已建成地铁区间改造成渡线区间的设计方案研究

2019-06-12中铁第六勘察设计院集团有限公司李昂邱术来

中国勘察设计 2019年5期

■ 中铁第六勘察设计院集团有限公司李昂邱术来

随着时代的发展，城市轨道交通的出现缓解了交通拥堵问题，为人们出行提供了极大的便利。但地铁线路一般建设周期较长，某些车站的建设可能由于周围环境限制、整体规划限制等因素造成工期的延误，致使全线可能因某一车站的原因而无法实现全线贯通，需分段运营管理[1][2]。针对此类情况，可采用在堵点车站前方增设单渡线或停车线的方式，以满足运营组织的需求[3][4]。本文以北京地铁14号线丽泽商务区站—菜户营站区间为研究背景，对该问题进行研究。丽泽商务区站与该区域地块统一规划建设，项目推进缓慢，而该区域其他车站及区间施作均已完成，原设计边界条件未设置折返线，该区域段不具备通车运营条件。在此情况下，有必要提出一种方法来满足这一区段车站的提前开通运营需求。

1.工程概况

1.1 区间概况

丽泽商务区—菜户营站区间为在建线，位于北京地铁14号线全线的南段，从丽泽商务区站起，基本呈东西走向，沿丽泽路南侧地下敷设，穿越莲花河及一座酒店建筑物，沿线道路交通较为繁忙，地面高程为42.88m～44.28m，区间左线全长709.007m，右线全长708.9m。区间平面由多条曲直线构成，纵向呈单面坡，线路间距为12m～19m。

区间隧道设计采用马蹄形断面、复合式衬砌，采用台阶法施工，标准断面尺寸为6.48m（宽）×6.57m（高）。

1.2 工程地质与水文地质

根据地质勘查报告，土层划分为人工堆积层、新近沉积层、第四纪沉积层以及第三纪沉积岩层四大类。区间范围内，由上而下土层主要为①1杂填土，①素填土，②1粉质黏土，②粉土，②3粉细砂，②5圆砾、卵石，⑤卵石—圆砾，⑦卵石。围岩分级除卵石、圆砾层为Ⅴ级外，其余均为Ⅵ级。潜水主要赋存于标高约25m～27m以下的砂、卵石层。区间穿越的地层主要以⑤卵石—圆砾、⑦卵石为主。

2.问题的提出

丽泽商务区站位于丽泽金融商务区开发地块内，由于地块整体工程推进缓慢，车站施工也相应滞后，以至于原计划开通运营的地铁线路不得不分段运营。按建设方以及社会各界对于运营服务范围扩大的需求，提出14号线中段通车至菜户营站的运营方案。但原线路设计方案中，菜户营站为标准岛式车站，车站两侧区间无配线，不具备提供分段运营折返的条件。经与各相关专业分析和研究，在尽可能降低工程难度及投资的前提下，丽泽商务区—菜户营站区间东侧具备不调整正线直接增设单渡线的线路条件，为实现列车折返功能，需要在既有结构上进行改造施工。

国内学者在既有区间改造方面做了多项研究[5]，魏峰、张晋毅[6]给出了利用既有的人防工程改造成地铁区间的设计原则与方法，彭智勇[7]对北京地铁3号线正在运营的盾构区间扩建地铁车站进行了研究，给出了扩建过程中应注意的技术措施。但对于修建完成的工程，还尚未交付运营使用，为了满足某种需求，需要对区间进行改造，改造方案的选择尤为重要。基于以上条件要求，为实现增加区间渡线的需求，分别提出采用明挖法和矿山法两种工法进行区间改造。

3.暗挖法改造方案

针对线路占地情况，可采用暗挖法进行区间改造。施工开挖工作面可在原区间内进行，由菜户营站出渣土，不需要增加地面临时占地面积。但需要改造的区段，左右线区间外皮宽度为19.7m，宽度较大，无法采用常规的横通道开马头门再施做区间大断面的方法。因此，本文提出采用“洞桩法”先施做三线段结构，再逐步向两侧扩挖，最终完成整个区间的改造（图1）。

具体施工顺序为：自区间右线开挖迂回导洞，并逐渐爬升，从单层挑高至双层，然后向区间隧道垂直方向开断面小导洞马头门，施做围护桩和冠梁，扣初支大拱，按逆作工序完成三线段二衬结构，然后采用“双侧壁导坑法”分别向两侧扩挖，循环进尺长度为0.5m，完成双线段区间结构，逐步按“CRD法”、“台阶法”完成剩余的单线扩挖结构，在开挖土体的同时破除既有结构，最后贯通左右线区间（图2、图3）。

该方案的难点在于暗挖工序转换较多、断面复杂多变、多次开马头门、风险较大。其中，三线段结构形式为“拱顶+直墙+平底”，结构尺寸（高×宽）为15.4×14.6m；暗挖大断面结构形式为“拱顶+曲墙+仰拱”，结构最大开挖尺寸（高×宽）为11.2×13.5m。（图2、图3）

4.明挖法改造方案

图1 暗挖法结构平面及施工方向图

图2 三线段结构横断面图

图3 三线段结构剖面图

当地面占地条件允许时，采用明挖法进行施工改造，同时在改造区间的过程中，可增设轨排井一座，满足前后区段铺轨的需求。基坑整体沿东西方向呈长条形，为异形变截面基坑，在尽量规整基坑形状的前提下，将基坑分为以下4个部分（图4）：标准段（开挖宽度为7.65m）、渐变段（开挖宽度为7.65m～12.6m）、三线段（开挖宽度为20.6m）与轨排井段（开挖宽度为9.5m），整个基坑深约23.3m。

依据其工程特点，基坑为异形结构，其中支护体系的选择尤为重要。对于三线段处，基坑呈不闭合状，斜撑不易布设，且因下方既有区间的存在，区间上方施做的围护桩无法满足桩体嵌固深度，甚至基底位于桩端以下的情况，即“吊脚桩”，如图5、图6所示。吊脚桩桩底的稳定性是整个支护体系安全的难点，必须提供桩底足够的嵌固力，以防止桩端产生位移，造成基坑失稳。相关学者以土岩复合地层为边界条件，给出了基坑采用双排吊脚桩桩锚支护方式的变形与安全稳定性分析[8][9]。而本工程边界条件与其不符，本文在相关经验的基础上，对其进行优化与改进，提出了更适用于本工程的做法，同时采用《理正深基坑支护结构设计软件》进行验算，以满足规范要求。

图4 明挖法基坑平面布置图

具体做法包括：施作双排钻孔灌注桩、冠梁、连梁、挡墙等系统，然后按顺序分层依次向下开挖，同时按设计标高打设预应力锚索；挖至距桩底约3m处，预留部分土坡，在护坡土体上施做“L”形冠梁，随即打设预应力锚索，锁住脚部，然后继续向下开挖土体，土坡坡度1:0.2，挂双层钢筋网，喷射200mm厚C25混凝土，随即打设2道锚杆，完成对嵌固深度不足的桩体进行桩端土体加固，再向下开挖。最后对既有区间采用静力破除，根据顺筑法新建区间主体结构，同时与既有结构进行有效连接，保证区间的贯通（图5、图6）。