已建成地鐵區(qū)間改造成渡線區(qū)間的設(shè)計方案研究

■ 中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司 李昂 邱術(shù)來

隨著時代的發(fā)展，城市軌道交通的出現(xiàn)緩解了交通擁堵問題，為人們出行提供了極大的便利。但地鐵線路一般建設(shè)周期較長，某些車站的建設(shè)可能由于周圍環(huán)境限制、整體規(guī)劃限制等因素造成工期的延誤，致使全線可能因某一車站的原因而無法實現(xiàn)全線貫通，需分段運營管理[1][2]。針對此類情況，可采用在堵點車站前方增設(shè)單渡線或停車線的方式，以滿足運營組織的需求[3][4]。本文以北京地鐵14號線麗澤商務(wù)區(qū)站—菜戶營站區(qū)間為研究背景，對該問題進行研究。麗澤商務(wù)區(qū)站與該區(qū)域地塊統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，項目推進緩慢，而該區(qū)域其他車站及區(qū)間施作均已完成，原設(shè)計邊界條件未設(shè)置折返線，該區(qū)域段不具備通車運營條件。在此情況下，有必要提出一種方法來滿足這一區(qū)段車站的提前開通運營需求。

1.工程概況

1.1 區(qū)間概況

麗澤商務(wù)區(qū)—菜戶營站區(qū)間為在建線，位于北京地鐵14號線全線的南段，從麗澤商務(wù)區(qū)站起，基本呈東西走向，沿麗澤路南側(cè)地下敷設(shè)，穿越蓮花河及一座酒店建筑物，沿線道路交通較為繁忙，地面高程為42.88m～44.28m，區(qū)間左線全長709.007m，右線全長708.9m。區(qū)間平面由多條曲直線構(gòu)成，縱向呈單面坡，線路間距為12m～19m。

區(qū)間隧道設(shè)計采用馬蹄形斷面、復(fù)合式襯砌，采用臺階法施工，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為6.48m（寬）×6.57m（高）。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘查報告，土層劃分為人工堆積層、新近沉積層、第四紀(jì)沉積層以及第三紀(jì)沉積巖層四大類。區(qū)間范圍內(nèi)，由上而下土層主要為①1雜填土，①素填土，②1粉質(zhì)黏土，②粉土，②3粉細(xì)砂，②5圓礫、卵石，⑤卵石—圓礫，⑦卵石。圍巖分級除卵石、圓礫層為Ⅴ級外，其余均為Ⅵ級。潛水主要賦存于標(biāo)高約25m～27m以下的砂、卵石層。區(qū)間穿越的地層主要以⑤卵石—圓礫、⑦卵石為主。

2.問題的提出

麗澤商務(wù)區(qū)站位于麗澤金融商務(wù)區(qū)開發(fā)地塊內(nèi)，由于地塊整體工程推進緩慢，車站施工也相應(yīng)滯后，以至于原計劃開通運營的地鐵線路不得不分段運營。按建設(shè)方以及社會各界對于運營服務(wù)范圍擴大的需求，提出14號線中段通車至菜戶營站的運營方案。但原線路設(shè)計方案中，菜戶營站為標(biāo)準(zhǔn)島式車站，車站兩側(cè)區(qū)間無配線，不具備提供分段運營折返的條件。經(jīng)與各相關(guān)專業(yè)分析和研究，在盡可能降低工程難度及投資的前提下，麗澤商務(wù)區(qū)—菜戶營站區(qū)間東側(cè)具備不調(diào)整正線直接增設(shè)單渡線的線路條件，為實現(xiàn)列車折返功能，需要在既有結(jié)構(gòu)上進行改造施工。

國內(nèi)學(xué)者在既有區(qū)間改造方面做了多項研究[5]，魏峰、張晉毅[6]給出了利用既有的人防工程改造成地鐵區(qū)間的設(shè)計原則與方法，彭智勇[7]對北京地鐵3號線正在運營的盾構(gòu)區(qū)間擴建地鐵車站進行了研究，給出了擴建過程中應(yīng)注意的技術(shù)措施。但對于修建完成的工程，還尚未交付運營使用，為了滿足某種需求，需要對區(qū)間進行改造，改造方案的選擇尤為重要?；谝陨蠗l件要求，為實現(xiàn)增加區(qū)間渡線的需求，分別提出采用明挖法和礦山法兩種工法進行區(qū)間改造。

3.暗挖法改造方案

針對線路占地情況，可采用暗挖法進行區(qū)間改造。施工開挖工作面可在原區(qū)間內(nèi)進行，由菜戶營站出渣土，不需要增加地面臨時占地面積。但需要改造的區(qū)段，左右線區(qū)間外皮寬度為19.7m，寬度較大，無法采用常規(guī)的橫通道開馬頭門再施做區(qū)間大斷面的方法。因此，本文提出采用“洞樁法”先施做三線段結(jié)構(gòu)，再逐步向兩側(cè)擴挖，最終完成整個區(qū)間的改造（圖1）。

具體施工順序為：自區(qū)間右線開挖迂回導(dǎo)洞，并逐漸爬升，從單層挑高至雙層，然后向區(qū)間隧道垂直方向開斷面小導(dǎo)洞馬頭門，施做圍護樁和冠梁，扣初支大拱，按逆作工序完成三線段二襯結(jié)構(gòu)，然后采用“雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”分別向兩側(cè)擴挖，循環(huán)進尺長度為0.5m，完成雙線段區(qū)間結(jié)構(gòu)，逐步按“CRD法”、“臺階法”完成剩余的單線擴挖結(jié)構(gòu)，在開挖土體的同時破除既有結(jié)構(gòu)，最后貫通左右線區(qū)間（圖2、圖3）。

該方案的難點在于暗挖工序轉(zhuǎn)換較多、斷面復(fù)雜多變、多次開馬頭門、風(fēng)險較大。其中，三線段結(jié)構(gòu)形式為“拱頂+直墻+平底”，結(jié)構(gòu)尺寸（高×寬）為15.4×14.6m；暗挖大斷面結(jié)構(gòu)形式為“拱頂+曲墻+仰拱”，結(jié)構(gòu)最大開挖尺寸（高×寬）為11.2×13.5m。（圖2、圖3）

4.明挖法改造方案

圖1 暗挖法結(jié)構(gòu)平面及施工方向圖

圖2 三線段結(jié)構(gòu)橫斷面圖

圖3 三線段結(jié)構(gòu)剖面圖

當(dāng)?shù)孛嬲嫉貤l件允許時，采用明挖法進行施工改造，同時在改造區(qū)間的過程中，可增設(shè)軌排井一座，滿足前后區(qū)段鋪軌的需求。基坑整體沿東西方向呈長條形，為異形變截面基坑，在盡量規(guī)整基坑形狀的前提下，將基坑分為以下4個部分（圖4）：標(biāo)準(zhǔn)段（開挖寬度為7.65m）、漸變段（開挖寬度為7.65m～12.6m）、三線段（開挖寬度為20.6m）與軌排井段（開挖寬度為9.5m），整個基坑深約23.3m。

依據(jù)其工程特點，基坑為異形結(jié)構(gòu)，其中支護體系的選擇尤為重要。對于三線段處，基坑呈不閉合狀，斜撐不易布設(shè)，且因下方既有區(qū)間的存在，區(qū)間上方施做的圍護樁無法滿足樁體嵌固深度，甚至基底位于樁端以下的情況，即“吊腳樁”，如圖5、圖6所示。吊腳樁樁底的穩(wěn)定性是整個支護體系安全的難點，必須提供樁底足夠的嵌固力，以防止樁端產(chǎn)生位移，造成基坑失穩(wěn)。相關(guān)學(xué)者以土巖復(fù)合地層為邊界條件，給出了基坑采用雙排吊腳樁樁錨支護方式的變形與安全穩(wěn)定性分析[8][9]。而本工程邊界條件與其不符，本文在相關(guān)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對其進行優(yōu)化與改進，提出了更適用于本工程的做法，同時采用《理正深基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件》進行驗算，以滿足規(guī)范要求。

圖4 明挖法基坑平面布置圖

具體做法包括：施作雙排鉆孔灌注樁、冠梁、連梁、擋墻等系統(tǒng)，然后按順序分層依次向下開挖，同時按設(shè)計標(biāo)高打設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索；挖至距樁底約3m處，預(yù)留部分土坡，在護坡土體上施做“L”形冠梁，隨即打設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，鎖住腳部，然后繼續(xù)向下開挖土體，土坡坡度1:0.2，掛雙層鋼筋網(wǎng)，噴射200mm厚C25混凝土，隨即打設(shè)2道錨桿，完成對嵌固深度不足的樁體進行樁端土體加固，再向下開挖。最后對既有區(qū)間采用靜力破除，根據(jù)順筑法新建區(qū)間主體結(jié)構(gòu)，同時與既有結(jié)構(gòu)進行有效連接，保證區(qū)間的貫通（圖5、圖6）。

5.結(jié)論

通過對既有區(qū)間進行改造研究，結(jié)合兩種方案的優(yōu)缺點及可實施性進行對比分析，得出以下結(jié)論：

（1）本文解決了在已建成的區(qū)間上增設(shè)單渡線，以實現(xiàn)車輛折返的問題。在設(shè)計邊界不同的前提下，分別給出了明挖法和暗挖法的具體設(shè)計方案和施工工序，對類似工程具有借鑒意義。

圖5 吊腳樁加固措施圖

圖6 三線段基坑橫斷面圖

（2）當(dāng)采用暗挖法對既有區(qū)間進行改造時，利用“洞樁法”施做三線段的方案，有利于風(fēng)險的控制。

（3）對于類似基坑工程，“吊腳樁”的處理是關(guān)鍵。本文提出的雙排圍護樁+預(yù)應(yīng)力錨索、用預(yù)應(yīng)力錨索進行腳部鎖定、用錨桿進行樁底土體加固的組合支護體系，可以保證基坑的安全、穩(wěn)定。