既有地铁车站侧墙大面积开洞改造设计

2022-12-07郝敬力

交通科技与管理 2022年22期

郝敬力

（中铁上海设计院集团有限公司徐州设计院,江苏徐州 221000）

0 引言

地铁车站的原载客能力有限，当无法承载持续增长的客流量时，轨道交通线网总体化布局会进行相应调整。既有地铁车站会引入新线，越来越多的既有地铁标准车站会接入新线变成换乘车站。先期施工的车站往往未预留换乘条件或换乘条件不满足要求，势必需要对既有地铁车站进行改造[1]。在既有结构上开洞具有施工难度大、技术要求高、风险高等特点，既有结构破除涉及的问题主要有施工步序、破除后力系转换、新旧混凝土防水等[2-3]。杨德春、刘建国[4]认为，地铁车站结构侧墙局部开洞相当于把两侧部分变成柱体，破除改造施工前需要对既有结构进行加固，开洞处需要暗梁、暗柱，新增结构需要与原结构形成合理的受力框架体系，完成结构承载的平稳过渡。

目前国内外对既有地铁车站结构侧墙大面积开洞改造的工程实例较少，相关的理论研究和施工经验积累还不够深入和成熟。因此，对既有地铁车站的改造研究在今后城市地下空间的建设领域将会有越来越重要的意义[5-6]。

1 工程概况

某城市地铁2号线车站，沿道路东西向布置，车站为地下两层11 m岛式站台车站，标准段采用单柱双跨钢筋混凝土箱型结构形式，车站主体结构外包总长度为204.6 m，标准段宽度为18.3 m。车站主体结构已施工完成，轨道已铺设完成，顶板覆土已回填，市政管线已回填至顶板上方，线路尚未开通运营。随着城市轨道交通线网的调整，地铁2号线车站由标准2层车站调整为与地铁6号线进行换乘的换乘车站。由于前期规划设计地铁2号线车站未考虑接入新线，未预留换乘接驳条件，现需要对既有2号线车站进行换乘改造，以满足换乘要求。由于2号线车站主体施工已经完成，为减少地铁2号线换乘改造规模，既有地铁2号线车站与新规划6号线车站采用通道换乘形式。

新规划地铁6号线车站，南北向布置，与既有2号线车站垂直相交，为地下三层13 m岛式站台车站。标准段采用双柱三跨钢筋混凝土箱型结构形式，车站主体结构外包总长度为211.2 m，标准段宽度为22.3 m。换乘通道设置于地铁6号线车站北端，地铁6号线车站站厅层与既有地铁2号线车站站厅层通过换乘通道相连。为实现通道换乘，需要在既有地铁2号线车站站厅层结构侧墙大面积开洞，2号线车站站厅层结构侧墙破除尺寸为49 m×5.25 m，厚度为0.7 m。侧墙开洞改造范围如图1所示。

图1 地铁2号线站侧墙改造范围图

2 工程重难点

2.1 破除侧墙范围广

换乘通道破除侧墙的尺寸为49 m×5.25 m，大面积结构侧墙破除，需要设置临时加强支撑及后浇框架梁柱框架体系，支撑住既有结构顶板，确保顶板上部荷载能够顺利过渡、并进行有效传递。

2.2 上部荷载大、管线复杂

既有2号线车站顶板覆土约2.7 m，上方存在2根大直径自来水管（DN1200、DN600），车站顶板管线无管线改迁路由、顶板覆土无法卸载，侧墙破除过程中，需采用合理有效的措施，以减少结构不均匀变形带来的管线渗漏水风险。

2.3 新旧结构结合部分处理要求高

后浇框架梁与原有结构顶板后期会共同受力，结合部位应进行钢筋加强处理。新旧混凝土之间的施工缝应进行防水特殊处理。

3 侧墙大面积开洞改造设计方案

3.1 既有结构的临时支撑措施

既有结构侧墙凿除前需要设置必要的临时支撑，临时支撑采用钢筋混凝土斜撑，尺寸600 mm×600 mm，临时斜撑两端分别撑在既有结构顶板及侧墙上，既有结构支撑牢固，以确保结构安全。支撑水平间距为4 m，钢筋混凝土支撑施工时需对顶板和侧墙进行植筋。临时支撑横剖面及立面图如图2、图3所示。

图2 临时混凝土支撑横剖面图

图3 临时混凝土支撑立面图

3.2 新建框架梁、柱结构

根据换乘通道设计方案，既有地铁2号线车站结构侧墙破除后，新建六跨连续框架梁柱，为满足净空要求，新建框架梁截面尺寸为700 mm×1 000 mm下翻过梁，且梁柱交接处设置1 000 mm×500 mm腋角，新建框架柱尺寸为700 mm×1 200 mm。新建框架梁、框架柱立面图如图4所示。

图4 新建框架梁、框架柱立面图

3.3 设置临时钢筋混凝土封堵墙

地铁2号线车站先期运营，既有结构破除后，设置200 mm厚钢筋混凝土墙进行临时封堵，待6号线车站实施完成后，破除临时封堵墙后，即打开换乘接驳通道。

4 侧墙大面积开洞改造施工步序

（1）先进行临时混凝土支撑，支撑采用C35微膨胀混凝土。钢筋混凝土支撑植筋到顶板和侧墙上，植筋长度满足《混凝土结构后锚固技术规程》要求，待钢筋混凝土支撑达到设计强度后，进行结构侧墙凿除。临时支撑现场施工如图5所示。

图5 临时支撑现场施工图

（2）先破除既有结构顶板与侧墙交接处新建框架梁及新建框架柱范围内的原有混凝土，其余改造范围内的原有结构侧墙暂时保留，作为临时钢筋混凝土支撑的支座，确保顶板荷载传递到临时支撑上，最终传递到原结构侧墙上。先期破除结构侧墙范围如图6所示。

图6 先期破除结构侧墙范围图

（3）先期结构侧墙破除完毕后，绑扎框架梁及框架柱钢筋，凿除的顶板钢筋锚入新建框架梁内，与常规的侧墙破除改造方案相比较，该方案最大的优点在于后浇框架梁柱可以一次性整体浇筑完成，不需要预留过多施工缝。

待新建框架梁柱达到设计强度且满足承载力要求后，后期破除剩余墙体及临时混凝土支撑。后期破除结构侧墙范围如图7所示。

（4）为避免新旧混凝土接口处出现结构渗漏水，新旧混凝土之间需进行接缝防水处理。该工程新旧混凝土主要的接缝位置为新建框架梁、柱与既有结构顶板接缝处、结构侧墙开洞两端新建暗柱与原有结构侧墙接缝处。新旧混凝土衔接处采取以下措施进行防水处理：

1）既有车站结构侧墙破除后，需进行凿毛处理，表面清理干净，刷界面剂等。

2）新建梁柱混凝土结构均采用微膨胀混凝土，接缝处空隙可利用微膨胀混凝土的特性填充密实。

3）新旧混凝土接缝处设置遇水膨胀止水胶，同时预留注浆管，接缝处若出现渗漏水，可进行注浆处理。接缝处理大样图如图8所示。

图8 新旧混凝土接缝处理大样图

5 施工监测

5.1 施工监测的目的

现场施工监测是检验设计方案是否合理安全、施工方法是否正确的重要措施，既有车站结构破除改造不仅施工难度大，而且风险高。施工过程中，通过有效的监测手段，能够严密监测结构内力的变化，并根据监测数据，及时调整施工方案，确保轨道交通结构安全。

5.2 施工监测项目及监测结果

破除的既有2号线车站结构侧墙属于重大风险源，施工过程中对既有轨道交通结构的安全控制要求严格。既有车站结构侧墙破除施工过程中，结构顶板荷载传递到钢筋混凝土斜撑上，再传递到既有结构侧墙上。经过对既有车站结构侧墙监测数据分析，换乘节点既有结构顶板最大竖向变形为0.68 mm，结构顶板未出现裂缝，满足结构变形控制要求。