高玄濤

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(duì)既有車站的疊加影響效應(yīng)，重點(diǎn)研究后建工程實(shí)施對(duì)既有地鐵車站結(jié)構(gòu)及軌道的力學(xué)行為影響，提出切實(shí)可行的技術(shù)措施，并對(duì)施工全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。研究結(jié)果表明：（1）應(yīng)考慮后建車站基坑開挖及區(qū)間下穿對(duì)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(biāo)準(zhǔn);（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(zhuǎn)變形，后建車站支撐結(jié)構(gòu)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(yīng)盡量避免設(shè)置于既有車站柱下方，將支撐樁設(shè)置于既有車站柱下方，如不能將支撐樁設(shè)置于既有車站柱下方，應(yīng)結(jié)合支撐樁實(shí)際受力狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì);（4）后建工程實(shí)施后，支撐樁邊樁軸壓力增加2.6倍，應(yīng)加強(qiáng)邊樁設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：

后建工程;既有車站;力學(xué)特性;技術(shù)措施;支撐樁

中圖分類號(hào)：U231

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

隨著城市軌道交通線網(wǎng)建設(shè)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(jìn)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(duì)于兩個(gè)站廳通道換乘車站，兩站站廳層相互聯(lián)通進(jìn)行換乘，后期建設(shè)車站位于先期建設(shè)車站一側(cè)，后期線路區(qū)間穿越先期建設(shè)車站。為了節(jié)約后期建設(shè)線路投資，后期建設(shè)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(yīng)力平衡，使應(yīng)力進(jìn)行多次重分布，進(jìn)而引起既有地鐵車站產(chǎn)生附加應(yīng)力及變形[1]。區(qū)間穿越既有車站區(qū)域，將進(jìn)一步改變?cè)袘?yīng)力平衡，同時(shí)既有車站結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)存在發(fā)生較大變形可能性，進(jìn)而影響既有線車輛正常運(yùn)營(yíng)，甚至對(duì)后期建設(shè)區(qū)間結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)、適用的處理措施成為地鐵建設(shè)的關(guān)鍵問題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)基坑開挖對(duì)臨近既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響和區(qū)間近距離下穿對(duì)既有車站的影響及相應(yīng)處理措施進(jìn)行了較多研究，主要是結(jié)合具體工程項(xiàng)目，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值計(jì)算或模型試驗(yàn)等手段對(duì)后建工程在施工過程中的基坑開挖支護(hù)方案、地層加固措施等進(jìn)行優(yōu)化分析[2-8]。郭慶昊[9]等研究了盾構(gòu)下穿北京地鐵4 號(hào)線宣武門車站動(dòng)態(tài)掘進(jìn)過程中，車站底板處板凳-樁托護(hù)結(jié)構(gòu)的受力、變形及穩(wěn)定性情況，同時(shí)也對(duì)盾構(gòu)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(jìn)行了分析;陶連金[10]等提出了盾構(gòu)隧道穿越既有地鐵車站結(jié)構(gòu)安全的評(píng)估方法，并以某工程為例，通過數(shù)值計(jì)算，預(yù)測(cè)了該車站的變形量，分析了車站結(jié)構(gòu)的安全性，提出了變形控制指標(biāo);于軍[11]以北京地鐵6號(hào)線東四站朝陽門站區(qū)間隧道零距離下穿既有5號(hào)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(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的研究工作，對(duì)隧道施工方案進(jìn)行優(yōu)化并總結(jié)分析零距離穿越施工對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響;張保存[12]等以天津西站南廣場(chǎng)基坑工程為例，通過數(shù)值分析方法對(duì)南廣場(chǎng)基坑開挖過程進(jìn)行了模擬，通過計(jì)算結(jié)果分析近接工程施工對(duì)既有地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響。

已有的研究大多是針對(duì)臨近基坑工程開挖或是區(qū)間下穿對(duì)既有地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析，對(duì)于臨近地鐵車站基坑開挖及區(qū)間近距離下穿對(duì)既有車站的疊加影響效應(yīng)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(duì)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(xué)行為進(jìn)行研究分析，提出相應(yīng)安全技術(shù)措施，以確保既有地鐵車站結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(hào)線回龍站與11號(hào)線回龍站采用“T-型”站廳通道換乘。5號(hào)線回龍站為地下兩層單柱雙跨（局部雙柱三跨）箱型框架結(jié)構(gòu)，底板埋深約16.5 m。11號(hào)線回龍站為地下三層雙柱三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，負(fù)一層與5號(hào)線站廳層聯(lián)通進(jìn)行換乘，負(fù)二層及負(fù)三層結(jié)構(gòu)與5號(hào)線結(jié)構(gòu)凈距為5.9 m，與5號(hào)線車站臨近側(cè)底板埋深約26.95 m。11號(hào)線區(qū)間下穿5號(hào)線車站范圍區(qū)間拱頂與5號(hào)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(guān)系分別如圖1、圖2所示。

2 既有車站結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)及安全控制措施

5 結(jié)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(duì)既有車站的影響，并在施工過程中對(duì)既有地鐵車站結(jié)構(gòu)及軌道變形進(jìn)行全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，主要結(jié)論如下：

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

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

（3）采用本項(xiàng)目的技術(shù)措施，工程實(shí)施后，既有車站結(jié)構(gòu)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(jì)最大-1.58 mm，縱向差異沉降累計(jì)最大1.5 mm，均滿足限值要求。

（4）在方案研究及設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)盡量避免后期實(shí)施區(qū)間設(shè)置于既有車站柱下方，將支撐樁設(shè)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(shè)置于既有車站柱下方時(shí)，應(yīng)注意支撐樁的受力效應(yīng)。

（5）后建車站位于既有車站一側(cè)，后建車站實(shí)施，會(huì)引起既有車站受偏壓荷載，導(dǎo)致向后建車站側(cè)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，同時(shí)區(qū)間施工引起地層發(fā)生豎向沉降，導(dǎo)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(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)邊樁及中間樁分別設(shè)計(jì)，做到“安全、經(jīng)濟(jì)、合理”。

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（責(zé)任編輯：于慧梅）