地鐵車站既有結構破除施工技術研究

秦李林 郭連東

(1.太原市住房和城鄉(xiāng)建設委員會，山西太原 030009;2.北京市政建設集團有限責任公司，北京 100176)

0 引言

隨著我國城市地下交通的迅速發(fā)展和城市地鐵的網(wǎng)絡化，必然會在地鐵施工中遇到地鐵結合與換乘問題［1］。既有結構破除工程一般具有施工組織復雜、技術要求高、風險大等特點。破除過程中一方面需保證地鐵正常運營，另一方面，整個結構改造過程需控制既有運營地鐵車站的沉降變形。目前國內外對地鐵車站既有結構破除的工藝研究尚處于發(fā)展的階段，既有結構破除涉及的問題主要有施工步序、破除后力系轉換、沉降控制等。這些具體問題均有待進一步研究［2-4］。

1 工程概況

北京地鐵西直門站是地鐵2號線、13號線和4號線三線換乘車站，為了緩解三線換乘過程中換乘設施通過能力不足的壓力，新建一個換乘通道。該通道用于13號線換乘2號線和4號線的客流，配合既有換乘設施可以使地鐵西直門站三線換乘實現(xiàn)單向客流組織。

北京地鐵西直門站換乘通道共有5處與既有地鐵車站結構結合的部位。西環(huán)廣場地下一層換乘大廳存在一處需要進行底板和側墻破除的工程，側墻的破除尺寸為14.4 m×2.9 m，厚度為0.7 m;底板的破除尺寸為8.2 m×5.35 m，厚度為0.8 m。頂板覆土厚度1.5 m。混凝土強度等級為C35(抗?jié)B等級S8)，鋼筋采用HPB235和HRB335，全外包SBS防水卷材。

2 工程風險

既有結構的破除問題主要有以下幾個難點:

1)破除結構截面大。

換乘大廳破除側墻的尺寸為14.4 m×2.9 m，風險等級為一級風險，如果加固方式或拆除工藝不當，預留結構容易有較大的沉降變形，甚至發(fā)生嚴重的事故。

2)對保留結構變形控制要求高。

拆除時，結構中的鋼筋會發(fā)生應力重分布，并對保留結構產生一定影響，須在施工前和施工過程中，對拆除結構的施工流程、對保留結構的變形控制等做好充分準備，以減小因結構拆除對保留結構的變形值，確保新建結構的質量達到總體目標。

3)新舊結構結合部位處置要求高。

側墻和底板拆除后需要和新建通道結合，新舊混凝土節(jié)點部位的鋼筋處置對保留結構的實體質量影響較大。施工時，需對節(jié)點部位的結構處理、鋼筋的二次張拉、端頭設置等采取有效措施，以保證新舊結構節(jié)點的處理達到預期效果。

3 施工工序與主要技術措施

破除施工工序見圖1。

圖1 破除施工工序圖

3.1 施工工序

根據(jù)工程的實際特點，針對破除結構的現(xiàn)狀，分別對保留結構的加固、破除結構的施工工藝、新舊混凝土節(jié)點處置、保留結構的施工全過程監(jiān)測等進行嚴格部署。

3.2 主要技術措施

既有結構破除過程中，主要采取了以下技術措施，保證破除過程的安全性:

1)既有結構的加固措施。

換乘大廳內結構支撐采用HW300×300型鋼，支撐端部焊接600 mm×600 mm厚度20 mm鋼板與既有結構板支撐牢固，以確保結構安全。

2)下部結構施工。

根據(jù)現(xiàn)場情況先施工暗挖段左右兩洞的地板結構，并完成框柱下方的地板結構。施工時預留加強環(huán)梁及上部結構的錨固鋼筋。

3)上部結構施工。

對應暗柱及框柱部位的既有結構進行破除，破除寬度1 m。破除施工采用無振動靜力切割技術分塊進行破除。按順序施工上部結構底板(加強環(huán)梁)、上部結構側墻同時施作暗柱、框柱。

4)在結構與圍護樁之間采用蒸壓加氣混凝土塊砌筑回填，后拆除豎井鋼支撐，施工結構頂梁，并與既有結構植筋連接。

5)既有結構加固完成后，采用無振動靜力切割，分步分塊拆除既有結構側墻及底板混凝土，并架設臨時鋼支撐，做好受力轉換。

破除既有結構中，側墻破除施工順序按照由右往左，由下往上依次進行，如圖2所示。

圖2 側墻破除施工順序

底板在側墻完成后進行，由中間向兩邊分塊破除。破除順序如圖3所示。

圖3 底板破除施工順序

4 施工工序數(shù)值模擬

為在理論上驗證施工工序的可靠性，采用MIDAS/GTS數(shù)值模擬分析軟件對工程的施工工序重點側墻及底板的拆除步序進行了施工階段數(shù)值模擬，模型如圖4所示。采用數(shù)值模擬計算的目的是驗證所提出施工工序的可靠性，需要對計算結果制定相應的標準。

圖4 內部側墻及底板破除模型

當既有結構混凝土體的應力小于混凝土極限拉應力時認為結構是安全的，施工所采用的C35混凝土的極限抗拉強度設計值為1.57 MPa。

分析側墻及底板的拆除順序，為此將下部土體開挖和側墻部分土體的開挖合并為一步，重點研究側墻及底板的拆除步序。對各個階段的底板和頂梁兩處應力最大的部位進行應力統(tǒng)計分析，結果如圖5所示。

圖5 側墻及底板破除階段頂梁最大應力變化曲線

按照前面研究的施工工序和施工方案，在下部、上部土體開挖過程中，在側墻和底板拆除過程中，既有結構的最大拉應力為1.48 MPa，應力滿足C35混凝土極限拉應力的要求，進一步驗證了該施工技術方案的可行性。

5 結語

既有結構的破除是西直門換乘通道施工的一個難點，風險等級為一級。西環(huán)廣場地下一層換乘大廳既有結構側墻和底板位置破除的范圍廣，形成的臨空面大，施工難度大。本工程中，施工前通過數(shù)值力系轉換模擬，選擇合理的破除方式，最后確定為側墻破除施工按照由右往左，由下往上依次進行;底板在側墻完成后進行，由中間向兩邊分塊破除的施工方案。施工過程中通過頂板和底板的嚴格監(jiān)測，指導施工安全進行，通過施工全程監(jiān)測，沉降值控制在允許的范圍內。

［1］ 徐振廷.城市軌道交通線路設計發(fā)展防線探討［J］.交通科技，2014(2):67.

［2］ 周清福.既有隧道破除改造沉降變形的施工風險控制研究［J］.隧道建設，2012，32(2):117-122.

［3］ 張長泰.換乘站施工破除既有車站結構的力學分析［J］.隧道與地下工程，2014，32(1):90-92.

［4］ 楊 崢.既有人防隧道改造為地鐵區(qū)間的施工力學行為研究［J］.鐵道標準設計，2012(3):69-72.