既有地鐵車站運營期間換乘改造施工技術

王其升

（中鐵十四局集團有限公司 山東濟南 250014）

1 引言

近年來，為了解決城市內(nèi)交通擁堵問題，城市軌道交通網(wǎng)格不斷被優(yōu)化，越來越多的既有地鐵車站需要有新線并入成為換乘車站。換乘車站作為軌道交通的重要節(jié)點，很多情況下在前期規(guī)劃中未能考慮到新線的建設，后期通過改變既有結構的方式對原車站進行改造，施工風險較大，對運營期間地鐵改造施工的技術進行研究具有重要的意義［1－2］。

邊振來［3］通過對實際工程案例對車站周邊現(xiàn)狀及預留換乘條件進行分析，結合車站特點，針對不同條件下地鐵車站換乘改造提出與其相適應的施工方案；李阿萌［4］通過從站位選擇、換乘方式、換乘流線組織等方面分析，對既有高架站與新建地下站換乘方案進行研究，以達到便捷換乘的目的；張彤松［5］通過對不同的4種工況進行分析，從清客工況、對應站臺寬度和客流組織方式等方面進行了分析，提出了小交路的T型地鐵換乘站合理施工方案；曹保剛［6］通過計算機仿真技術，分別對客流密度和一票換乘計算機系統(tǒng)，對換乘改造過程中出現(xiàn)擁堵的原因進行分析并提出改進方案；宋冰晶［7］通過對實際工程進行分析對未預留換乘條件情況下車站改造提出建議與思考；李儲軍等［8］通過有限元分析軟件對施工過程中力學行為進行分析，從而得到更為合理的施工方案，確保既有線路的運營安全；崔林釗等［9］通過對工程受力變形進行現(xiàn)場監(jiān)測，對地鐵換乘站坑中位移、變形規(guī)律進行總結；侯新宇等［10］通過有限元分析軟件探究坑趾系數(shù)α對支護結構以及周圍土體的變形規(guī)律并與施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比；韓同春等［11］在考慮土體粘聚力不同的條件下，推導出了4種不同的土壓力計算公式；田超［12］使用有限元分析軟件，結合灰色度 GM（1，1）模型，對隧道施工中的地表沉降量進行預測，同時進行精度等級劃分，從而獲取高精度的預測結果。

可以看出國內(nèi)外研究學者通過各種手段對地鐵換乘站的改造工程進行了較多的研究，但是針對于地下結構的改造，目前尚處于初步研究階段，已有的研究也是不全面和值得商榷的?；诖?，本文從監(jiān)控量測、數(shù)值分析以及安全保障措施等方面對既有地鐵車站運營期間換乘改造施工技術進行較為全面的總結。

2 工程概況

西安地鐵5號線南稍門站是線網(wǎng)修編走行路徑改變后新增的2、5號線換乘站，為實現(xiàn)2、5號線換乘功能，在既有2號線車站一側新建換乘大廳，破除站廳層部分側墻結構，新建站廳層與換乘大廳連接通道；新建2、5號線換乘通道，橫斷面位置關系見圖1。

圖1 換乘改造橫斷面位置關系

3 施工方案

改造施工的主要內(nèi)容有：結構破除、中板孔洞封堵、站臺板孔洞封堵、既有結構加固、新增樓梯結構施工、新增站臺墻結構施工等。

3.1 結構破除

結構破除涉及圍護樁破除、A口結構破除、2號線側墻結構破除、既有線中板及步梯破除。

圍護樁破除使用破碎錘進行分層破除，破除前在通道內(nèi)砌筑墻體，封閉通道接口，同時使用霧炮、灑水等降塵手段降塵，防止粉塵進入運營站內(nèi)。受地面交通條件限制，A口結構無法全部破除，需對部分結構進行保留，為保證結構破除時不會對結構保留部分產(chǎn)生震動，采用水鉆對結構進行切斷處理，在結構完全切斷后，使用破碎錘進行破除，預留鋼筋接駁區(qū)采用人工破除。

3.2 暗挖通道2號線側墻破除

側墻拆除以及側洞開挖應遵循“整拆成塊，邊挖邊撐”的原則，并且應及時完成加強圈梁的施工，確保既有結構穩(wěn)定并且承載體系轉換有效、變形協(xié)調(diào)，并在臨時支撐的支護下分3次施工。

（1）墻體破除

墻體破除主要內(nèi)容：①新做梁底500 mm下部分墻體應進行分段破除，破除柱位處全部墻體。②應在增強梁柱強度達到100%后進行破除，并進行臨時支撐。③施作梁結構，與先期施工梁完成接駁。④梁底剩余墻體應在新增混凝土強度達到100%后進行破除，并且割除臨時支撐體系與臨時型鋼。

（2）側墻破除施工方法

破除施工采用“水鉆切割、風鎬修整”工藝，中板防水處理時砌筑擋水墻，中板處涂刷防水涂料，同時在下方安裝防水雨布，并使用密封膠將雨布與側墻進行粘結。利用水鉆對2號線墻體密排開孔切割，預留鋼筋接駁區(qū)采用人工破除；水鉆施工中需安排人員及時對積水進行清理，減小中板滲漏水的風險。

3.3 既有結構中板及步梯破除

既有線內(nèi)結構破除主要考慮對施工區(qū)域外主體結構的保護，對運行期間乘客、車輛、設備的保護以及施工效率和破除物轉運效率。在中板下方搭建破除平臺，主要防止破除渣塊直接掉落，對站臺板產(chǎn)生損傷；對破除范圍內(nèi)的站廳及站臺進行圍擋全封閉處理，防止破除過程中造成碎塊飛濺對乘客及設備產(chǎn)生傷害，做好灑水降塵工作，在運營期間適當減少風鎬數(shù)量，降低噪聲影響。

3.4 暗挖通道施工

暗挖橫通道結構采用復合式襯砌、直墻平頂結構，隧道開挖采用CD法人工開挖，上臺階打設超前管棚、小導管，并注漿。留置核心土，核心土留置面積不小于開挖斷面的50%；開挖完成后及時完成初支施工，土體開挖完成3～5 m時進行下部土體開挖。每割除兩道臨時支撐，迅速施工防水，并及時原位恢復割除的臨時支撐后，依次施工最后進行襯砌。

3.5 新增樓扶梯施工

新增樓扶梯施工中主要涉及既有孔洞封堵、新增孔邊梁施工、既有梁加固等3個方面。站廳層中板需封堵孔洞共兩處，新增孔洞與原有孔洞重合部位，邊部存在15 cm空隙，同步進行封堵，封堵方式采用化學植筋后澆筑混凝土板。新增梁設置穿板箍筋穿透中板，與梁下層鋼筋封閉，并在板上層新增孔邊梁主筋。對新增孔洞范圍內(nèi)的中縱梁進行斷面加高處理，同時加強與框柱的連接。在縱梁底部增加20 cm的加強層，新增箍筋與原有箍筋連接，并在下排布置縱向主筋。

4 換乘改造施工穩(wěn)定性分析

考慮到乘客換乘的便捷性，對既有5號線進行換乘處理，換乘通道寬度為15 m，側墻開洞尺寸分別為5 m、7.5 m、15 m，采用有限元軟件MIDAS-GTS（NX）對施工期間穩(wěn)定性進行分析，并與現(xiàn)場監(jiān)測結果進行比對，驗證數(shù)值計算的準確性。

4.1 數(shù)值計算模型

模型長165 m，寬80 m，高35 m。模型底部采用固定邊界，除頂面外其余設置位移約束，數(shù)值計算模型見圖2～圖4。

圖2 換成改造數(shù)值計算模型（單位：m）

圖3 既有南稍門站數(shù)值計算結構

圖4 新建通道開挖支護計算模型

4.2 數(shù)值計算參數(shù)選取

既有結構與支護體系采用線彈性模型，巖土體采用修正莫爾庫倫屈服準則，考慮施工期間的時間效應，開挖與支護期間荷載釋放率采用35%與75%。地層分為6層，參數(shù)選取見表1、表2。

表1 各地層物理力學參數(shù)

表2 各結構體系物理力學參數(shù)

4.3 監(jiān)控量測布置情況

為全面掌握換乘改造期間基坑及既有建筑物安全，對本節(jié)點開展以下幾個方面的監(jiān)控量測：樁體、樁頂水平位移監(jiān)測、樁頂垂直位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測、地表沉降（隆起）監(jiān)測，詳細監(jiān)測點見圖5。為減少誤差，在監(jiān)測之前及監(jiān)測過程中，對監(jiān)測儀器進行檢查校準。

圖5 監(jiān)控量測平面布置

4.4 數(shù)值計算及監(jiān)測結果對比分析

通過模型建立以及參數(shù)選取，對西安地鐵5號線南稍門站進行數(shù)值計算，結合現(xiàn)場監(jiān)控量測結果，得出施工期間基坑圍護結構及周邊土體變形情況，下面通過數(shù)據(jù)對比，分析改造施工期間地表、圍護結構體系變形特點，見圖6～圖8。

圖6 典型斷面地表沉降數(shù)值計算與監(jiān)測對比

圖7 樁體水平位移數(shù)值計算與監(jiān)測對比

圖8 混凝土支撐軸力數(shù)值計算與監(jiān)測對比

通過分析地表沉降、支撐軸力以及樁體水平位移模擬結果和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)結果，曲線形態(tài)基本一致，同時還可以看出現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)與計算值產(chǎn)生一定的出入，造成這種現(xiàn)象的主要原因在于數(shù)值計算是在不考慮外界因素干擾條件下的計算結果，但在實際的深基坑開挖現(xiàn)場，會受到很多因素的干擾。綜合各種情況來看，計算結果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的變形曲線擬合度較高，驗證了數(shù)值計算的準確性。

5 結束語

西安地鐵2號線南稍門站換乘改造已順利施工完成并投入使用，我們總結出順利完成運營期間改造施工需要做到：（1）施工前優(yōu)化圍擋方案，以服務公共交通為出發(fā)點，滿足客流及消防安全需求；（2）施工中最優(yōu)工藝的選擇及相應的保障措施的落實，同時在施工中根據(jù)實際施工情況不斷優(yōu)化施工方案。