既有地鐵車站增設(shè)連接通道技術(shù)研究

文｜廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司 戴永興 何濤

1 引言

隨著全國(guó)各地軌道交通項(xiàng)目的持續(xù)建設(shè)，各大中城市地鐵線網(wǎng)的覆蓋范圍越來(lái)越廣，對(duì)于部分既有運(yùn)營(yíng)地鐵車站，經(jīng)常會(huì)碰到隨著周邊地塊開發(fā)，需要進(jìn)行改造增設(shè)連接通道的情況，這種近接工程必然會(huì)對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)的變形、受力帶來(lái)一些負(fù)面影響，本文以廣州宏城廣場(chǎng)連接APM線天河南一路站地下通道工程為例，對(duì)新增連接通道實(shí)施對(duì)既有軌道交通結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了分析，分析結(jié)論對(duì)類似項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目為宏城官場(chǎng)地下室與APM天河南一站出入口相連接的地下通道工程。地處天河商業(yè)地段，在宏城西路與天河南一路交叉口的東北角。擬建設(shè)一地下通道將天河南一路站西側(cè)和車站出入口進(jìn)行連接，并在天河南一路站北側(cè)和宏城廣場(chǎng)的負(fù)一層地下室之間建設(shè)起跨車站端頭礦山法隧道，并將車站東北側(cè)與宏城廣場(chǎng)的地下室相連接。通道全長(zhǎng)約51m，基坑寬度6.0m～6.5m，基坑深度8.1m～8.3m，采用明挖順作法施工。項(xiàng)目平面示意如圖1所示：

項(xiàng)目具體信息如下：（1）新增連接通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑800、間距1000的鉆孔樁，嵌固深度5m，基坑豎向設(shè)兩道（局部一道）內(nèi)支撐，樁間采用直徑600旋噴樁止水；（2）既有APM天河南站為地下四層站，車站兩端接礦山法斷面，礦山法斷面采用復(fù)合式襯砌，內(nèi)凈跨7.32m，初襯為噴射C25早強(qiáng)混凝土，厚350mm；二襯為C30防水鋼筋混凝土，P10，厚450mm；（3）宏城廣場(chǎng)為一大型號(hào)商場(chǎng)，三層地下室（位于APM線上方部分為一層地下室）。

圖1 項(xiàng)目平面示意圖

2.2 工程地質(zhì)情況

場(chǎng)地地層自上而下為：1雜填土、3-2粗砂、 4-1粉質(zhì)粘土、 5-1粉質(zhì)粘土、5-2粉質(zhì)粘土、 6全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、7強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、8中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖；地下水位埋深2.7～2.9m?；由疃?.131m～8.337m，場(chǎng)地的工程巖土技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 工程巖土技術(shù)參數(shù)值

3 通道施工對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)影響分析

3.1 模型建立

本次分析采用MIDAS GTS軟件，地層-結(jié)構(gòu)模型，模型尺寸取100m×100m×60m（長(zhǎng)×寬×厚）。地層及圍護(hù)樁采用實(shí)體單元，墻體、隧道襯砌采殼單元，基坑橫撐用Beam 梁?jiǎn)卧M，地面考慮20kPa 超載。分析模型見圖2。

圖2 分析模型示意圖

3.2 分析結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，通道實(shí)施對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響按以下步驟進(jìn)行模擬：（1）初始應(yīng)力分析，位移清零，獲取初始應(yīng)力場(chǎng)；（2）進(jìn)行既有地鐵結(jié)構(gòu)（含隧道）的開挖與生成，初始位移清零；（3）基坑圍護(hù)樁施工；（4）開挖至深度2.4m位置，設(shè)置第一道支撐；（5）開挖至深度5.4m位置，設(shè)置第二道支撐；（6）開挖至深度8.3m(基坑底)位置。主要分析結(jié)構(gòu)如下：

1、基坑開挖至2.40m計(jì)算結(jié)果

基坑開挖至2.40m后，既有APM車站主體結(jié)構(gòu)最大彎矩為518.8kN·m，出入口結(jié)構(gòu)最大彎矩為194.8kN·m，礦山法隧道最大彎矩為86.4kN·m，其中出入口彎矩增量最大，增量為13.5kN·m。

新建通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大總位移2.44mm，車站出入口最大總位移0.86mm，車站主體結(jié)構(gòu)最大總位移為0.46mm，礦山法隧道結(jié)構(gòu)的最大總位移量為0.26mm，相關(guān)位移云圖見圖3。

2、基坑開挖至5.40m計(jì)算結(jié)果

基坑開挖至5.40m后，既有APM車站主體結(jié)構(gòu)最大彎矩為519.5kN·m，出入口結(jié)構(gòu)最大彎矩為170.3kN·m，礦山法隧道最大彎矩為84.6kN·m，其中出入口彎矩增量最大，增量為-11kN·m。

新建通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大總位移5.47mm，車站出入口最大總位移1.77mm，車站主體結(jié)構(gòu)最大總位移發(fā)生在地下一層位置，位移量為1.05mm，礦山法隧道結(jié)構(gòu)的最大總位移量為0.56mm，其中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移增量最大，增量為3.03mm。

圖3 基坑開挖至2.4m時(shí)位移云圖

3、開挖至坑底8.30m計(jì)算結(jié)果

基坑開挖至8.30m后，既有APM車站主體結(jié)構(gòu)最大彎矩為517.7kN·m，出入口結(jié)構(gòu)最大彎矩為157.6kN·m，礦山法隧道最大彎矩為83.1kN·m，其中出入口彎矩增量最大，增量為-18.5kN·m。

新建通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大總位移4.00mm，車站出入口最大總位移2.36mm，車站主體結(jié)構(gòu)最大總位移發(fā)生在負(fù)一層車站處，位移量為1.54mm，礦山法隧道結(jié)構(gòu)的最大總位移量為0.85mm，其中其中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移增量最大，增量為-1.47mm。

3.3 新建通道與既有車站接口設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于既有車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)留接口，因此新建通道接入車站時(shí)需對(duì)接口部位進(jìn)行改造，改造一方面要保證工程實(shí)施的安全性及建成后的使用功能，另一方面還要盡量減少對(duì)現(xiàn)狀地鐵運(yùn)營(yíng)的影響，接口實(shí)施要點(diǎn)如下：（1）出入口側(cè)墻開洞前應(yīng)在出入口內(nèi)部先設(shè)置臨時(shí)鋼管支撐；（2）墻體開洞應(yīng)采用切割工藝施工，開洞前應(yīng)以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)在墻體之上放出切割線的位置；在對(duì)墻體洞口進(jìn)行切割的時(shí)候，需要將待切墻劃分成為0.5×0.5m的小塊，然后進(jìn)行分段切割，需要注意的是所切割的每一塊重量不能過(guò)重，以方便切割和搬運(yùn)。采用水鉆從中心位置開始向四周進(jìn)行切割，總體的施工順序?yàn)閺纳现料逻M(jìn)行切割。水鉆排孔切割后人工剔鑿擴(kuò)展50mm，保留鋼筋；（3）最后施工接口位置梁柱等構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)通道連通。接口實(shí)施方案示意圖見圖4。

圖4 新增通道與車站接口實(shí)施方案示意圖

4 地鐵保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及施工監(jiān)測(cè)情況

根據(jù)廣州地鐵保護(hù)相關(guān)要求，既有地鐵結(jié)構(gòu)安全控制標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）隧道水平位移＜15mm；（2）隧道豎向位移＜15mm；（3）軌向高差＜4mm；（4）-4mm＜軌間距＜+6mm。

在通道施工過(guò)程中，對(duì)通道正下方既有運(yùn)營(yíng)礦山法隧道采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；對(duì)天河南一路站車站結(jié)構(gòu)采用常規(guī)監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：施工過(guò)程中，既有礦山法隧道最大豎向位移2.36mm，最大水平位移1.96mm，軌向高差0.37mm，軌間距0.09mm；天河南一路站車站主體結(jié)構(gòu)最大位移2.45mm；車站出入口最大位移3.22mm。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)測(cè)值比理論分析值略大，這可能與計(jì)算時(shí)巖土參數(shù)選取有關(guān)，可能是計(jì)算未能考慮施工期間其他因素的影響，但總的來(lái)講，各項(xiàng)目理論值及監(jiān)測(cè)值均滿足地鐵保護(hù)要求。

5 結(jié)論

新增連接通道施工對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)位移影響較小，理論分析位移值略小于實(shí)測(cè)值，這可能與理論分析時(shí)巖土參數(shù)選取有關(guān)，也可能是因?yàn)橛?jì)算時(shí)無(wú)法考慮施工期間其他因素的影響。但總的來(lái)講，只要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工，通道實(shí)施不影響既有地鐵結(jié)構(gòu)安全。

隨著通道基坑開挖，既有地鐵結(jié)構(gòu)自身受力也會(huì)發(fā)生變化，從計(jì)算結(jié)果看，車站主體結(jié)構(gòu)和暗挖隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化較小，出入口結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化較大，筆者分析這是因?yàn)橛捎谲囌緸榈叵滤膶咏Y(jié)構(gòu)，體量較大，而出入口體量相對(duì)較小，對(duì)外部施工干擾更為敏感有關(guān)。

通道施工過(guò)程中，既有結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化幅度均布超過(guò)5%，結(jié)構(gòu)受力安全可控。