地鐵車站既有結(jié)構(gòu)破除施工技術(shù)研究

秦李林 郭連東

(1.太原市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，山西太原 030009;2.北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100176)

0 引言

隨著我國(guó)城市地下交通的迅速發(fā)展和城市地鐵的網(wǎng)絡(luò)化，必然會(huì)在地鐵施工中遇到地鐵結(jié)合與換乘問(wèn)題［1］。既有結(jié)構(gòu)破除工程一般具有施工組織復(fù)雜、技術(shù)要求高、風(fēng)險(xiǎn)大等特點(diǎn)。破除過(guò)程中一方面需保證地鐵正常運(yùn)營(yíng)，另一方面，整個(gè)結(jié)構(gòu)改造過(guò)程需控制既有運(yùn)營(yíng)地鐵車站的沉降變形。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)地鐵車站既有結(jié)構(gòu)破除的工藝研究尚處于發(fā)展的階段，既有結(jié)構(gòu)破除涉及的問(wèn)題主要有施工步序、破除后力系轉(zhuǎn)換、沉降控制等。這些具體問(wèn)題均有待進(jìn)一步研究［2-4］。

1 工程概況

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

北京地鐵西直門(mén)站換乘通道共有5處與既有地鐵車站結(jié)構(gòu)結(jié)合的部位。西環(huán)廣場(chǎng)地下一層換乘大廳存在一處需要進(jìn)行底板和側(cè)墻破除的工程，側(cè)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?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C35(抗?jié)B等級(jí)S8)，鋼筋采用HPB235和HRB335，全外包SBS防水卷材。

2 工程風(fēng)險(xiǎn)

既有結(jié)構(gòu)的破除問(wèn)題主要有以下幾個(gè)難點(diǎn):

1)破除結(jié)構(gòu)截面大。

換乘大廳破除側(cè)墻的尺寸為14.4 m×2.9 m，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，如果加固方式或拆除工藝不當(dāng)，預(yù)留結(jié)構(gòu)容易有較大的沉降變形，甚至發(fā)生嚴(yán)重的事故。

2)對(duì)保留結(jié)構(gòu)變形控制要求高。

拆除時(shí)，結(jié)構(gòu)中的鋼筋會(huì)發(fā)生應(yīng)力重分布，并對(duì)保留結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，須在施工前和施工過(guò)程中，對(duì)拆除結(jié)構(gòu)的施工流程、對(duì)保留結(jié)構(gòu)的變形控制等做好充分準(zhǔn)備，以減小因結(jié)構(gòu)拆除對(duì)保留結(jié)構(gòu)的變形值，確保新建結(jié)構(gòu)的質(zhì)量達(dá)到總體目標(biāo)。

3)新舊結(jié)構(gòu)結(jié)合部位處置要求高。

側(cè)墻和底板拆除后需要和新建通道結(jié)合，新舊混凝土節(jié)點(diǎn)部位的鋼筋處置對(duì)保留結(jié)構(gòu)的實(shí)體質(zhì)量影響較大。施工時(shí)，需對(duì)節(jié)點(diǎn)部位的結(jié)構(gòu)處理、鋼筋的二次張拉、端頭設(shè)置等采取有效措施，以保證新舊結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的處理達(dá)到預(yù)期效果。

3 施工工序與主要技術(shù)措施

破除施工工序見(jiàn)圖1。

圖1 破除施工工序圖

3.1 施工工序

根據(jù)工程的實(shí)際特點(diǎn)，針對(duì)破除結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，分別對(duì)保留結(jié)構(gòu)的加固、破除結(jié)構(gòu)的施工工藝、新舊混凝土節(jié)點(diǎn)處置、保留結(jié)構(gòu)的施工全過(guò)程監(jiān)測(cè)等進(jìn)行嚴(yán)格部署。

3.2 主要技術(shù)措施

既有結(jié)構(gòu)破除過(guò)程中，主要采取了以下技術(shù)措施，保證破除過(guò)程的安全性:

1)既有結(jié)構(gòu)的加固措施。

換乘大廳內(nèi)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)板支撐牢固，以確保結(jié)構(gòu)安全。

2)下部結(jié)構(gòu)施工。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況先施工暗挖段左右兩洞的地板結(jié)構(gòu)，并完成框柱下方的地板結(jié)構(gòu)。施工時(shí)預(yù)留加強(qiáng)環(huán)梁及上部結(jié)構(gòu)的錨固鋼筋。

3)上部結(jié)構(gòu)施工。

對(duì)應(yīng)暗柱及框柱部位的既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行破除，破除寬度1 m。破除施工采用無(wú)振動(dòng)靜力切割技術(shù)分塊進(jìn)行破除。按順序施工上部結(jié)構(gòu)底板(加強(qiáng)環(huán)梁)、上部結(jié)構(gòu)側(cè)墻同時(shí)施作暗柱、框柱。

4)在結(jié)構(gòu)與圍護(hù)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(jié)構(gòu)頂梁，并與既有結(jié)構(gòu)植筋連接。

5)既有結(jié)構(gòu)加固完成后，采用無(wú)振動(dòng)靜力切割，分步分塊拆除既有結(jié)構(gòu)側(cè)墻及底板混凝土，并架設(shè)臨時(shí)鋼支撐，做好受力轉(zhuǎn)換。

破除既有結(jié)構(gòu)中，側(cè)墻破除施工順序按照由右往左，由下往上依次進(jìn)行，如圖2所示。

圖2 側(cè)墻破除施工順序

底板在側(cè)墻完成后進(jìn)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(yàn)證施工工序的可靠性，采用MIDAS/GTS數(shù)值模擬分析軟件對(duì)工程的施工工序重點(diǎn)側(cè)墻及底板的拆除步序進(jìn)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(jì)算的目的是驗(yàn)證所提出施工工序的可靠性，需要對(duì)計(jì)算結(jié)果制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 內(nèi)部側(cè)墻及底板破除模型

當(dāng)既有結(jié)構(gòu)混凝土體的應(yīng)力小于混凝土極限拉應(yīng)力時(shí)認(rèn)為結(jié)構(gòu)是安全的，施工所采用的C35混凝土的極限抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1.57 MPa。

分析側(cè)墻及底板的拆除順序，為此將下部土體開(kāi)挖和側(cè)墻部分土體的開(kāi)挖合并為一步，重點(diǎn)研究側(cè)墻及底板的拆除步序。對(duì)各個(gè)階段的底板和頂梁兩處應(yīng)力最大的部位進(jìn)行應(yīng)力統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 側(cè)墻及底板破除階段頂梁最大應(yīng)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(kāi)挖過(guò)程中，在側(cè)墻和底板拆除過(guò)程中，既有結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力為1.48 MPa，應(yīng)力滿足C35混凝土極限拉應(yīng)力的要求，進(jìn)一步驗(yàn)證了該施工技術(shù)方案的可行性。

5 結(jié)語(yǔ)

既有結(jié)構(gòu)的破除是西直門(mén)換乘通道施工的一個(gè)難點(diǎn)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)。西環(huán)廣場(chǎng)地下一層換乘大廳既有結(jié)構(gòu)側(cè)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(guò)數(shù)值力系轉(zhuǎn)換模擬，選擇合理的破除方式，最后確定為側(cè)墻破除施工按照由右往左，由下往上依次進(jìn)行;底板在側(cè)墻完成后進(jìn)行，由中間向兩邊分塊破除的施工方案。施工過(guò)程中通過(guò)頂板和底板的嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)施工安全進(jìn)行，通過(guò)施工全程監(jiān)測(cè)，沉降值控制在允許的范圍內(nèi)。

［1］ 徐振廷.城市軌道交通線路設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)控制研究［J］.隧道建設(shè)，2012，32(2):117-122.

［3］ 張長(zhǎng)泰.換乘站施工破除既有車站結(jié)構(gòu)的力學(xué)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(xué)行為研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(3):69-72.