既有地鐵車站運(yùn)營(yíng)期間換乘改造施工技術(shù)

王其升

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250014）

1 引言

近年來(lái)，為了解決城市內(nèi)交通擁堵問題，城市軌道交通網(wǎng)格不斷被優(yōu)化，越來(lái)越多的既有地鐵車站需要有新線并入成為換乘車站。換乘車站作為軌道交通的重要節(jié)點(diǎn)，很多情況下在前期規(guī)劃中未能考慮到新線的建設(shè)，后期通過改變既有結(jié)構(gòu)的方式對(duì)原車站進(jìn)行改造，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，對(duì)運(yùn)營(yíng)期間地鐵改造施工的技術(shù)進(jìn)行研究具有重要的意義［1－2］。

邊振來(lái)［3］通過對(duì)實(shí)際工程案例對(duì)車站周邊現(xiàn)狀及預(yù)留換乘條件進(jìn)行分析，結(jié)合車站特點(diǎn)，針對(duì)不同條件下地鐵車站換乘改造提出與其相適應(yīng)的施工方案；李阿萌［4］通過從站位選擇、換乘方式、換乘流線組織等方面分析，對(duì)既有高架站與新建地下站換乘方案進(jìn)行研究，以達(dá)到便捷換乘的目的；張彤松［5］通過對(duì)不同的4種工況進(jìn)行分析，從清客工況、對(duì)應(yīng)站臺(tái)寬度和客流組織方式等方面進(jìn)行了分析，提出了小交路的T型地鐵換乘站合理施工方案；曹保剛［6］通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，分別對(duì)客流密度和一票換乘計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)換乘改造過程中出現(xiàn)擁堵的原因進(jìn)行分析并提出改進(jìn)方案；宋冰晶［7］通過對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行分析對(duì)未預(yù)留換乘條件情況下車站改造提出建議與思考；李儲(chǔ)軍等［8］通過有限元分析軟件對(duì)施工過程中力學(xué)行為進(jìn)行分析，從而得到更為合理的施工方案，確保既有線路的運(yùn)營(yíng)安全；崔林釗等［9］通過對(duì)工程受力變形進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)地鐵換乘站坑中位移、變形規(guī)律進(jìn)行總結(jié)；侯新宇等［10］通過有限元分析軟件探究坑趾系數(shù)α對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周圍土體的變形規(guī)律并與施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比；韓同春等［11］在考慮土體粘聚力不同的條件下，推導(dǎo)出了4種不同的土壓力計(jì)算公式；田超［12］使用有限元分析軟件，結(jié)合灰色度 GM（1，1）模型，對(duì)隧道施工中的地表沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)進(jìn)行精度等級(jí)劃分，從而獲取高精度的預(yù)測(cè)結(jié)果。

可以看出國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者通過各種手段對(duì)地鐵換乘站的改造工程進(jìn)行了較多的研究，但是針對(duì)于地下結(jié)構(gòu)的改造，目前尚處于初步研究階段，已有的研究也是不全面和值得商榷的。基于此，本文從監(jiān)控量測(cè)、數(shù)值分析以及安全保障措施等方面對(duì)既有地鐵車站運(yùn)營(yíng)期間換乘改造施工技術(shù)進(jìn)行較為全面的總結(jié)。

2 工程概況

西安地鐵5號(hào)線南稍門站是線網(wǎng)修編走行路徑改變后新增的2、5號(hào)線換乘站，為實(shí)現(xiàn)2、5號(hào)線換乘功能，在既有2號(hào)線車站一側(cè)新建換乘大廳，破除站廳層部分側(cè)墻結(jié)構(gòu)，新建站廳層與換乘大廳連接通道；新建2、5號(hào)線換乘通道，橫斷面位置關(guān)系見圖1。

圖1 換乘改造橫斷面位置關(guān)系

3 施工方案

改造施工的主要內(nèi)容有：結(jié)構(gòu)破除、中板孔洞封堵、站臺(tái)板孔洞封堵、既有結(jié)構(gòu)加固、新增樓梯結(jié)構(gòu)施工、新增站臺(tái)墻結(jié)構(gòu)施工等。

3.1 結(jié)構(gòu)破除

結(jié)構(gòu)破除涉及圍護(hù)樁破除、A口結(jié)構(gòu)破除、2號(hào)線側(cè)墻結(jié)構(gòu)破除、既有線中板及步梯破除。

圍護(hù)樁破除使用破碎錘進(jìn)行分層破除，破除前在通道內(nèi)砌筑墻體，封閉通道接口，同時(shí)使用霧炮、灑水等降塵手段降塵，防止粉塵進(jìn)入運(yùn)營(yíng)站內(nèi)。受地面交通條件限制，A口結(jié)構(gòu)無(wú)法全部破除，需對(duì)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行保留，為保證結(jié)構(gòu)破除時(shí)不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)保留部分產(chǎn)生震動(dòng)，采用水鉆對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行切斷處理，在結(jié)構(gòu)完全切斷后，使用破碎錘進(jìn)行破除，預(yù)留鋼筋接駁區(qū)采用人工破除。

3.2 暗挖通道2號(hào)線側(cè)墻破除

側(cè)墻拆除以及側(cè)洞開挖應(yīng)遵循“整拆成塊，邊挖邊撐”的原則，并且應(yīng)及時(shí)完成加強(qiáng)圈梁的施工，確保既有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且承載體系轉(zhuǎn)換有效、變形協(xié)調(diào)，并在臨時(shí)支撐的支護(hù)下分3次施工。

（1）墻體破除

墻體破除主要內(nèi)容：①新做梁底500 mm下部分墻體應(yīng)進(jìn)行分段破除，破除柱位處全部墻體。②應(yīng)在增強(qiáng)梁柱強(qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行破除，并進(jìn)行臨時(shí)支撐。③施作梁結(jié)構(gòu)，與先期施工梁完成接駁。④梁底剩余墻體應(yīng)在新增混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行破除，并且割除臨時(shí)支撐體系與臨時(shí)型鋼。

（2）側(cè)墻破除施工方法

破除施工采用“水鉆切割、風(fēng)鎬修整”工藝，中板防水處理時(shí)砌筑擋水墻，中板處涂刷防水涂料，同時(shí)在下方安裝防水雨布，并使用密封膠將雨布與側(cè)墻進(jìn)行粘結(jié)。利用水鉆對(duì)2號(hào)線墻體密排開孔切割，預(yù)留鋼筋接駁區(qū)采用人工破除；水鉆施工中需安排人員及時(shí)對(duì)積水進(jìn)行清理，減小中板滲漏水的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 既有結(jié)構(gòu)中板及步梯破除

既有線內(nèi)結(jié)構(gòu)破除主要考慮對(duì)施工區(qū)域外主體結(jié)構(gòu)的保護(hù)，對(duì)運(yùn)行期間乘客、車輛、設(shè)備的保護(hù)以及施工效率和破除物轉(zhuǎn)運(yùn)效率。在中板下方搭建破除平臺(tái)，主要防止破除渣塊直接掉落，對(duì)站臺(tái)板產(chǎn)生損傷；對(duì)破除范圍內(nèi)的站廳及站臺(tái)進(jìn)行圍擋全封閉處理，防止破除過程中造成碎塊飛濺對(duì)乘客及設(shè)備產(chǎn)生傷害，做好灑水降塵工作，在運(yùn)營(yíng)期間適當(dāng)減少風(fēng)鎬數(shù)量，降低噪聲影響。

3.4 暗挖通道施工

暗挖橫通道結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌、直墻平頂結(jié)構(gòu)，隧道開挖采用CD法人工開挖，上臺(tái)階打設(shè)超前管棚、小導(dǎo)管，并注漿。留置核心土，核心土留置面積不小于開挖斷面的50%；開挖完成后及時(shí)完成初支施工，土體開挖完成3～5 m時(shí)進(jìn)行下部土體開挖。每割除兩道臨時(shí)支撐，迅速施工防水，并及時(shí)原位恢復(fù)割除的臨時(shí)支撐后，依次施工最后進(jìn)行襯砌。

3.5 新增樓扶梯施工

新增樓扶梯施工中主要涉及既有孔洞封堵、新增孔邊梁施工、既有梁加固等3個(gè)方面。站廳層中板需封堵孔洞共兩處，新增孔洞與原有孔洞重合部位，邊部存在15 cm空隙，同步進(jìn)行封堵，封堵方式采用化學(xué)植筋后澆筑混凝土板。新增梁設(shè)置穿板箍筋穿透中板，與梁下層鋼筋封閉，并在板上層新增孔邊梁主筋。對(duì)新增孔洞范圍內(nèi)的中縱梁進(jìn)行斷面加高處理，同時(shí)加強(qiáng)與框柱的連接。在縱梁底部增加20 cm的加強(qiáng)層，新增箍筋與原有箍筋連接，并在下排布置縱向主筋。

4 換乘改造施工穩(wěn)定性分析

考慮到乘客換乘的便捷性，對(duì)既有5號(hào)線進(jìn)行換乘處理，換乘通道寬度為15 m，側(cè)墻開洞尺寸分別為5 m、7.5 m、15 m，采用有限元軟件MIDAS-GTS（NX）對(duì)施工期間穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。

4.1 數(shù)值計(jì)算模型

模型長(zhǎng)165 m，寬80 m，高35 m。模型底部采用固定邊界，除頂面外其余設(shè)置位移約束，數(shù)值計(jì)算模型見圖2～圖4。

圖2 換成改造數(shù)值計(jì)算模型（單位：m）

圖3 既有南稍門站數(shù)值計(jì)算結(jié)構(gòu)

圖4 新建通道開挖支護(hù)計(jì)算模型

4.2 數(shù)值計(jì)算參數(shù)選取

既有結(jié)構(gòu)與支護(hù)體系采用線彈性模型，巖土體采用修正莫爾庫(kù)倫屈服準(zhǔn)則，考慮施工期間的時(shí)間效應(yīng)，開挖與支護(hù)期間荷載釋放率采用35%與75%。地層分為6層，參數(shù)選取見表1、表2。

表1 各地層物理力學(xué)參數(shù)

表2 各結(jié)構(gòu)體系物理力學(xué)參數(shù)

4.3 監(jiān)控量測(cè)布置情況

為全面掌握換乘改造期間基坑及既有建筑物安全，對(duì)本節(jié)點(diǎn)開展以下幾個(gè)方面的監(jiān)控量測(cè)：樁體、樁頂水平位移監(jiān)測(cè)、樁頂垂直位移監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)、地表沉降（隆起）監(jiān)測(cè)，詳細(xì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)見圖5。為減少誤差，在監(jiān)測(cè)之前及監(jiān)測(cè)過程中，對(duì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行檢查校準(zhǔn)。

圖5 監(jiān)控量測(cè)平面布置

4.4 數(shù)值計(jì)算及監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

通過模型建立以及參數(shù)選取，對(duì)西安地鐵5號(hào)線南稍門站進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，得出施工期間基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊土體變形情況，下面通過數(shù)據(jù)對(duì)比，分析改造施工期間地表、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系變形特點(diǎn)，見圖6～圖8。

圖6 典型斷面地表沉降數(shù)值計(jì)算與監(jiān)測(cè)對(duì)比

圖7 樁體水平位移數(shù)值計(jì)算與監(jiān)測(cè)對(duì)比

圖8 混凝土支撐軸力數(shù)值計(jì)算與監(jiān)測(cè)對(duì)比

通過分析地表沉降、支撐軸力以及樁體水平位移模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，曲線形態(tài)基本一致，同時(shí)還可以看出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算值產(chǎn)生一定的出入，造成這種現(xiàn)象的主要原因在于數(shù)值計(jì)算是在不考慮外界因素干擾條件下的計(jì)算結(jié)果，但在實(shí)際的深基坑開挖現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)受到很多因素的干擾。綜合各種情況來(lái)看，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變形曲線擬合度較高，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語(yǔ)

西安地鐵2號(hào)線南稍門站換乘改造已順利施工完成并投入使用，我們總結(jié)出順利完成運(yùn)營(yíng)期間改造施工需要做到：（1）施工前優(yōu)化圍擋方案，以服務(wù)公共交通為出發(fā)點(diǎn)，滿足客流及消防安全需求；（2）施工中最優(yōu)工藝的選擇及相應(yīng)的保障措施的落實(shí)，同時(shí)在施工中根據(jù)實(shí)際施工情況不斷優(yōu)化施工方案。