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，地鐵建設是解決該問題的有效措施之一。在地鐵線網不斷擴容、調整時，后期線路與先期已運營的線路經常出現換乘、接駁問題。由于新舊線路規劃的不同步、工程周邊環境條件復雜等原因，使得既有地鐵車站、區間的改造工程具有建設風險高、技術難度大的特點，成為后期線路建設的工程重難點。

關鍵詞：既有地鐵車站;施工影響分析;暗挖擴建

1暗挖區間隧道下穿既有地鐵施工技術概述

1.1施工技術介紹

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構。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造。與1號線在該車站實現換乘。由于1號線建設完成后7號線的規劃尚未確定，所以造成未對7號線留有隧道下穿的施工區間。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，需要嚴格設計施工的具體方案。

1.2施工技術方案及施工步序

針對7號線暗挖區間隧道下穿施工難點，對所選用的施工技術的選用應當從技術的成熟度、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，復合襯砌，CRD工法。新建的軌道交通隧道支承構架與既有地鐵車站的底部有兩米的間距，同時為防止出現塌陷的情況發生，選用了直徑為108mm的長管棚和直徑為42mm的小導管對隧道超前支承與防護，分期施工兩側的扯到，左右兩側線路間距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，保證管棚結實牢靠。

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

第三步：對施工防水層的建設和再次的襯砌工作，應當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施工監測數據及分析

統計不同施工時期的既有車站結構的沉降監測數據，不同的監測位置的數據表明，在暗挖區間隧道下穿施工中既有地鐵車站結構和軌道的沉降范圍在4mm以下，保證了地鐵結構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生影響，另外數據顯示，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生的變形

以三維地質建模和三維結構建模為前提，根據洞室的群造型和地質狀態來確定形狀，并設計好三維有限元計算模型。工作時需要對巖體的物理力學參數有深入的了解，并結合開挖和支護工作開展來確定三維彈塑性數字模擬分析。完成這一分析后，若不采取相應的保護措施，則構造的最高位置是2.8cm。根據地鐵修建的有關標準，這一項目中結構隆起數超出了標準，因此需要有關機構采取相應的保護措施。

2.2隧道豎向變形的影響因素

若項目周邊受力產生變動，則會產生豎向變形的問題，但是確定其內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上確定解析方式，能夠提高項目狀態與土體的適應性，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，當隧道地基上存在無限長梁結構時，隧道的縱向變形、抗剪強度都會產生很大的變動，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生豎向變化，也會對抗剪力產生很大影響。所以，一定要處理好關鍵干擾壓縮，這樣才能夠很好地解決豎向變形問題。

3保護技術的具體落實

3.1科學確定襯砌建設流程

工程變形數的提升會導致工程上方卸載數有明顯的提升，所以，在對工程變形數數值有一個準確的了解好，便能夠取得十分明顯的調節效果。實際進行地鐵項目的施工時，一定要結合建設流程做好調節工作。

3.2做好已有土體的加固工作

使用灌漿的方法能夠實現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值。一般條件下，需要結合設計好的土體加固參數和土體加固施工這兩個方面進行加固處理。

3.3預應力錨桿的設置

進行預應力錨桿設置工作時應重點把握好以下兩點，即預應力錨桿參數的確定和預應力錨桿的施工。確定預應力錨桿參數時，需要結合卸載的具體影響區域來確定。拉錨的一段應該固定在初期支護底板上，錨桿應呈現為梅花形，其間距為3m×3m，錨桿的長度為14m和9m兩種。在原有線區間側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當處于下向外側的下方，其他錨桿應當是垂直向下設置的。桿體的材料一般為2φ32鋼筋，錨桿總長都需要設置成固錨段，錨固體的直徑為20cm，錨桿軸向拉力值應為229kN。錨桿注漿材料應為水泥漿，并保證抗壓強度超過30MPa。

4暗挖區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，對二次襯砌結構的施工。

5結語

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率。還可以借助自動化測試體系來確定變形狀態，這樣能夠更好地保證測試體系運行的穩定性，為我國地鐵行業的發展奠定堅實的基礎。

參考文獻：

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

（作者單位：中鐵三局集團有限公司）