后建车站基坑开挖及区间近距离下穿既有车站安全技术措施研究

2019-09-10高玄涛

贵州大学学报（自然科学版） 2019年4期

高玄涛

摘要：本文以成都地铁某换乘站后建车站基坑开挖及区间近距离下穿既有地铁车站工程为背景，采用三维有限元方法分析研究后建车站基坑开挖及区间下穿对既有车站的叠加影响效应，重点研究后建工程实施对既有地铁车站结构及轨道的力学行为影响，提出切实可行的技术措施，并对施工全过程进行动态监测。研究结果表明：（1）应考虑后建车站基坑开挖及区间下穿对既有车站的叠加影响，以后建车站施工完成后的残余变形允许值作为区间下穿的控制标准;（2）后建车站基坑开挖卸载后，既有车站受偏压荷载发生扭转变形，后建车站支撑结构采用刚度较大的混凝土支撑，能有效控制既有车站的水平变形;（3）后建区间应尽量避免设置于既有车站柱下方，将支撑桩设置于既有车站柱下方，如不能将支撑桩设置于既有车站柱下方，应结合支撑桩实际受力状态进行设计;（4）后建工程实施后，支撑桩边桩轴压力增加2.6倍，应加强边桩设计。

关键词：

后建工程;既有车站;力学特性;技术措施;支撑桩

中图分类号：U231

文献标识码： A

随着城市轨道交通线网建设的不斷深入，换乘线路、换乘站越来越多，临近既有地铁车站进行后建地铁车站基坑开挖及区间下穿既有车站特别是近距离下穿既有车站也越来越多。对于两个站厅通道换乘车站，两站站厅层相互联通进行换乘，后期建设车站位于先期建设车站一侧，后期线路区间穿越先期建设车站。为了节约后期建设线路投资，后期建设区间基本是近距离下穿既有车站。换乘车站距离较近，后建车站基坑开挖期间改变既有车站区域应力平衡，使应力进行多次重分布，进而引起既有地铁车站产生附加应力及变形[1]。区间穿越既有车站区域，将进一步改变原有应力平衡，同时既有车站结构受力模式发生改变，如不提前采取措施，区间穿越后既有车站结构存在发生较大变形可能性，进而影响既有线车辆正常运营，甚至对后期建设区间结构安全造成不利影响。在后建地铁车站施工及区间穿越过程中，采取安全、经济、适用的处理措施成为地铁建设的关键问题。

国内外学者针对基坑开挖对临近既有地铁结构的影响和区间近距离下穿对既有车站的影响及相应处理措施进行了较多研究，主要是结合具体工程项目，采用现场监测、数值计算或模型试验等手段对后建工程在施工过程中的基坑开挖支护方案、地层加固措施等进行优化分析[2-8]。郭庆昊[9]等研究了盾构下穿北京地铁4 号线宣武门车站动态掘进过程中，车站底板处板凳-桩托护结构的受力、变形及稳定性情况，同时也对盾构施工给上层车站轨面及地表的竖向沉降和整体安全性的影响进行了分析;陶连金[10]等提出了盾构隧道穿越既有地铁车站结构安全的评估方法，并以某工程为例，通过数值计算，预测了该车站的变形量，分析了车站结构的安全性，提出了变形控制指标;于军[11]以北京地铁6号线东四站朝阳门站区间隧道零距离下穿既有5号线东四站为工程背景，在施工过程中开展数值模拟与现场监测相结合的研究工作，对隧道施工方案进行优化并总结分析零距离穿越施工对既有结构的影响;张保存[12]等以天津西站南广场基坑工程为例，通过数值分析方法对南广场基坑开挖过程进行了模拟，通过计算结果分析近接工程施工对既有地铁车站结构的影响。

已有的研究大多是针对临近基坑工程开挖或是区间下穿对既有地铁车站结构的影响进行分析，对于临近地铁车站基坑开挖及区间近距离下穿对既有车站的叠加影响效应研究较少。本文以成都地铁某换乘车站后建车站基坑开挖及区间近距离下穿既有地铁车站工程为背景，采用三维有限元方法对后建车站基坑开挖及后建区间近距离下穿引起的既有地铁车站的力学行为进行研究分析，提出相应安全技术措施，以确保既有地铁车站结构的内力及变形满足要求，并为后续类似工程提供参考。

1 工程概况

成都地铁5号线回龙站与11号线回龙站采用“T-型”站厅通道换乘。5号线回龙站为地下两层单柱双跨（局部双柱三跨）箱型框架结构，底板埋深约16.5 m。11号线回龙站为地下三层双柱三跨箱型框架结构，负一层与5号线站厅层联通进行换乘，负二层及负三层结构与5号线结构净距为5.9 m，与5号线车站临近侧底板埋深约26.95 m。11号线区间下穿5号线车站范围区间拱顶与5号线车站底板底距离最小为2.4 m、与底板下翻纵梁最小距离为1.49 m。换乘车站平面及剖面关系分别如图1、图2所示。

2 既有车站结构变形控制标准及安全控制措施

5 结论与建议

本文采用三维有限元方法分析研究了后建车站及区间施工对既有车站的影响，并在施工过程中对既有地铁车站结构及轨道变形进行全过程动态监测，主要结论如下：

（1）对于后建车站临近既有站进行施工及区间下穿既有车站，应考虑后建车站施工及区间施工对既有车站影响的叠加效应。

（2）后建车站施工，对既有车站水平变形及侧墙内力影响较大，故应采用刚度较大的混凝土支撑，以控制对既有车站的影响;下穿区间施工，对既有车站沉降及底板内力影响较大，因此在施工过程中严格控制盾构掘进参数，盾构通过后及时同步注浆，并注意控制同步注浆量与注浆压力。

（3）采用本项目的技术措施，工程实施后，既有车站结构最大变形值为2.6 mm，既有车站道床最大沉降值为-2.57 mm，横向差异沉降累计最大-1.58 mm，纵向差异沉降累计最大1.5 mm，均满足限值要求。

（4）在方案研究及设计过程中，应尽量避免后期实施区间设置于既有车站柱下方，将支撑桩设置于既有车站柱下方;如有其它因素影响而不能将支撑桩设置于既有车站柱下方时，应注意支撑桩的受力效应。

（5）后建车站位于既有车站一侧，后建车站实施，会引起既有车站受偏压荷载，导致向后建车站侧发生扭转变形，同时区间施工引起地层发生竖向沉降，导致支撑桩边桩轴力值增加2.6倍，中间桩轴力减少，因此在设计过程中应对边桩及中间桩分别设计，做到“安全、经济、合理”。

参考文献：

[1]高盟，高广运，冯世进，等. 基坑開挖引起紧贴运营地铁车站的变形控制研究[J].岩土工程学报， 2008，30（6）：818-823.

[2]姜景山，陈浩，张洪威. 崇文门车站下穿地铁既有线施工变形控制措施[J].铁道标准设计，2005（10）：85-88.

[3]吴海洋. 北京地铁新线车站穿越既有地铁车站影响及安全控制措施研究[D].北京：北京交通大学，2012.