近鄰復雜建筑物的地鐵車站施工安全管控措施研究

吉力此且

1成都理工大學（610059）2四川開放大學（610073）

0 前言

近10年，我國各大中城市的建設飛速發展，作為以地鐵為主要代表的軌道交通正在各大城市加快建設。地鐵以快捷、環保的運營方式解決了大城市人們出行難的問題。近鄰城市地下車站的建筑物基礎周圍巖層在前期施工中已被擾動，若新建地鐵車站施工引起周邊既有建（構）筑物變形過大，則對既有建（構）筑物、人們的生命財產等安全造成嚴重威脅。隨著各地城市軌道交通規劃和建設速度的加快，新建的地鐵車站不可避免地對近鄰既有建（構）筑物產生影響。

蔣巋松[1]、王安東[2]、王洪林[3]、姜越[4]等針對我國城市軌道交通施工進行了安全風險管理的實踐與探索，提出了一些關于城市軌道交通工程施工安全風險分析及應對措施，但研究范圍過大，針對性和可操作性不強，且有關研究也缺少工程實例驗證。多數類似課題研究主要以山嶺隧道等工程經驗推出相應的城市地鐵安全管控措施，與城市地鐵車站安全管控的實際情況有一定差距。

1 安全風險等級標準及風險接受準則

目前我國正處在前所未有的城市軌道交通建設高峰之中，但在地鐵工程建設過程中，由于地下工程水文地質條件、建設中的技術方案和機械設備、周邊環境（包括建筑物、道路和地下管線近接性）具有復雜性和不確定性。特別是在中心城區的地鐵建設安全風險因素首當其沖要考慮的是，在整個建設周期過程中如何保證周邊建（構）筑物和已開通線路運營的安全，這是整個工程中最具挑戰性的。

根據《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范（GB 50652—2011）》[5]規定，采用風險等級標準及風險接受準則:

本例地鐵車站施工安全管控以工程建設階段、規模、重要程度及風險管理目標等制定安全管控風險等級標準。

按照標準以長度在10 km以上的城市地鐵單條線路為基本單位制定工程建設風險等級標準。

風險發生的可能性等級標準可采用頻率或概率來表示，詳見表1。

表1 風險發生可能性等級標準

風險損失等級標準按損失的嚴重性程度劃分五級，詳見表2。

表2 風險損失等級標準

根據風險發生的可能性、風險損失，將風險等級標準分為四級，詳見表3。

表3 風險等級標準

根據風險等級標準采取相應的風險處置原則及控制方案，相應等級風險接受準則符合表4規定。

表4 風險接受準則

2 地鐵車站與既有建（構）筑物的相互關系

以成都地鐵8號線成華大道站為例，該車站位于二環路東三段道路東側，島式車站，南北布置，雙柱三跨地下三層箱型框架結構，標準段寬度22 m，總長195 m。

2.1 工程地質與水文地質

地層自上而下依次為雜填土、黏土、稍密至中密卵石、強風化泥巖、最下層為中風化泥巖。車站地下三層側墻部及以下均在中風化泥巖中。地下水和場地土對混凝土結構均無侵蝕性[6]。

2.2 地鐵車站主體與近鄰建（構）筑物關系

地鐵車站東側為仁和苑小區7層磚混結構住宅樓，房屋外挑窗戶距車站主體結構邊線2.11 m，距車站D號出入口1.74 m。東景麗B區12層框架結構商住樓，帶一層地下室，基礎采用高壓旋噴復合地基基礎，距車站主體結構外邊線2.04 m，如圖2所示。西側近鄰二環高架橋主橋，該段高架橋上部結構為預制混凝土箱梁，跨度為25 m簡支梁，雙柱門架墩，摩擦型嵌巖鉆孔灌注樁，中間橋墩樁徑1.5 m，西側墩樁徑1.2 m，樁長32 m，嵌入中風化泥巖層約3.5 m。車站主體圍護樁距離高架橋及主橋樁基1.15 m，距離橋臺0.65 m。

3 近鄰周邊建（構）筑物地鐵車站安全管控措施

成都地鐵8號線成華大道站安全管控措施，根據城市軌道交通地下工程建設風險管理規范中關于相應安全風險定級采取的管控措施，結合成都地鐵工程施工中的實踐經驗，對近鄰地鐵車站的既有橋梁及房屋建（構）筑采取相應的措施予以管控[7]。

3.1 安全風險評估及管控措施

3.1.1 近鄰既有二環高架橋

二環高架橋為簡支小箱梁結構，橋高最低約7.14 m，樁基為1.2 m或1.5 m的摩擦型鉆孔灌注樁，K匝道樁長20 m，主橋樁長32 m，樁基均深入巖層，既有主橋樁距離地鐵車站主體圍護樁0.7 m。風險等級評定為Ⅰ級，殘留風險等級評定為II級。

3.1.2 近鄰既有仁和苑居民樓

仁和苑居民樓為3棟7層磚混結構的住宅樓，基礎為長9 m樁基，既有住宅樓基礎距離新建地鐵車站主體圍護樁基坑2 m，距離B號出入口基坑2.3 m。風險等級評定為I級，殘留風險等級評定為II級。

3.1.3 近鄰既有東景麗苑B區商住樓

東景麗苑B區商住樓為1層地下室，埋深約4.1 m，筏板基礎，高壓旋噴樁復合地基，樁徑700 mm，樁間距小于1.4 m×1.2 m，樁基長為7～9 m，樁底進入中密卵石層500 mm，車站主體圍護樁距離既有建筑地下室外墻約1.09 m。風險等級評定為Ⅱ級，殘留風險等級評定為III級。

根據以上近鄰新建車站的既有建（構）筑實際，采取的管控措施為圍護結構采用1.2@1.8 m的鉆孔灌注樁,支撐體系采用樁+內支撐體系，5道支撐，第1道為臨時鋼管撐，第2、4道支撐為鋼筋混凝土支撐，其余均為鋼管支撐，坑外降水，加強監測。車站結構圍護樁成樁前對既有高架橋橋墩四周進行注漿加固。橋下車站結構圍護樁采用人工挖孔，以減小對既有橋梁樁基土體的擾動。

3.2 近鄰地鐵車站既有建（構）筑物保護措施

3.2.1 近鄰車站的二環高架橋結構保護措施

根據既有高架橋距離新建地鐵車站距離，按照6 mm的允許位移對車站基坑支護結構進行了加強處理，并在承臺下圍護樁內設置測斜管對橋梁位移進行監測與控制。既有高架橋基礎保護及新建車站圍護結構施工要嚴格按設計進行。圍護樁成樁過程如圖1所示。

圍護結構采用半蓋挖頂板兼做第1道支撐+3道鋼支撐+1道混凝土支撐圍護形式。另外在基坑開挖時，采用鋼管隔離樁將橋墩與周邊土體隔離，采用袖閥管在樁間進行注漿處理。

圖2 主體基坑近二環高架橋橋樁段圍護樁施工順序圖

3.2.2 基坑東側仁和苑小區基礎保護措施

仁和苑小區為7層磚混結構，基坑距離房屋外挑結構最小距離2.11 m，基礎為淺基礎。在圍護結構設計時，需考慮其房屋荷載。對房屋基礎周圍預埋注漿管，在施工期間加強監測，跟蹤注漿。

3.2.3 基坑東側東景麗苑B區商住樓基礎保護措施

東景麗苑B區商住樓為12層框架結構，有一層地下車庫，基礎采用筏板基礎，地基為高壓旋噴樁復合地基，高壓旋噴樁樁徑700 mm。主要保護措施如下:對靠近房屋處的圍護樁進行加密，采用Φ1 200@1 800 mm的鉆孔樁，以增加樁的剛度，減小變形。圍護結構采用蓋挖頂板兼做第1道支撐+3道鋼支撐+1道混凝土支撐的支護形式。根據監測結果采取袖閥管跟蹤注漿技術。

4 施工中對近鄰既有建（構）筑物的影響數值模擬分析

運用Midas GTS軟件，采用二維地層結構模型，模型寬度兩側各取基坑寬的三倍，地層模型兩邊網格采用限制水平位移的約束。該模型能滿足無限土層模型的假設，在保證數值計算精度的前提下有效地控制了模型規模和提高數值分析速度[8]。

4.1 基坑近鄰建（構）筑物影響分析

對深基坑鄰近7層建（構）筑物進行數值模擬分析。計算模型如圖2所示。

圖2 計算模型

從圖3、4的計算模型數值分析:近鄰基坑側建筑基礎最大沉降量為3.9 mm，地表最大沉降為12 mm，最大水平位移為16.5 mm，房屋變形滿足相關規范要求。

圖3 施工完成后豎向位移

圖4 施工完成后水平位移

4.2 車站施工對近鄰二環高架橋的影響分析

二環高架橋橋面寬32.5 m，橋下凈高7.41 m。根據8號線成華大道口站與橋梁設計單位協調，共用樁允許位移6 mm。

從圖5、6的計算模型數值分析可知，圍護樁位移值最大為6.02 mm，地面沉降值最大約為15 mm，根據二環高架橋梁設計單位要求及相關規范要求，二環高架橋樁基結構水平位移在允許范圍內。

圖5 施工完成后總位移

圖6 地表沉降圖

5 結語

文章以成都地鐵8號線成華大道站安全管控措施研究為例，針對最不利的三個近鄰工況地鐵車站施工安全風險評估及管控措施，并運用midasgts有限元軟件對地鐵車站近鄰建（構）筑物進行了數值模擬計算和分析，驗證了所采取安全風險評價結果及管控措施的有效性和合理性。