既有地鐵車站暗挖擴建施工安全性影響研究

李桂鵬

摘要：隨著我國城市化進程逐步加快，為了緩解城市交通和空間壓力，地鐵建設(shè)是解決該問題的有效措施之一。在地鐵線網(wǎng)不斷擴容、調(diào)整時，后期線路與先期已運營的線路經(jīng)常出現(xiàn)換乘、接駁問題。由于新舊線路規(guī)劃的不同步、工程周邊環(huán)境條件復(fù)雜等原因，使得既有地鐵車站、區(qū)間的改造工程具有建設(shè)風(fēng)險高、技術(shù)難度大的特點，成為后期線路建設(shè)的工程重難點。

關(guān)鍵詞：既有地鐵車站;施工影響分析;暗挖擴建

1暗挖區(qū)間隧道下穿既有地鐵施工技術(shù)概述

1.1施工技術(shù)介紹

既有的1號線地鐵車站是南北方向分布的雙層的地下地鐵車站，采用了雙柱三跨箱型的體系結(jié)構(gòu)。在建的7號線則是呈東西分布與1號線垂直的三層地下雙柱三跨箱型的體系構(gòu)造。與1號線在該車站實現(xiàn)換乘。由于1號線建設(shè)完成后7號線的規(guī)劃尚未確定，所以造成未對7號線留有隧道下穿的施工區(qū)間。具體施工需要將原有的1號線的車站兩排車站立柱進行破除，且面臨著7號線施工時1號線處于正常運營時期的問題。因此有較大的施工難度，需要嚴格設(shè)計施工的具體方案。

1.2施工技術(shù)方案及施工步序

針對7號線暗挖區(qū)間隧道下穿施工難點，對所選用的施工技術(shù)的選用應(yīng)當(dāng)從技術(shù)的成熟度、工程造價、施工的安全性和對既有地鐵的影響等角度來全方位的考察。因此選用礦山法的施工方法，隧道的端面呈馬蹄形狀，復(fù)合襯砌，CRD工法。新建的軌道交通隧道支承構(gòu)架與既有地鐵車站的底部有兩米的間距，同時為防止出現(xiàn)塌陷的情況發(fā)生，選用了直徑為108mm的長管棚和直徑為42mm的小導(dǎo)管對隧道超前支承與防護，分期施工兩側(cè)的扯到，左右兩側(cè)線路間距16m。制定具體的施工步序如下：

第一步：對搭建的長管棚進行鉆工施工，并向管棚與鉆孔之前的間隙注入水泥漿，使水泥充滿整個空隙，保證管棚結(jié)實牢靠。

第二步：采用CRD法對隧道進行區(qū)塊劃分，總共分成4個區(qū)塊來開展下穿工程的施工，施工的具體原則是先左側(cè)后右側(cè)，先上后下對導(dǎo)坑進行施工，每個導(dǎo)坑之間間隔5m，直到隧道施工的終點位置。

第三步：對施工防水層的建設(shè)和再次的襯砌工作，應(yīng)當(dāng)在仰拱及臨時中隔壁未被拆除的情況下展開。

第四步：等到再次的襯砌工作完成并符合設(shè)計的要求后，展開對臨時仰拱及臨時中隔壁進行拆除工作。

1.3施工監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

統(tǒng)計不同施工時期的既有車站結(jié)構(gòu)的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，不同的監(jiān)測位置的數(shù)據(jù)表明，在暗挖區(qū)間隧道下穿施工中既有地鐵車站結(jié)構(gòu)和軌道的沉降范圍在4mm以下，保證了地鐵結(jié)構(gòu)和地鐵運營的位置變動范圍是處于安全的，對既有地鐵的運營不產(chǎn)生影響，另外數(shù)據(jù)顯示，在施工初期既有地鐵車站的已有1.5到1.8mm的升降量，分析可知主要是在鉆孔施工中導(dǎo)致地層的流失造成的。

2隆起突變問題及其影響

2.1三維有限元方面產(chǎn)生的變形

以三維地質(zhì)建模和三維結(jié)構(gòu)建模為前提，根據(jù)洞室的群造型和地質(zhì)狀態(tài)來確定形狀，并設(shè)計好三維有限元計算模型。工作時需要對巖體的物理力學(xué)參數(shù)有深入的了解，并結(jié)合開挖和支護工作開展來確定三維彈塑性數(shù)字模擬分析。完成這一分析后，若不采取相應(yīng)的保護措施，則構(gòu)造的最高位置是2.8cm。根據(jù)地鐵修建的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這一項目中結(jié)構(gòu)隆起數(shù)超出了標(biāo)準(zhǔn)，因此需要有關(guān)機構(gòu)采取相應(yīng)的保護措施。

2.2隧道豎向變形的影響因素

若項目周邊受力產(chǎn)生變動，則會產(chǎn)生豎向變形的問題，但是確定其內(nèi)力布局和變形特點有比較大的難度。在深入了解彈性地基梁的基礎(chǔ)上確定解析方式，能夠提高項目狀態(tài)與土體的適應(yīng)性，并更好地消除各種不良因素的影響。通過研究Winker的彈性地基模型理論不難知道，當(dāng)隧道地基上存在無限長梁結(jié)構(gòu)時，隧道的縱向變形、抗剪強度都會產(chǎn)生很大的變動，但通過對新車站周邊的土地進行加固操作，則土體強度可以顯著提升，還可以減少變形問題。施工地點水位的變化除了會使地基產(chǎn)生豎向變化，也會對抗剪力產(chǎn)生很大影響。所以，一定要處理好關(guān)鍵干擾壓縮，這樣才能夠很好地解決豎向變形問題。

3保護技術(shù)的具體落實

3.1科學(xué)確定襯砌建設(shè)流程

工程變形數(shù)的提升會導(dǎo)致工程上方卸載數(shù)有明顯的提升，所以，在對工程變形數(shù)數(shù)值有一個準(zhǔn)確的了解好，便能夠取得十分明顯的調(diào)節(jié)效果。實際進行地鐵項目的施工時，一定要結(jié)合建設(shè)流程做好調(diào)節(jié)工作。

3.2做好已有土體的加固工作

使用灌漿的方法能夠?qū)崿F(xiàn)新建車站底部的加固，加固過程中也不能忽略隧道附近土體的加固，這樣才能夠很好地提升新建車站底部以及隧道附近土體的抗剪強度指標(biāo)值。一般條件下，需要結(jié)合設(shè)計好的土體加固參數(shù)和土體加固施工這兩個方面進行加固處理。

3.3預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)置

進行預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)置工作時應(yīng)重點把握好以下兩點，即預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)的確定和預(yù)應(yīng)力錨桿的施工。確定預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)時，需要結(jié)合卸載的具體影響區(qū)域來確定。拉錨的一段應(yīng)該固定在初期支護底板上，錨桿應(yīng)呈現(xiàn)為梅花形，其間距為3m×3m，錨桿的長度為14m和9m兩種。在原有線區(qū)間側(cè)邊位置需要采用長錨桿進行車站的暗挖工作，暗挖車站的邊緣錨桿應(yīng)當(dāng)處于下向外側(cè)的下方，其他錨桿應(yīng)當(dāng)是垂直向下設(shè)置的。桿體的材料一般為2φ32鋼筋，錨桿總長都需要設(shè)置成固錨段，錨固體的直徑為20cm，錨桿軸向拉力值應(yīng)為229kN。錨桿注漿材料應(yīng)為水泥漿，并保證抗壓強度超過30MPa。

4暗挖區(qū)間隧道下穿既有地鐵施工安全分析

為了對施工安全進行分析，本文采用了Midas-GTS有限元的分析方法。首先建立了7號線與既有地鐵1號線的三維模型，然后將模型導(dǎo)入到Midas-GTS有限元分析軟件中，分析施工對既有地鐵1號線車站的升降、水平的移動分析計算，其中三維模型中X軸方向為7號線的隧道方向，Y軸則是1號線的車站方向。整個模型中X軸、Y軸、Z軸方向的長度分別為44m、60m和40m。分析計算中對模型的X方向、Y方向及底部施加法向的約束，而上表面無約束。整個模型的施工環(huán)境材料選用摩爾-庫侖理想彈塑性模型對巖土層進行仿真，既有地鐵車站及7號線在建隧道設(shè)置成彈性材料。擬仿真的施工步驟為三步，分別為施工左線隧道選用CRD施工方法，將馬蹄形斷面分成四個區(qū)塊進行初期的支護。采用相同的方法施工右線隧道初期支護，對二次襯砌結(jié)構(gòu)的施工。

5結(jié)語

綜上所述，要對已有線路上方及其附近的土體都進行加固操作，而且還要做好抗隆處理，這樣才能夠有效地降低變形問題的出現(xiàn)率。還可以借助自動化測試體系來確定變形狀態(tài)，這樣能夠更好地保證測試體系運行的穩(wěn)定性，為我國地鐵行業(yè)的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]陳文博.試論地鐵暗挖車站施工保護技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新，2015（4）：141-142.

（作者單位：中鐵三局集團有限公司）