既有地鐵車站增設連接通道技術研究

文｜廣州地鐵設計研究院有限公司 戴永興 何濤

1 引言

隨著全國各地軌道交通項目的持續建設，各大中城市地鐵線網的覆蓋范圍越來越廣，對于部分既有運營地鐵車站，經常會碰到隨著周邊地塊開發，需要進行改造增設連接通道的情況，這種近接工程必然會對既有地鐵結構的變形、受力帶來一些負面影響，本文以廣州宏城廣場連接APM線天河南一路站地下通道工程為例，對新增連接通道實施對既有軌道交通結構的影響進行了分析，分析結論對類似項目具有一定的借鑒意義。

2 工程概況

2.1 項目簡介

該項目為宏城官場地下室與APM天河南一站出入口相連接的地下通道工程。地處天河商業地段，在宏城西路與天河南一路交叉口的東北角。擬建設一地下通道將天河南一路站西側和車站出入口進行連接，并在天河南一路站北側和宏城廣場的負一層地下室之間建設起跨車站端頭礦山法隧道，并將車站東北側與宏城廣場的地下室相連接。通道全長約51m，基坑寬度6.0m～6.5m，基坑深度8.1m～8.3m，采用明挖順作法施工。項目平面示意如圖1所示：

項目具體信息如下：（1）新增連接通道圍護結構采用直徑800、間距1000的鉆孔樁，嵌固深度5m，基坑豎向設兩道（局部一道）內支撐，樁間采用直徑600旋噴樁止水；（2）既有APM天河南站為地下四層站，車站兩端接礦山法斷面，礦山法斷面采用復合式襯砌，內凈跨7.32m，初襯為噴射C25早強混凝土，厚350mm；二襯為C30防水鋼筋混凝土，P10，厚450mm；（3）宏城廣場為一大型號商場，三層地下室（位于APM線上方部分為一層地下室）。

圖1 項目平面示意圖

2.2 工程地質情況

場地地層自上而下為：1雜填土、3-2粗砂、 4-1粉質粘土、 5-1粉質粘土、5-2粉質粘土、 6全風化泥質粉砂巖、7強風化泥質粉砂巖、8中風化泥質粉砂巖；地下水位埋深2.7～2.9m。基坑深度8.131m～8.337m，場地的工程巖土技術參數見表1。

表1 工程巖土技術參數值

3 通道施工對既有地鐵結構影響分析

3.1 模型建立

本次分析采用MIDAS GTS軟件，地層-結構模型，模型尺寸取100m×100m×60m（長×寬×厚）。地層及圍護樁采用實體單元，墻體、隧道襯砌采殼單元，基坑橫撐用Beam 梁單元模擬，地面考慮20kPa 超載。分析模型見圖2。

圖2 分析模型示意圖

3.2 分析結果

根據設計方案，通道實施對既有地鐵結構的影響按以下步驟進行模擬：（1）初始應力分析，位移清零，獲取初始應力場；（2）進行既有地鐵結構（含隧道）的開挖與生成，初始位移清零；（3）基坑圍護樁施工；（4）開挖至深度2.4m位置，設置第一道支撐；（5）開挖至深度5.4m位置，設置第二道支撐；（6）開挖至深度8.3m(基坑底)位置。主要分析結構如下：

1、基坑開挖至2.40m計算結果

基坑開挖至2.40m后，既有APM車站主體結構最大彎矩為518.8kN·m，出入口結構最大彎矩為194.8kN·m，礦山法隧道最大彎矩為86.4kN·m，其中出入口彎矩增量最大，增量為13.5kN·m。

新建通道圍護結構最大總位移2.44mm，車站出入口最大總位移0.86mm，車站主體結構最大總位移為0.46mm，礦山法隧道結構的最大總位移量為0.26mm，相關位移云圖見圖3。

2、基坑開挖至5.40m計算結果

基坑開挖至5.40m后，既有APM車站主體結構最大彎矩為519.5kN·m，出入口結構最大彎矩為170.3kN·m，礦山法隧道最大彎矩為84.6kN·m，其中出入口彎矩增量最大，增量為-11kN·m。

新建通道圍護結構最大總位移5.47mm，車站出入口最大總位移1.77mm，車站主體結構最大總位移發生在地下一層位置，位移量為1.05mm，礦山法隧道結構的最大總位移量為0.56mm，其中基坑圍護結構位移增量最大，增量為3.03mm。

圖3 基坑開挖至2.4m時位移云圖

3、開挖至坑底8.30m計算結果

基坑開挖至8.30m后，既有APM車站主體結構最大彎矩為517.7kN·m，出入口結構最大彎矩為157.6kN·m，礦山法隧道最大彎矩為83.1kN·m，其中出入口彎矩增量最大，增量為-18.5kN·m。

新建通道圍護結構最大總位移4.00mm，車站出入口最大總位移2.36mm，車站主體結構最大總位移發生在負一層車站處，位移量為1.54mm，礦山法隧道結構的最大總位移量為0.85mm，其中其中基坑圍護結構位移增量最大，增量為-1.47mm。

3.3 新建通道與既有車站接口設計要點

由于既有車站結構設計時未預留接口，因此新建通道接入車站時需對接口部位進行改造，改造一方面要保證工程實施的安全性及建成后的使用功能，另一方面還要盡量減少對現狀地鐵運營的影響，接口實施要點如下：（1）出入口側墻開洞前應在出入口內部先設置臨時鋼管支撐；（2）墻體開洞應采用切割工藝施工，開洞前應以設計要求為準在墻體之上放出切割線的位置；在對墻體洞口進行切割的時候，需要將待切墻劃分成為0.5×0.5m的小塊，然后進行分段切割，需要注意的是所切割的每一塊重量不能過重，以方便切割和搬運。采用水鉆從中心位置開始向四周進行切割，總體的施工順序為從上至下進行切割。水鉆排孔切割后人工剔鑿擴展50mm，保留鋼筋；（3）最后施工接口位置梁柱等構件，實現通道連通。接口實施方案示意圖見圖4。

圖4 新增通道與車站接口實施方案示意圖

4 地鐵保護標準及施工監測情況

根據廣州地鐵保護相關要求，既有地鐵結構安全控制標準如下：（1）隧道水平位移＜15mm；（2）隧道豎向位移＜15mm；（3）軌向高差＜4mm；（4）-4mm＜軌間距＜+6mm。

在通道施工過程中，對通道正下方既有運營礦山法隧道采用自動化監測手段進行實時監測；對天河南一路站車站結構采用常規監測手段進行了監測，監測數據表明：施工過程中，既有礦山法隧道最大豎向位移2.36mm，最大水平位移1.96mm，軌向高差0.37mm，軌間距0.09mm；天河南一路站車站主體結構最大位移2.45mm；車站出入口最大位移3.22mm。

監測項目實測值比理論分析值略大，這可能與計算時巖土參數選取有關，可能是計算未能考慮施工期間其他因素的影響，但總的來講，各項目理論值及監測值均滿足地鐵保護要求。

5 結論

新增連接通道施工對既有地鐵結構位移影響較小，理論分析位移值略小于實測值，這可能與理論分析時巖土參數選取有關，也可能是因為計算時無法考慮施工期間其他因素的影響。但總的來講，只要嚴格按照設計方案施工，通道實施不影響既有地鐵結構安全。

隨著通道基坑開挖，既有地鐵結構自身受力也會發生變化，從計算結果看，車站主體結構和暗挖隧道結構內力變化較小，出入口結構內力變化較大，筆者分析這是因為由于車站為地下四層結構，體量較大，而出入口體量相對較小，對外部施工干擾更為敏感有關。

通道施工過程中，既有結構內力變化幅度均布超過5%，結構受力安全可控。