后建車站基坑開挖及區(qū)間近距離下穿既有車站安全技術措施研究

摘 要：本文以成都地鐵某換乘站后建車站基坑開挖及區(qū)間近距離下穿既有地鐵車站工程為背景，采用三維有限元方法分析研究后建車站基坑開挖及區(qū)間下穿對既有車站的疊加影響效應，重點研究后建工程實施對既有地鐵車站結構及軌道的力學行為影響，提出切實可行的技術措施，并對施工全過程進行動態(tài)監(jiān)測。研究結果表明：（1）應考慮后建車站基坑開挖及區(qū)間下穿對既有車站的疊加影響，以后建車站施工完成后的殘余變形允許值作為區(qū)間下穿的控制標準;（2）后建車站基坑開挖卸載后，既有車站受偏壓荷載發(fā)生扭轉變形，后建車站支撐結構采用剛度較大的混凝土支撐，能有效控制既有車站的水平變形;（3）后建區(qū)間應盡量避免設置于既有車站柱下方，將支撐樁設置于既有車站柱下方，如不能將支撐樁設置于既有車站柱下方，應結合支撐樁實際受力狀態(tài)進行設計;（4）后建工程實施后，支撐樁邊樁軸壓力增加2.6倍，應加強邊樁設計。

關鍵詞：

后建工程;既有車站;力學特性;技術措施;支撐樁

中圖分類號：U231

文獻標識碼： A

隨著城市軌道交通線網建設的不斷深入，換乘線路、換乘站越來越多，臨近既有地鐵車站進行后建地鐵車站基坑開挖及區(qū)間下穿既有車站特別是近距離下穿既有車站也越來越多。對于兩個站廳通道換乘車站，兩站站廳層相互聯(lián)通進行換乘，后期建設車站位于先期建設車站一側，后期線路區(qū)間穿越先期建設車站。為了節(jié)約后期建設線路投資，后期建設區(qū)間基本是近距離下穿既有車站。換乘車站距離較近，后建車站基坑開挖期間改變既有車站區(qū)域應力平衡，使應力進行多次重分布，進而引起既有地鐵車站產生附加應力及變形[1]。區(qū)間穿越既有車站區(qū)域，將進一步改變原有應力平衡，同時既有車站結構受力模式發(fā)生改變，如不提前采取措施，區(qū)間穿越后既有車站結構存在發(fā)生較大變形可能性，進而影響既有線車輛正常運營，甚至對后期建設區(qū)間結構安全造成不利影響。在后建地鐵車站施工及區(qū)間穿越過程中，采取安全、經濟、適用的處理措施成為地鐵建設的關鍵問題。

國內外學者針對基坑開挖對臨近既有地鐵結構的影響和區(qū)間近距離下穿對既有車站的影響及相應處理措施進行了較多研究，主要是結合具體工程項目，采用現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)值計算或模型試驗等手段對后建工程在施工過程中的基坑開挖支護方案、地層加固措施等進行優(yōu)化分析[2-8]。郭慶昊[9]等研究了盾構下穿北京地鐵4 號線宣武門車站動態(tài)掘進過程中，車站底板處板凳-樁托護結構的受力、變形及穩(wěn)定性情況，同時也對盾構施工給上層車站軌面及地表的豎向沉降和整體安全性的影響進行了分析;陶連金[10]等提出了盾構隧道穿越既有地鐵車站結構安全的評估方法，并以某工程為例，通過數(shù)值計算，預測了該車站的變形量，分析了車站結構的安全性，提出了變形控制指標;于軍[11]以北京地鐵6號線東四站朝陽門站區(qū)間隧道零距離下穿既有5號線東四站為工程背景，在施工過程中開展數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測相結合的研究工作，對隧道施工方案進行優(yōu)化并總結分析零距離穿越施工對既有結構的影響;張保存[12]等以天津西站南廣場基坑工程為例，通過數(shù)值分析方法對南廣場基坑開挖過程進行了模擬，通過計算結果分析近接工程施工對既有地鐵車站結構的影響。

已有的研究大多是針對臨近基坑工程開挖或是區(qū)間下穿對既有地鐵車站結構的影響進行分析，對于臨近地鐵車站基坑開挖及區(qū)間近距離下穿對既有車站的疊加影響效應研究較少。本文以成都地鐵某換乘車站后建車站基坑開挖及區(qū)間近距離下穿既有地鐵車站工程為背景，采用三維有限元方法對后建車站基坑開挖及后建區(qū)間近距離下穿引起的既有地鐵車站的力學行為進行研究分析，提出相應安全技術措施，以確保既有地鐵車站結構的內力及變形滿足要求，并為后續(xù)類似工程提供參考。

1 工程概況

成都地鐵5號線回龍站與11號線回龍站采用“T-型”站廳通道換乘。5號線回龍站為地下兩層單柱雙跨（局部雙柱三跨）箱型框架結構，底板埋深約16.5 m。11號線回龍站為地下三層雙柱三跨箱型框架結構，負一層與5號線站廳層聯(lián)通進行換乘，負二層及負三層結構與5號線結構凈距為5.9 m，與5號線車站臨近側底板埋深約26.95 m。11號線區(qū)間下穿5號線車站范圍區(qū)間拱頂與5號線車站底板底距離最小為2.4 m、與底板下翻縱梁最小距離為1.49 m。換乘車站平面及剖面關系分別如圖1、圖2所示。

2 既有車站結構變形控制標準及安全控制措施

5 結論與建議

本文采用三維有限元方法分析研究了后建車站及區(qū)間施工對既有車站的影響，并在施工過程中對既有地鐵車站結構及軌道變形進行全過程動態(tài)監(jiān)測，主要結論如下：

（1）對于后建車站臨近既有站進行施工及區(qū)間下穿既有車站，應考慮后建車站施工及區(qū)間施工對既有車站影響的疊加效應。

（2）后建車站施工，對既有車站水平變形及側墻內力影響較大，故應采用剛度較大的混凝土支撐，以控制對既有車站的影響;下穿區(qū)間施工，對既有車站沉降及底板內力影響較大，因此在施工過程中嚴格控制盾構掘進參數(shù)，盾構通過后及時同步注漿，并注意控制同步注漿量與注漿壓力。

（3）采用本項目的技術措施，工程實施后，既有車站結構最大變形值為2.6 mm，既有車站道床最大沉降值為-2.57 mm，橫向差異沉降累計最大-1.58 mm，縱向差異沉降累計最大1.5 mm，均滿足限值要求。

（4）在方案研究及設計過程中，應盡量避免后期實施區(qū)間設置于既有車站柱下方，將支撐樁設置于既有車站柱下方;如有其它因素影響而不能將支撐樁設置于既有車站柱下方時，應注意支撐樁的受力效應。

（5）后建車站位于既有車站一側，后建車站實施，會引起既有車站受偏壓荷載，導致向后建車站側發(fā)生扭轉變形，同時區(qū)間施工引起地層發(fā)生豎向沉降，導致支撐樁邊樁軸力值增加2.6倍，中間樁軸力減少，因此在設計過程中應對邊樁及中間樁分別設計，做到“安全、經濟、合理”。

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（責任編輯：于慧梅）