负一层共用围护桩大部分截除，并且为避免对地铁车站的运营干扰，要求在地铁车站投入运营之前完成共用围护桩的截除施工。因此本车站配套的地下结构建造方案必须以共用围护桩的截除作为关键工序。

2 原设计的配套地下结构建造方案

原设计方案是：配套地下结构为框架剪力墙结构，采用顺作法施工，待建造完成后，从地面向下分段逐层截除共用围护桩。这种建造方案的思路是：先进行配套地下结构的施工，再截除共用围护桩。其存在的最主要问题是：由于共用围护桩两侧的车站侧墙和配套地下结构侧墙已经形成，因此截桩施工作业空间的宽度只有1.17 m(桩径800 mm+车站侧墙外侧的砌块370 mm)，机械设备难以进入截桩作业面，主要依靠人工截除围护桩，施工效率低，截桩作业工期长。根据测算，在地铁车站投入运营之前，不可能完成配套地下结构的建造和共用围护桩的截除。因此配套地下结构建造必须与共用围护桩截除统筹考虑。

3 以提高共用围护桩截除效率为关键工序，提出的配套地下结构建造方案

如前所述，在配套地下结构建造过程中，对地铁车站运营产生影响的工序主要是共用围护桩的截除，因此必须以共用围护桩的截除为关键工序调整配套地下结构建造方案。为此，在充分利用了基坑开挖与支护的时空效应基础上[8-12]，提出如下的优化方案：先完成配套地下结构的负二层结构浇筑，然后将配套地下结构的负一层分3个单元建造：结构中段33 m宽的通风口部位作为一个独立单元，按下述的方案1先行施工；通风口两侧分别作为一个独立单元(图2)，按下述的方案2分段施工。

图2 配套地下结构的分段建造方案示意

3.1 配套结构通风口部位建造方案(采用方案1)

将与地铁车站相邻的配套地下结构负一层侧墙由剪力墙结构改为临时框架柱结构，另一侧负一层仍为框架剪力墙，主梁下设600 mm×1 200 mm框架柱，次梁下设600 mm×800 mm框架柱(图3)。

图3 通风口位置的一体化结构侧墙由框架剪力墙结构改为临时框架柱结构(单位：mm)

(1)完成配套地下结构负一层的临时框架柱结构施工以后，先从地面截除共用围护桩部位的冠梁(图4)。

图4 从地面截除共用围护桩部位的冠梁

(2)然后在配套地下结构的负一层临时框架柱之间截除共用围护桩(图5)。

图5 在配套地下结构负一层临时框架柱之间进行共用围护桩的截除

(3)待所有的共用围护桩截除后，再将负一层的临时框架柱结构恢复成框架剪力墙结构(图6)。

图6 待负一层的共用围护桩截除完成后，恢复配套地下结构的剪力墙

3.2 配套地下结构通风口两侧建造方案(采用方案2)

配套地下结构通风口两侧基坑开挖完成后，先完成负二层结构浇筑，然后分段拆除第1道、第2道钢支撑，并分段截除共用围护桩(图7)，共用围护桩截除后施作其负一层结构。

4 配套地下结构建造方案的施工力学机理分析

采用本文提出的配套地下结构建造方案，在实施过程中，将会造成中板结构的受力状态改变，为此，采用荷载-结构模型对不同方案的中板关键工况下受力情况进行对比分析。

数值模拟计算模型如图8所示。

图7 配套结构通风口两侧建造方案

图8 数值模拟计算模型

通风口部位的配套地下结构中板受力关键工况是：负二层结构施工完毕，并拆除第2道钢支撑后。

通风口部位两侧的配套地下结构中板受力关键工况是：负二层结构施工完毕，并拆除第1道、第2道钢支撑后。

[17] 杰里·布罗顿 林盛译，《十二幅地图中的世界史》[M]，杭州：浙江人民出版社,2016年，P48.

计算结果及分析如下。

(1)配套地下结构中板弯矩比较

图9分别为原设计方案和本文方案的中板典型截面弯矩分布。

(2)配套地下结构中板上缘应力比较

图10分别为原设计方案和本文方案的中板典型截面上缘应力分布。

图9 不同建造方案的中板弯矩比较

图10 不同建造方案的中板上缘应力比较

(3)配套地下结构中板下缘应力比较

图11分别为原设计方案和本文方案的中板典型截面下缘应力分布。

图11 不同建造方案的中板下缘应力比较比较

计算结果表明：

(1)不同建造方案下，配套地下结构的中板截面弯矩均分布在20～-10 kN·m；

(2)原设计的建造方案下，配套地下结构的中板截面上缘均处于受压状态。采用本文的建造方案，配套地下结构的中板截面上缘局部处于受拉状态，其中通风口两侧的建造单元由于在负一层结构浇筑之前，为了截桩需要，拆除了第1、第2道钢支撑，导致中板上缘承受的拉应力最大值达到1.4 MPa，但并未超出钢筋混凝土的整体抗拉强度；

(3)原设计的建造方案下，配套地下结构的中板截面下缘均处于受压状态；采用本文的建造方案，在通风口部位，配套地下结构的中板截面下缘也均处于受压状态，但在通风口两侧，配套地下结构的中板截面下缘局部处于受拉状态，最大拉应力值达到3.8 MPa，并未超出钢筋混凝土的整体抗拉强度。

5 配套地下结构建造过程中基坑北侧围护桩变形

在讨论截桩方案时，曾考虑整个配套地下结构与地铁车站的共用围护桩截除都采用方案2实施。但数值模拟计算表明：将整个基坑的第1、第2道钢支撑拆除后，围护桩变形将达到5.5 cm。为此，先拆除中段的第1、第2道钢支撑，然后施作负一层的框架柱结构，由于框架柱的约束作用，通风口两侧的基坑钢支撑拆除及共用围护桩截除后，基坑北侧围护桩向坑内的变形受到约束；基坑南侧的车站结构向坑内的变形也受到约束。图12为钢支撑拆除后，基坑北侧的围护桩变形实测曲线，围护桩累计最大水平变形值为27 mm。

图12 通风口两侧典型断面围护桩变形曲线

工程实践表明：采用本文提出的分单元建造方案，由于充分利用了基坑开挖与支护的空间效应，从而使得配套地下结构基坑北侧的围护桩水平变形得到有效约束，确保了基坑安全。

6 结论

(1)对地铁车站运营产生影响的工序主要是共用围护桩的截除，因此必须以共用围护桩的截除为关键工序调整配套地下结构建造方案，本课题通过研究提出：先完成配套地下结构的负二层结构浇筑，然后将配套地下结构的负一层分3个建造单元，分别采用不同的建造方案。

(2)结构中段33 m宽的通风口部位作为一个独立单元，将该段与地铁车站相邻的负一层侧墙由框架剪力墙结构改为框架柱结构(另一侧负一层仍为框架剪力墙结构)，主梁下设600 mm×1 200 mm框架柱，次梁下设600 mm×800 mm框架柱，并与负一层梁形成框架结构，这样可直接在框架柱之间进行共用围护桩的截除，完成截桩作业后，再将邻近地铁车站一侧的配套地下结构的框架柱转化为框架剪力墙。

(3)对于通风口两侧的配套地下结构，作为2个独立的建造单元，待配套地下结构的负二层施工完成且中板强度达到设计强度后，拆除基坑的第1道、第2道钢支撑，从地面往下依次分段进行截桩。由于此时配套地下结构的负一层尚未施作，因此可以使用大型的截桩设备，作业面多，施工效率高。待共用的围护桩全部截除后，再进行配套地下结构负一层的施工。

(4)对原设计建造方案和本文建造方案的配套地下结构中板受力分析表明：采用本文的分单元建造方案对中板弯矩、中板截面上缘应力、中板截面下缘应力等并没有产生明显的不利影响。围护桩的变形结果也表明：采用本文的建造方案能够满足围护桩的安全要求。

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