孫 朋/SUN Peng

（上?？辈煸O(shè)計研究院（集團）有限公司，上海 200093）

上海地鐵是世界范圍內(nèi)線路總長度最長的城市軌道交通系統(tǒng)，截止至2021 年12 月，共設(shè)車站508 座，換乘車站共94 座。隨著城市持續(xù)建設(shè)與發(fā)展，上海市軌道交通換乘車站將日益增多，新建車站十字交叉換乘施工問題將會越來越多。

在該類型工程施工過程中，國內(nèi)外學(xué)者對十字交叉穿越既有車站的影響進行了模擬與研究。楊德春等[1]認為原單一的車站組合為線網(wǎng)中重要的換乘節(jié)點車站時，既有地鐵車站需要新建車站穿越其結(jié)構(gòu)，為確保既有車站安全，在設(shè)計與施工過程中需要進行關(guān)鍵的技術(shù)處理。黃祚瓊[2]通過廣州地鐵6 號線下穿2 號線實際案例，認為采用暗挖施工可以保證既有地鐵的正常運營。羅光財?shù)萚3]運用動態(tài)模擬方法對基坑開挖過程中既有車站的變形規(guī)律進行了分析。陶連金等[4]對既有車站結(jié)構(gòu)安全評估，認為風險等級為特級的車站結(jié)構(gòu)，底板豎向變形控制指標為15mm。許有俊等[5]采用數(shù)值模擬分析得出預(yù)埋樁基具有約束車站沉降變形縱向發(fā)展的作用。李世輝[6]通過有限元數(shù)值分析，得出基坑施工引起的附近既有車站結(jié)構(gòu)豎向變形中沉降最大變形量為+8.3mm。李培楠等[7]通過創(chuàng)建三維數(shù)值分析模型，對9 號線換乘通道下穿3 號線項目施工時進行了動態(tài)模擬，得出下穿既有車站時會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降的變形規(guī)律。陳孟喬等[8]通過檢測評估、模擬計算、安全檢算等，制定了既有地鐵結(jié)構(gòu)變形的控制標準。從以上研究中可以看出，目前對于既有車站豎向變形、水平位移變形的變形規(guī)律分析研究較少。

本文基于新建上海軌道交通13 號線東明路站實際案例，通過大量的實測車站豎向位移、水平位移等變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合新建車站實際工況與既有車站的空間位置關(guān)系，研究分析了十字交叉換乘地鐵車站深基坑開挖對既有地鐵車站變形特性，對以后類似工程項目施工影響的既有車站監(jiān)護監(jiān)測與分析具有一定的參考意義。

1 工程概況

1.1 新建東明路站項目概況

上海市新建軌道交通13 號線東明路站位于浦東新區(qū)東明路東側(cè)的成山路附近，新建車站為東西走向且位于成山路下方，與既有運營的軌道交通6 號線東明路站為“T”型換乘。新建車站東、西的兩側(cè)端頭井均設(shè)置為盾構(gòu)接收井，端頭井及標準段寬度分包約為26.8m、22.8m，車站全長約195m，總建筑面積約16059m2。新建13 號線東明路站與既有6 號線東明路站平面位置關(guān)系如圖1 所示。

圖1 新建車站與既有車站平面關(guān)系示意圖

1.2 新建車站與既有東明路站位置關(guān)系

既有軌道交通6 號線東明路站，為地下兩層雙柱三跨島式車站，車站站臺中心處頂板覆土厚度約為0.8m，底板埋深約13m，車站全長約167m，寬度約為21～26m。既有6 號線車站在地下三層預(yù)留建設(shè)了13 號線換乘結(jié)構(gòu)，兩個車站為十字交叉狀，新建13 號線車站的基坑開挖深度比既有車站結(jié)構(gòu)深約8m，標準段與西端頭井開挖深度分別為20.3m、22.4m，車站底板位于第⑤1-1 層灰色黏土。既有6 號線東明路站與新建13 號線東明路站剖面圖如圖2 所示。

圖2 新建車站與既有車站剖面關(guān)系示意圖

1.3 新建東明路站基坑開挖概況

新建車站根據(jù)施工縫以及變形縫的位置，總共劃分為10 個基坑開挖分區(qū)；其中1 區(qū)為西端頭開挖基坑，2～8 區(qū)為標準段開挖基坑，9～10 區(qū)為東端頭開挖基坑。

基坑開挖首先從東端頭基坑開始，采取東向西分區(qū)+放坡臺階開挖、垂直方向分層開挖的方式。西端頭及標準段同期對稱開挖，西端頭井采取北向南分兩塊、垂直方向分層逐步開挖的方式，標準段西向東進行分區(qū)+放坡臺階開挖、垂直方向分層開挖的方式；同時為了確保既有車站安全，開挖面高差控制在2m 以內(nèi)。

2 既有車站豎向變形分析

2.1 豎向變形監(jiān)測點設(shè)置

結(jié)合新建13 號線工程特點及與6 號線的相對位置關(guān)系，確定既有車站豎向變形監(jiān)測點布置范圍為新進車站施工正對范圍約39m（D），兩側(cè)各向外延伸4 倍基坑挖深計89.6m（4h×2），上、下行線各計約218.2m。

豎向變形監(jiān)測點在施工正對范圍內(nèi)按約5m的間距布設(shè)，延伸范圍內(nèi)按約10m 間距布設(shè)，洞口位置加密布設(shè)。既有車站隧道豎向變形監(jiān)測點設(shè)置示意圖如圖3 所示。

圖3 隧道豎向變形監(jiān)測點布置示意圖

2.2 基坑開挖及回筑階段豎向變形規(guī)律分析

新建13 號線東明路站從2016 年4 月16 日進行表層土開挖及首撐施工，2017 年8 月3 日標準段及端頭井基坑開挖工作完成，2017 年8 月20日標準段及端頭井基坑底板澆筑完成，新建車站于2017 年11 月2 日完成結(jié)構(gòu)封頂。

在新建軌道交通13 號線車站基坑開挖期間，上行線SX11～SX16（25m）、下行線XX11～XX18（35m）接近或超越了報警線。因開挖引起上、下行線豎向變形的長度均達到了約130m（測點08～25），根據(jù)新建車站的正投影范圍（約為39m），西端頭井的開挖深度（約為22.4m），推斷出新建車站基坑開挖影響既有車站范圍：投影范圍加上兩側(cè)2 倍基坑開挖深度（D+2h×2）。

在西端頭和標準段同期對稱開挖期間，既有6 號線東明路站兩側(cè)對稱卸載，導(dǎo)致車站上抬，至基坑開挖結(jié)束，上、下行線豎向位移上抬量分別達到+5mm、+8mm；根據(jù)《上海市城市軌道交通結(jié)構(gòu)監(jiān)護測量規(guī)范》要求報警值為：±5mm，既有車站豎向變形輕微超過報警值。

根據(jù)上述施工情況，現(xiàn)將各階段上、下行線道床沉降曲線整理如圖4 所示。

圖4 上下行線主要施工節(jié)點實測豎向變形曲線

從典型點歷時曲線可以看出，在基坑開挖期間，既有6 號線車站因側(cè)方卸載的緣故，豎向變形呈明顯上抬趨勢。在大底板施工、地下結(jié)構(gòu)回筑期間，既有6 號線車站因側(cè)方加載的緣故，豎向變形呈明顯下沉趨勢，在回筑完成后，車站豎向變形基本回落至初始狀態(tài)，最終累計變形量在0～-2mm 以內(nèi)。

地鐵車站十字交叉施工，兩側(cè)對稱開挖后再進行結(jié)構(gòu)回筑，使得既有車站經(jīng)歷了側(cè)方卸載與加載的過程，從而可以控制既有車站的最終豎向變形。

消除樁基圍護施工期間引起的上、下行線豎向變形差異沉降后，既有6 號線東明路站上、行線車站豎向變形趨勢變形走勢吻合度極高，相似率高達99%。結(jié)合以上情況，現(xiàn)將各階段上、下行線車站沉降典型特征點歷時曲線整理如圖5 所示。

圖5 上下行線典型豎向變形歷時曲線

2.3 既有車站抗拔樁位置豎向變形規(guī)律分析

新建13 號線車站主體結(jié)構(gòu)在施工完成后，緊接著工程進行車站頂部道路修造，1 號出入口、3 號出入口及部分風井等附屬設(shè)施的建設(shè)工作，最終于2018 年9 月9 日項目全部施工完成，2019年5 月26 日項目后期跟蹤監(jiān)測結(jié)束。

軌道交通6 號線車站設(shè)置有抗拔樁，其中在車站中心、新建13 號線施工正對區(qū)域位置有一排抗拔樁，而其位置車站豎向變形最大，特對該位置豎向變形數(shù)據(jù)進行分析與研究。通過上節(jié)數(shù)據(jù)及曲線圖發(fā)現(xiàn)，抗拔樁（監(jiān)測點15、16 號中間）位置，上、下行線豎向變形上抬趨勢與周圍變形趨勢一致，即上抬變形在抗拔樁位置基本不受影響，但在車站豎向變形表現(xiàn)出下沉時表現(xiàn)出不易下沉的情況。通過實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在抗拔樁影響豎向變形范圍為20m，現(xiàn)將各階段上、下行線豎向沉降變形曲線整理如圖6 所示。

圖6 主要施工節(jié)點實測豎向變形曲線

從上述主要節(jié)點數(shù)據(jù)中抓取出近抗拔樁位置的監(jiān)測點繪制典型曲線，從典型點歷時曲線可以看出，抗拔樁位置豎向變形在下沉時表現(xiàn)出抗沉的特性。周邊不受抗拔樁影響的測點最大下沉量為-6.3mm 時，抗拔樁位置測點最大下沉量僅為-2.7mm。現(xiàn)將上、下行線位移典型特征點歷時曲線整理如圖7 所示。

圖7 抗拔樁位置測點典型豎向變形歷時曲線

3 既有車站水平位移變形分析

3.1 水平位移監(jiān)測點設(shè)置

結(jié)合新建13 號線工程特點及與6 號線的相對位置關(guān)系，確定水平位移監(jiān)測點布置范圍為施工正對范圍約39m（D），兩側(cè)各向外延伸1 倍的基坑挖深約22.4m（1h×2），上、下行線各計約83.8m。

水平位移監(jiān)測點在施工正對范圍內(nèi)按約5m 的間距布設(shè)，延伸范圍內(nèi)按約10m 間距布設(shè)。既有車站水平位移變形監(jiān)測點布置示意圖如圖8 所示。

圖8 隧道豎向變形監(jiān)測點布置示意圖

3.2 基坑開挖及回筑階段水平位移變形規(guī)律分析

根據(jù)上述施工階段情況及實測數(shù)據(jù)進行分析，既有6 號線車站在東西兩側(cè)均受施工影響，故上、下行線水平位移總量較小，均未超過報警值±5mm。水平位移布點兩側(cè)各向外延伸1 倍基坑挖深（1h），但從監(jiān)測數(shù)據(jù)看出線路的首尾兩端位移變形雖比施工區(qū)域變形小，但變化量也達到+2mm，所以實際施工影響范圍要大于現(xiàn)布點監(jiān)測范圍?，F(xiàn)將各階段上、下行線水平位移曲線整理如圖9所示。

圖9 上下行線主要施工節(jié)點水平位移變形曲線

從典型點歷時曲線可以看出，因新建13 號線車站標準段在既有6 號線車站東側(cè)、端頭井在其西側(cè)，標準段基坑開挖面積遠大于端頭井，施工期間上、下行線水平位移均為向東偏移。將上、下行線典型特征點歷時曲線整理如圖10 所示。

圖10 上下行線典型水平位移變形歷時曲線

4 結(jié)論與建議

本研究基于上海市軌道交通13 號線東明路站新建施工期間既有6 號線東明路站監(jiān)護監(jiān)測項目，結(jié)合現(xiàn)場實際測量成果，對十字交叉地鐵車站施工影響既有地鐵車站變形特性進行分析，得到的主要結(jié)論如下。

1）因基坑開挖（側(cè)上方卸載）及地下結(jié)構(gòu)施工（側(cè)上方加載）影響，上、下行線道床沉降在施工正對區(qū)域呈明顯的先上抬后下沉的趨勢。

2）地鐵車站十字交叉施工，兩側(cè)對稱開挖后再進行結(jié)構(gòu)回筑，可以控制既有車站的豎向變形。

3）地鐵車站十字交叉施工影響豎向變形范圍，為投影范圍+兩側(cè)2 倍基坑開挖深度（D+2h×2）。

4）既有6 號線車站因在車站中間抗拔樁的存在，上、下行線沉降在其位置附近上抬變形與周圍一致，但在下沉變形時表現(xiàn)出“抗沉”的特性。

5）既有車站水平位移在布設(shè)監(jiān)測點時，兩側(cè)各向外延伸1 倍基坑挖深（1h）無法滿足監(jiān)測需求，建議增加監(jiān)測點布設(shè)監(jiān)測范圍，監(jiān)測范圍長度應(yīng)大于施工的投影范圍+兩側(cè)1 倍基坑開挖深度（D+1h×2）。

6）地鐵車站十字交叉施工（兩側(cè)對稱開挖）期間對水平位移影響較小，宜采用此類開挖方式指導(dǎo)類似工程施工。