既有地鐵車站側(cè)墻大面積開洞改造設(shè)計

郝敬力

（中鐵上海設(shè)計院集團有限公司徐州設(shè)計院,江蘇 徐州 221000）

0 引言

地鐵車站的原載客能力有限，當(dāng)無法承載持續(xù)增長的客流量時，軌道交通線網(wǎng)總體化布局會進行相應(yīng)調(diào)整。既有地鐵車站會引入新線，越來越多的既有地鐵標(biāo)準(zhǔn)車站會接入新線變成換乘車站。先期施工的車站往往未預(yù)留換乘條件或換乘條件不滿足要求，勢必需要對既有地鐵車站進行改造[1]。在既有結(jié)構(gòu)上開洞具有施工難度大、技術(shù)要求高、風(fēng)險高等特點，既有結(jié)構(gòu)破除涉及的問題主要有施工步序、破除后力系轉(zhuǎn)換、新舊混凝土防水等[2-3]。楊德春、劉建國[4]認(rèn)為，地鐵車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻局部開洞相當(dāng)于把兩側(cè)部分變成柱體，破除改造施工前需要對既有結(jié)構(gòu)進行加固，開洞處需要暗梁、暗柱，新增結(jié)構(gòu)需要與原結(jié)構(gòu)形成合理的受力框架體系，完成結(jié)構(gòu)承載的平穩(wěn)過渡。

目前國內(nèi)外對既有地鐵車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻大面積開洞改造的工程實例較少，相關(guān)的理論研究和施工經(jīng)驗積累還不夠深入和成熟。因此，對既有地鐵車站的改造研究在今后城市地下空間的建設(shè)領(lǐng)域?qū)性絹碓街匾囊饬x[5-6]。

1 工程概況

某城市地鐵2號線車站，沿道路東西向布置，車站為地下兩層11 m島式站臺車站，標(biāo)準(zhǔn)段采用單柱雙跨鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)形式，車站主體結(jié)構(gòu)外包總長度為204.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為18.3 m。車站主體結(jié)構(gòu)已施工完成，軌道已鋪設(shè)完成，頂板覆土已回填，市政管線已回填至頂板上方，線路尚未開通運營。隨著城市軌道交通線網(wǎng)的調(diào)整，地鐵2號線車站由標(biāo)準(zhǔn)2層車站調(diào)整為與地鐵6號線進行換乘的換乘車站。由于前期規(guī)劃設(shè)計地鐵2號線車站未考慮接入新線，未預(yù)留換乘接駁條件，現(xiàn)需要對既有2號線車站進行換乘改造，以滿足換乘要求。由于2號線車站主體施工已經(jīng)完成，為減少地鐵2號線換乘改造規(guī)模，既有地鐵2號線車站與新規(guī)劃6號線車站采用通道換乘形式。

新規(guī)劃地鐵6號線車站，南北向布置，與既有2號線車站垂直相交，為地下三層13 m島式站臺車站。標(biāo)準(zhǔn)段采用雙柱三跨鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)形式，車站主體結(jié)構(gòu)外包總長度為211.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為22.3 m。換乘通道設(shè)置于地鐵6號線車站北端，地鐵6號線車站站廳層與既有地鐵2號線車站站廳層通過換乘通道相連。為實現(xiàn)通道換乘，需要在既有地鐵2號線車站站廳層結(jié)構(gòu)側(cè)墻大面積開洞，2號線車站站廳層結(jié)構(gòu)側(cè)墻破除尺寸為49 m×5.25 m，厚度為0.7 m。側(cè)墻開洞改造范圍如圖1所示。

圖1 地鐵2號線站側(cè)墻改造范圍圖

2 工程重難點

2.1 破除側(cè)墻范圍廣

換乘通道破除側(cè)墻的尺寸為49 m×5.25 m，大面積結(jié)構(gòu)側(cè)墻破除，需要設(shè)置臨時加強支撐及后澆框架梁柱框架體系，支撐住既有結(jié)構(gòu)頂板，確保頂板上部荷載能夠順利過渡、并進行有效傳遞。

2.2 上部荷載大、管線復(fù)雜

既有2號線車站頂板覆土約2.7 m，上方存在2根大直徑自來水管（DN1200、DN600），車站頂板管線無管線改遷路由、頂板覆土無法卸載，側(cè)墻破除過程中，需采用合理有效的措施，以減少結(jié)構(gòu)不均勻變形帶來的管線滲漏水風(fēng)險。

2.3 新舊結(jié)構(gòu)結(jié)合部分處理要求高

后澆框架梁與原有結(jié)構(gòu)頂板后期會共同受力，結(jié)合部位應(yīng)進行鋼筋加強處理。新舊混凝土之間的施工縫應(yīng)進行防水特殊處理。

3 側(cè)墻大面積開洞改造設(shè)計方案

3.1 既有結(jié)構(gòu)的臨時支撐措施

既有結(jié)構(gòu)側(cè)墻鑿除前需要設(shè)置必要的臨時支撐，臨時支撐采用鋼筋混凝土斜撐，尺寸600 mm×600 mm，臨時斜撐兩端分別撐在既有結(jié)構(gòu)頂板及側(cè)墻上，既有結(jié)構(gòu)支撐牢固，以確保結(jié)構(gòu)安全。支撐水平間距為4 m，鋼筋混凝土支撐施工時需對頂板和側(cè)墻進行植筋。臨時支撐橫剖面及立面圖如圖2、圖3所示。

圖2 臨時混凝土支撐橫剖面圖

圖3 臨時混凝土支撐立面圖

3.2 新建框架梁、柱結(jié)構(gòu)

根據(jù)換乘通道設(shè)計方案，既有地鐵2號線車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻破除后，新建六跨連續(xù)框架梁柱，為滿足凈空要求，新建框架梁截面尺寸為700 mm×1 000 mm下翻過梁，且梁柱交接處設(shè)置1 000 mm×500 mm腋角，新建框架柱尺寸為700 mm×1 200 mm。新建框架梁、框架柱立面圖如圖4所示。

圖4 新建框架梁、框架柱立面圖

3.3 設(shè)置臨時鋼筋混凝土封堵墻

地鐵2號線車站先期運營，既有結(jié)構(gòu)破除后，設(shè)置200 mm厚鋼筋混凝土墻進行臨時封堵，待6號線車站實施完成后，破除臨時封堵墻后，即打開換乘接駁通道。

4 側(cè)墻大面積開洞改造施工步序

（1）先進行臨時混凝土支撐，支撐采用C35微膨脹混凝土。鋼筋混凝土支撐植筋到頂板和側(cè)墻上，植筋長度滿足《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》要求，待鋼筋混凝土支撐達到設(shè)計強度后，進行結(jié)構(gòu)側(cè)墻鑿除。臨時支撐現(xiàn)場施工如圖5所示。

圖5 臨時支撐現(xiàn)場施工圖

（2）先破除既有結(jié)構(gòu)頂板與側(cè)墻交接處新建框架梁及新建框架柱范圍內(nèi)的原有混凝土，其余改造范圍內(nèi)的原有結(jié)構(gòu)側(cè)墻暫時保留，作為臨時鋼筋混凝土支撐的支座，確保頂板荷載傳遞到臨時支撐上，最終傳遞到原結(jié)構(gòu)側(cè)墻上。先期破除結(jié)構(gòu)側(cè)墻范圍如圖6所示。

圖6 先期破除結(jié)構(gòu)側(cè)墻范圍圖

（3）先期結(jié)構(gòu)側(cè)墻破除完畢后，綁扎框架梁及框架柱鋼筋，鑿除的頂板鋼筋錨入新建框架梁內(nèi)，與常規(guī)的側(cè)墻破除改造方案相比較，該方案最大的優(yōu)點在于后澆框架梁柱可以一次性整體澆筑完成，不需要預(yù)留過多施工縫。

待新建框架梁柱達到設(shè)計強度且滿足承載力要求后，后期破除剩余墻體及臨時混凝土支撐。后期破除結(jié)構(gòu)側(cè)墻范圍如圖7所示。

（4）為避免新舊混凝土接口處出現(xiàn)結(jié)構(gòu)滲漏水，新舊混凝土之間需進行接縫防水處理。該工程新舊混凝土主要的接縫位置為新建框架梁、柱與既有結(jié)構(gòu)頂板接縫處、結(jié)構(gòu)側(cè)墻開洞兩端新建暗柱與原有結(jié)構(gòu)側(cè)墻接縫處。新舊混凝土銜接處采取以下措施進行防水處理：

1）既有車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻破除后，需進行鑿毛處理，表面清理干凈，刷界面劑等。

2）新建梁柱混凝土結(jié)構(gòu)均采用微膨脹混凝土，接縫處空隙可利用微膨脹混凝土的特性填充密實。

3）新舊混凝土接縫處設(shè)置遇水膨脹止水膠，同時預(yù)留注漿管，接縫處若出現(xiàn)滲漏水，可進行注漿處理。接縫處理大樣圖如圖8所示。

圖8 新舊混凝土接縫處理大樣圖

5 施工監(jiān)測

5.1 施工監(jiān)測的目的

現(xiàn)場施工監(jiān)測是檢驗設(shè)計方案是否合理安全、施工方法是否正確的重要措施，既有車站結(jié)構(gòu)破除改造不僅施工難度大，而且風(fēng)險高。施工過程中，通過有效的監(jiān)測手段，能夠嚴(yán)密監(jiān)測結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整施工方案，確保軌道交通結(jié)構(gòu)安全。

5.2 施工監(jiān)測項目及監(jiān)測結(jié)果

破除的既有2號線車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻屬于重大風(fēng)險源，施工過程中對既有軌道交通結(jié)構(gòu)的安全控制要求嚴(yán)格。既有車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻破除施工過程中，結(jié)構(gòu)頂板荷載傳遞到鋼筋混凝土斜撐上，再傳遞到既有結(jié)構(gòu)側(cè)墻上。經(jīng)過對既有車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，換乘節(jié)點既有結(jié)構(gòu)頂板最大豎向變形為0.68 mm，結(jié)構(gòu)頂板未出現(xiàn)裂縫，滿足結(jié)構(gòu)變形控制要求。

6 結(jié)論

目前既有地鐵車站側(cè)墻大面積開洞改造工程已經(jīng)施工完成，從工程施工過程及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得出，該工程選擇的既有車站側(cè)墻破除改造方案對既有車站結(jié)構(gòu)的安全影響較小，技術(shù)上合理可行，為類似地鐵工程改造提供了新的方法并積累了寶貴的經(jīng)驗。