近邻复杂建筑物的地铁车站施工安全管控措施研究

吉力此且

1成都理工大学（610059）2四川开放大学（610073）

0 前言

近10年，我国各大中城市的建设飞速发展，作为以地铁为主要代表的轨道交通正在各大城市加快建设。地铁以快捷、环保的运营方式解决了大城市人们出行难的问题。近邻城市地下车站的建筑物基础周围岩层在前期施工中已被扰动，若新建地铁车站施工引起周边既有建（构）筑物变形过大，则对既有建（构）筑物、人们的生命财产等安全造成严重威胁。随着各地城市轨道交通规划和建设速度的加快，新建的地铁车站不可避免地对近邻既有建（构）筑物产生影响。

蒋岿松[1]、王安东[2]、王洪林[3]、姜越[4]等针对我国城市轨道交通施工进行了安全风险管理的实践与探索，提出了一些关于城市轨道交通工程施工安全风险分析及应对措施，但研究范围过大，针对性和可操作性不强，且有关研究也缺少工程实例验证。多数类似课题研究主要以山岭隧道等工程经验推出相应的城市地铁安全管控措施，与城市地铁车站安全管控的实际情况有一定差距。

1 安全风险等级标准及风险接受准则

目前我国正处在前所未有的城市轨道交通建设高峰之中，但在地铁工程建设过程中，由于地下工程水文地质条件、建设中的技术方案和机械设备、周边环境（包括建筑物、道路和地下管线近接性）具有复杂性和不确定性。特别是在中心城区的地铁建设安全风险因素首当其冲要考虑的是，在整个建设周期过程中如何保证周边建（构）筑物和已开通线路运营的安全，这是整个工程中最具挑战性的。

根据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范（GB 50652—2011）》[5]规定，采用风险等级标准及风险接受准则:

本例地铁车站施工安全管控以工程建设阶段、规模、重要程度及风险管理目标等制定安全管控风险等级标准。

按照标准以长度在10 km以上的城市地铁单条线路为基本单位制定工程建设风险等级标准。

风险发生的可能性等级标准可采用频率或概率来表示，详见表1。

表1 风险发生可能性等级标准

风险损失等级标准按损失的严重性程度划分五级，详见表2。

表2 风险损失等级标准

根据风险发生的可能性、风险损失，将风险等级标准分为四级，详见表3。

表3 风险等级标准

根据风险等级标准采取相应的风险处置原则及控制方案，相应等级风险接受准则符合表4规定。

表4 风险接受准则

2 地铁车站与既有建（构）筑物的相互关系

以成都地铁8号线成华大道站为例，该车站位于二环路东三段道路东侧，岛式车站，南北布置，双柱三跨地下三层箱型框架结构，标准段宽度22 m，总长195 m。

2.1 工程地质与水文地质

地层自上而下依次为杂填土、黏土、稍密至中密卵石、强风化泥岩、最下层为中风化泥岩。车站地下三层侧墙部及以下均在中风化泥岩中。地下水和场地土对混凝土结构均无侵蚀性[6]。

2.2 地铁车站主体与近邻建（构）筑物关系

地铁车站东侧为仁和苑小区7层砖混结构住宅楼，房屋外挑窗户距车站主体结构边线2.11 m，距车站D号出入口1.74 m。东景丽B区12层框架结构商住楼，带一层地下室，基础采用高压旋喷复合地基基础，距车站主体结构外边线2.04 m，如图2所示。西侧近邻二环高架桥主桥，该段高架桥上部结构为预制混凝土箱梁，跨度为25 m简支梁，双柱门架墩，摩擦型嵌岩钻孔灌注桩，中间桥墩桩径1.5 m，西侧墩桩径1.2 m，桩长32 m，嵌入中风化泥岩层约3.5 m。车站主体围护桩距离高架桥及主桥桩基1.15 m，距离桥台0.65 m。

3 近邻周边建（构）筑物地铁车站安全管控措施

成都地铁8号线成华大道站安全管控措施，根据城市轨道交通地下工程建设风险管理规范中关于相应安全风险定级采取的管控措施，结合成都地铁工程施工中的实践经验，对近邻地铁车站的既有桥梁及房屋建（构）筑采取相应的措施予以管控[7]。

3.1 安全风险评估及管控措施

3.1.1 近邻既有二环高架桥

二环高架桥为简支小箱梁结构，桥高最低约7.14 m，桩基为1.2 m或1.5 m的摩擦型钻孔灌注桩，K匝道桩长20 m，主桥桩长32 m，桩基均深入岩层，既有主桥桩距离地铁车站主体围护桩0.7 m。风险等级评定为Ⅰ级，残留风险等级评定为II级。

3.1.2 近邻既有仁和苑居民楼

仁和苑居民楼为3栋7层砖混结构的住宅楼，基础为长9 m桩基，既有住宅楼基础距离新建地铁车站主体围护桩基坑2 m，距离B号出入口基坑2.3 m。风险等级评定为I级，残留风险等级评定为II级。

3.1.3 近邻既有东景丽苑B区商住楼

东景丽苑B区商住楼为1层地下室，埋深约4.1 m，筏板基础，高压旋喷桩复合地基，桩径700 mm，桩间距小于1.4 m×1.2 m，桩基长为7～9 m，桩底进入中密卵石层500 mm，车站主体围护桩距离既有建筑地下室外墙约1.09 m。风险等级评定为Ⅱ级，残留风险等级评定为III级。

根据以上近邻新建车站的既有建（构）筑实际，采取的管控措施为围护结构采用1.2@1.8 m的钻孔灌注桩,支撑体系采用桩+内支撑体系，5道支撑，第1道为临时钢管撑，第2、4道支撑为钢筋混凝土支撑，其余均为钢管支撑，坑外降水，加强监测。车站结构围护桩成桩前对既有高架桥桥墩四周进行注浆加固。桥下车站结构围护桩采用人工挖孔，以减小对既有桥梁桩基土体的扰动。

3.2 近邻地铁车站既有建（构）筑物保护措施

3.2.1 近邻车站的二环高架桥结构保护措施

根据既有高架桥距离新建地铁车站距离，按照6 mm的允许位移对车站基坑支护结构进行了加强处理，并在承台下围护桩内设置测斜管对桥梁位移进行监测与控制。既有高架桥基础保护及新建车站围护结构施工要严格按设计进行。围护桩成桩过程如图1所示。

围护结构采用半盖挖顶板兼做第1道支撑+3道钢支撑+1道混凝土支撑围护形式。另外在基坑开挖时，采用钢管隔离桩将桥墩与周边土体隔离，采用袖阀管在桩间进行注浆处理。

图2 主体基坑近二环高架桥桥桩段围护桩施工顺序图

3.2.2 基坑东侧仁和苑小区基础保护措施

仁和苑小区为7层砖混结构，基坑距离房屋外挑结构最小距离2.11 m，基础为浅基础。在围护结构设计时，需考虑其房屋荷载。对房屋基础周围预埋注浆管，在施工期间加强监测，跟踪注浆。

3.2.3 基坑东侧东景丽苑B区商住楼基础保护措施

东景丽苑B区商住楼为12层框架结构，有一层地下车库，基础采用筏板基础，地基为高压旋喷桩复合地基，高压旋喷桩桩径700 mm。主要保护措施如下:对靠近房屋处的围护桩进行加密，采用Φ1 200@1 800 mm的钻孔桩，以增加桩的刚度，减小变形。围护结构采用盖挖顶板兼做第1道支撑+3道钢支撑+1道混凝土支撑的支护形式。根据监测结果采取袖阀管跟踪注浆技术。

4 施工中对近邻既有建（构）筑物的影响数值模拟分析

运用Midas GTS软件，采用二维地层结构模型，模型宽度两侧各取基坑宽的三倍，地层模型两边网格采用限制水平位移的约束。该模型能满足无限土层模型的假设，在保证数值计算精度的前提下有效地控制了模型规模和提高数值分析速度[8]。

4.1 基坑近邻建（构）筑物影响分析

对深基坑邻近7层建（构）筑物进行数值模拟分析。计算模型如图2所示。

图2 计算模型

从图3、4的计算模型数值分析:近邻基坑侧建筑基础最大沉降量为3.9 mm，地表最大沉降为12 mm，最大水平位移为16.5 mm，房屋变形满足相关规范要求。

图3 施工完成后竖向位移

图4 施工完成后水平位移

4.2 车站施工对近邻二环高架桥的影响分析

二环高架桥桥面宽32.5 m，桥下净高7.41 m。根据8号线成华大道口站与桥梁设计单位协调，共用桩允许位移6 mm。

从图5、6的计算模型数值分析可知，围护桩位移值最大为6.02 mm，地面沉降值最大约为15 mm，根据二环高架桥梁设计单位要求及相关规范要求，二环高架桥桩基结构水平位移在允许范围内。

图5 施工完成后总位移

图6 地表沉降图

5 结语

文章以成都地铁8号线成华大道站安全管控措施研究为例，针对最不利的三个近邻工况地铁车站施工安全风险评估及管控措施，并运用midasgts有限元软件对地铁车站近邻建（构）筑物进行了数值模拟计算和分析，验证了所采取安全风险评价结果及管控措施的有效性和合理性。