地鐵分離島式車站鄰近橋梁風險分析及控制

摘 要：針對西安地鐵某分離島式車站周邊復雜的環(huán)境條件，分析了大跨度基坑穩(wěn)定性、暗挖站臺隧道施工安全、橋梁安全及穩(wěn)定性和橫通道群洞效應等工程風險點，研究了混合支撐體系、大管棚加固、防撞措施、施工降水和橫通道施工順序等重難點技術問題，為確保安全施工奠定了堅實的基礎。

關鍵詞：地鐵；車站；風險；措施

1 引言

地鐵地下車站因選址、周邊環(huán)境等因素制約，在設計時會采用分離島結構型式，在施工時需要針對安全風險，采取有效措施，保證施工及周邊環(huán)境安全。本文以西安地鐵某車站為例，通過分析車站鄰近東元橋的工程風險，研究和提出施工過程中的控制措施，為同類工程提供施工經驗。

2 工程概況及水文地質

2.1 工程概況

西安地鐵某車站位于東二環(huán)與含元路交叉路口的交通環(huán)島處，沿東二環(huán)南北向設置，需避讓東二環(huán)高架橋——東元橋。經調查，東元橋為簡支梁結構形式，單跨跨度30m，橋柱直徑1.6m，摩擦樁基礎，承臺長9.4m，寬3.5m，下設四根橋樁，樁長約40m，樁徑1.2m。根據周邊的具體工況，車站主體結構采用明暗挖結合的地下分離島式結構（如圖1所示），車站總長度為165.5m，明挖結構分布于東元橋東、西兩側，局部站臺采用礦山法暗挖結構，兩明挖結構中間由7個礦山法暗挖橫通道（2個斜通道、5個橫通道）相連，實現通風及通行功能。東側基坑長42.04m、寬11.5m、高18.8m，西側基坑長126m、寬3.85m、高18.8m，車站中心處頂板覆土約4.20m。

2.2 水文地質

車站范圍地面較平坦，勘探點地面高程介于402.63m～405.98m，地貌單元屬勞動公園黃土梁。車站場地內地層自上而下為：地表均分布有厚薄不均的全新統(tǒng)人工填土（Q4ml ）；其下為上更新統(tǒng)風積（Q3eol ）新黃土（含有飽和軟黃土）及殘積（Q3el）古土壤，再下為中更新統(tǒng)風積（Q2eol ）老黃土、沖積（Q2al ）粉質粘土、中砂及粗砂。地下潛水位埋深7.90m～12.00m之間，高程為393.11m～396.44m。車站主體結構持力層主要在老黃土層和粉質黏土層。

3 安全風險分析

經過多次現場調查和研究，主要工程風險有：

3.1 大跨度基坑穩(wěn)定性

為盡可能的減少車站施工對周邊環(huán)境的影響，車站采用了在西側設置外掛設備區(qū)的建筑布局。此方案有效縮短了車站明挖基坑的長度，將整個明挖基坑基本設置于交通環(huán)島內，極大減少了對交通的影響，但西側基坑寬度從20m增大到33.85m，加大了基坑支護的難度和風險。

3.2 暗挖站臺隧道施工安全

為滿足地鐵車輛?？啃枰?，除明挖主體結構站臺區(qū)域外，分別設置了120.96m（東側）和39.5m（西側）的暗挖站臺隧道。隧道標準斷面尺寸依次為寬8.25m、高8.36 m（東側）和寬8.7m、高9.45m（西側），采用CRD礦山法施工。因CRD工序中存在多次封閉轉換，部分隧道需下穿東二環(huán)主干道，且隧道側面距離橋樁較近，暗挖隧道自身施工安全成為需重點關注的問題。

3.3 橋梁安全及穩(wěn)定性

車站西側基坑距離橋柱最近處8m，東側基坑距離橋柱最近處2.8m，橋樁基距離暗挖站臺最近處2.23m，施工便道臨近橋柱。連接兩側站廳、站臺的7個暗挖橫通道在橋柱間東西向穿過。如何在施工過程中保證東元橋的安全，是本車站施工的難點。

3.4 橫通道群洞效應

為滿足車站使用功能，車站設置了7個暗挖橫通道。1、3、6號通道位于站臺層，5、7號通道位于站廳層，2、4號通道用于連接西側站廳和東側站臺。因為各通道水平間距平均值約為20m，在施工中如出現群洞效應，會加劇土體擾動，直接影響暗挖施工安全，進而給地表沉降控制、橋梁安全帶來不利影響。

4 風險控制措施研究

鑒于車站周邊環(huán)境復雜，需認真研究風險應對措施。

4.1 混合支撐體系研究

為加強基坑整體抗滑移和傾覆的能力，兩個明挖基坑可采用混凝土支撐（第一道）+鋼支撐（第二、三道）的混合支撐體系，增加支撐體系的強度和剛度。經計算可知，混凝土支撐寬600mm、高1000mm，水平間距6m；鋼支撐直徑600mm，水平間距3m的參數設置較為合理。施工時，可在土方開挖至第一道支撐設計底標高后，整體施作混凝土支撐。待混凝土支撐達到設計強度后，繼續(xù)進行土方開挖作業(yè)。為方便機械開挖及車輛運輸，經結構穩(wěn)定性驗算，可將車站西側基坑北端第一根混凝土支撐變更成為鋼支撐，達到提高土方開挖效率的目的。

4.2 大管棚加固研究

為加強站臺暗挖隧道施工安全，降低施工風險，在隧道上方 120 °范圍內全部采用大管棚加固。管棚采用管徑108mm，壁厚5mm的鋼管，環(huán)向間距30cm，外插角2～3°，鋼管內灌注1：1水泥水玻璃。由于加固長度較長，每根管棚可由多個管節(jié)組成。標準管節(jié)長度為3.5m，管節(jié)間用內套管聯結。在施工時每根大管棚中需間隔安裝一根長2.5m的短管節(jié)，保證同一斷面上的管接頭數不超過50%。

4.3 防撞措施研究

受到場地空間制約，明挖基坑施工便道只能設置在東元橋下，便道周邊有5個橋柱需要特別保護處理。為保證橋梁安全，需在橋柱周邊采用直徑108mm，壁厚5mm的鋼管設置防撞墩。當在橋面下方使用吊車或者混凝土泵車時，需安排專人進行旁站監(jiān)督，堅決杜絕因操作失誤發(fā)生撞擊橋柱的安全問題。

4.4 施工降水研究

本車站地下水位在7.9m～12.0m之間，地層中分布有中粗砂層，滲透系數大，水量豐富。通過對水文地質情況的分析，車站明、暗挖結構的施工降水需統(tǒng)一考慮。針對東元橋安全問題，根據地下水位變化情況，分析了水位下降引起地表附加應力增加，導致土體壓縮變形的問題。重點量化施工降水導致地面或者橋梁不均勻沉降的可能性。結合水文地質資料和西安地鐵一、二號線深基坑降水經驗，經過分析計算，雖然黃土間的孔隙水被抽排，但黃土的骨架強度高，土體因失水而壓縮變形的可能性較小。施工降水可采用直徑500mm的無砂混凝土管進行輕型井點降水。根據東、西側基坑的尺寸和水位降深，圍擋內共需設置29口降水井。其中3口兼做觀察井，西側8口井深為32m，其他井深均為35m。

4.5 橫通道施工順序研究

為避免因群洞效應對橫通道安全產生不利影響，在施工初期，需合理安排橫通道的施工順序。因5、7號橫通道位于站廳層，不受站臺暗挖隧道的施工影響，可在明挖主體結構施工完畢后，依次進行暗挖施工作業(yè)。剩余橫通道待站臺暗挖隧道施工完成后，按照先易后難的原則，采取間隔施工的方式，滿足安全和工期的要求。

5 效果評價

5.1 基坑工程監(jiān)測及結果分析

通過對明挖基坑周邊地面沉降、樁體變形、樁頂水平位移、鋼支撐軸力的監(jiān)測數據進行分析，基坑在施工期間監(jiān)測數據相對穩(wěn)定，各項監(jiān)測指標均未超過標準限制?；旌现误w系滿足施工要求，基坑安全處于受控狀態(tài)。

5.2 暗挖工程監(jiān)測及結果分析

通過對暗挖隧道上方地面沉降、拱頂沉降及洞內收斂的監(jiān)測數據進行分析，在暗挖初支施工過程中，各項數據發(fā)展平穩(wěn)，二襯施工時數據趨于穩(wěn)定。經現場施工驗證，大管棚加固措施起到了積極的效果。

5.3 降水對橋梁安全的影響分析

通過對施工范圍內6個橋柱沉降和傾斜的監(jiān)測數據分析，施工期間橋柱差異沉降最大值4.14mm，允許值為10mm，傾斜累計最大值為4.11mm，允許值10mm。由此可知，施工降水對橋梁安全的影響不大，橋梁處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結語

綜上所述，由于采取了混合支撐體系、大管棚加固、防撞措施及合理的降水方案，整個工程不僅降低了對周邊環(huán)境的影響，而且極大地控制了工程風險，達到了預期的目的及效果。

參考文獻：

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作者簡介：

陳千（1985年9月—），男，漢族，陜西城固人，碩士研究生，工程師，西安市地下鐵道有限責任公司，研究方向：地鐵建設施工管理。