基于地鐵運(yùn)營(yíng)安全的X形垂直換乘車站分期施工研究
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
趙廣民1，何樹(shù)憲2，朱佳友1
- 中交一航局第四工程有限公司，天津 300456；2．中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027）
[摘要]結(jié)合天津地鐵3號(hào)線和6號(hào)線換乘站北站工程實(shí)例，分析了新建線路施工對(duì)已建車站的影響，通過(guò)采取優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝、合理安排土方開(kāi)挖順序、換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶采取逆作法施工等一系列施工措施，保證了運(yùn)營(yíng)車站的正常使用。
[關(guān)鍵詞]地鐵；車站；分期施工；后澆帶；監(jiān)測(cè)；施工技術(shù)
[中圖分類號(hào)]U291. 69 [文章編號(hào)]1002-8498(2016)09-0106-03
0 引言
在地鐵換乘站分期施工工程中，后續(xù)施工會(huì)對(duì)既有線路車站結(jié)構(gòu)及軌道產(chǎn)生位移變形等影響，甚至?xí)绊懠扔芯�路的運(yùn)營(yíng)安全。對(duì)既有線路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握施工對(duì)既有線路結(jié)構(gòu)及軌道變形的影響，為施工和運(yùn)營(yíng)提供及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息，從而保證工程施工和既有線路運(yùn)營(yíng)的安全。
1 工程概況
地鐵天津北站（下簡(jiǎn)稱“北站”）是天津地鐵3號(hào)線和6號(hào)線的換乘車站。已運(yùn)營(yíng)的3號(hào)線北站客流量極大，6號(hào)線在施工過(guò)程中一旦發(fā)生問(wèn)題會(huì)影響3號(hào)線的運(yùn)營(yíng)，甚至影響整個(gè)天津地鐵路網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)。同時(shí)3，6號(hào)線在本站呈590斜十字換乘，施工難度大。同時(shí)本工程所在位置地基土工程性質(zhì)較差，勘察揭露地層最大深度為55. 0m。已建3號(hào)線與新建6號(hào)線車站位置關(guān)系如圖1所示。
2 新建線路施工對(duì)已建車站的影響
6號(hào)線車站施工將開(kāi)挖3號(hào)線中間區(qū)段的土方，導(dǎo)致3號(hào)線中間換乘部分土的側(cè)摩阻力減小，地下水的浮力平衡被打破，給3號(hào)線帶來(lái)以下3個(gè)問(wèn)題。
1)軌道與結(jié)構(gòu)脫離 在既有3號(hào)線結(jié)構(gòu)內(nèi)，由于車站結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)隧道部分的軌道道床結(jié)構(gòu)剛度有差異，若結(jié)構(gòu)上浮，將導(dǎo)致在站隧銜接處的變形縫處產(chǎn)生沉降差，導(dǎo)致軌道與道床結(jié)構(gòu)脫離，軌道受到不均勻沉降后道釘約束產(chǎn)生剪應(yīng)力和軌道彎曲應(yīng)力。其中剪應(yīng)力遠(yuǎn)大于軌道的彎曲應(yīng)力。因此，軌道可能會(huì)與車站結(jié)構(gòu)發(fā)生剝離，在地鐵運(yùn)行中發(fā)生事故。
2)既有線路附屬設(shè)施損害6號(hào)線開(kāi)挖將導(dǎo)致既有線路結(jié)構(gòu)變形，改變既有線路正線結(jié)構(gòu)內(nèi)排水系統(tǒng)坡度，影響正常排水功能，造成導(dǎo)水槽水流不暢，站臺(tái)層積水影響站臺(tái)下設(shè)備檢查，站廳層積水滲入地板磚影響美觀，水量大時(shí)可能沿設(shè)備孔洞變形縫產(chǎn)生明水流影響站臺(tái)層使用功能，對(duì)既有線路運(yùn)營(yíng)環(huán)境產(chǎn)生影響。同時(shí)，3號(hào)線北站的通風(fēng)井等附屬設(shè)施底板埋深10m，6號(hào)線基坑開(kāi)挖深度25. 6m，開(kāi)挖時(shí)地下連續(xù)墻的變形和滲漏均會(huì)擾動(dòng)上述設(shè)施的基礎(chǔ)，產(chǎn)生的變形會(huì)使附屬與主體間的變形縫止水帶撕裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)滲漏，影響乘車環(huán)境，
甚至?xí)绊?號(hào)線的電梯等設(shè)備的運(yùn)營(yíng)安全。
3)既有線路車站揚(yáng)塵和噪聲 結(jié)構(gòu)連接采用機(jī)械破除地下連續(xù)墻，對(duì)既有3號(hào)線車站產(chǎn)生揚(yáng)塵和噪聲。破除內(nèi)襯墻前，需在運(yùn)營(yíng)車站內(nèi)設(shè)置臨時(shí)隔墻，減少破除過(guò)程中揚(yáng)塵進(jìn)入車站，影響乘客乘車環(huán)境。
3 新建車站施工期間風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施
3.1 既有車站上浮原因分析
既有3號(hào)線車站抗浮計(jì)算需保證覆土自重+結(jié)構(gòu)自重+地下連續(xù)墻自重+摩阻力>結(jié)構(gòu)底板的設(shè)計(jì)浮力。
1)經(jīng)計(jì)算，新建6號(hào)線車站基坑開(kāi)挖時(shí)，既有線路車站地下連續(xù)墻兩側(cè)土體卸載使側(cè)摩阻力減小17 383kN，地下連續(xù)墻上浮，帶動(dòng)既有線路車站結(jié)構(gòu)上浮。
2)換乘節(jié)點(diǎn)連接時(shí)破除既有3號(hào)線的地下連續(xù)墻，減小了地下連續(xù)墻自重，抗浮作用力減小導(dǎo)致既有車站結(jié)構(gòu)上浮。
3)新建6號(hào)線車站基坑土方開(kāi)挖時(shí)，對(duì)既有3號(hào)線產(chǎn)生剪切力（見(jiàn)圖2），由于地鐵車站相當(dāng)于一個(gè)整體，自身剛度可以抵抗剪切力，土方開(kāi)挖使既有線路兩側(cè)的受力平衡被打破，導(dǎo)致未開(kāi)挖土體產(chǎn)生合力抵抗側(cè)向壓力，既有線路受到土壓力的4個(gè)面有3個(gè)受到土體或結(jié)構(gòu)的束縛，頂板受到3. 9m覆土的重力不足以抵消向上的力，向上相當(dāng)于活動(dòng)自由端，致使既有線路結(jié)構(gòu)上浮變形。
3.2應(yīng)對(duì)措施
3.2.1 優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝
原6號(hào)線地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)墻底坐落在粉土粉砂層上，只需加深2~4m，將地下連續(xù)墻加長(zhǎng)至49m，即可深入至黏土層內(nèi)，減小坑外承壓水沿地下連續(xù)墻墻底繞流至基坑內(nèi)的可能，同時(shí)在4條接縫處設(shè)置4幅素混凝土地下連續(xù)墻及433根雙高壓旋噴樁，樁長(zhǎng)49m，降低此處在基坑開(kāi)挖過(guò)程中涌水涌砂的可能性，提高基坑突涌安全系數(shù)，進(jìn)而降低基坑施工對(duì)運(yùn)營(yíng)車站產(chǎn)生的影響。
3.2.2 合理安排土方開(kāi)挖順序
1)根據(jù)本工程支撐布置情況，土方開(kāi)挖嚴(yán)格遵循“時(shí)空效應(yīng)”理論，按照“分層、分段、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”和“先撐后挖”的原則進(jìn)行，每層土方開(kāi)挖以3號(hào)線為中線由遠(yuǎn)及近對(duì)稱開(kāi)挖，保證3號(hào)線兩側(cè)土體壓力卸載對(duì)稱均衡。
2)每層土方開(kāi)挖時(shí)，先在盾構(gòu)井處采用盆式開(kāi)挖，留土護(hù)坡減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻暴露時(shí)間，利用被動(dòng)土壓力控制圍護(hù)墻變形，開(kāi)挖到支撐底標(biāo)高時(shí)再?gòu)亩祟^井向換乘段退臺(tái)開(kāi)挖，充分利用時(shí)空效應(yīng)，加快開(kāi)挖速度也為了減少基坑暴露時(shí)間，減少應(yīng)力釋放時(shí)間從而減小基坑隆起量，控制既有線路上浮。
3.2.3 換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶采取逆作法施工
換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶，破除地下連續(xù)墻從上向下進(jìn)行，結(jié)構(gòu)逆作。由于破除地下連續(xù)墻，結(jié)構(gòu)自重減小，導(dǎo)致抗浮重力減小，所以采用分層破除，到達(dá)結(jié)構(gòu)板后先進(jìn)行板的連接，當(dāng)結(jié)構(gòu)板連接后新建6號(hào)線與已建3號(hào)線結(jié)構(gòu)連接形成整體，利用整體自重和本身剛度來(lái)抵抗地下水浮力，每層板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再繼續(xù)向下進(jìn)行地下連續(xù)墻的破除，完成后澆帶結(jié)構(gòu)的連接。
4 對(duì)既有線路影響分析
4.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)情況
監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在既有結(jié)構(gòu)左、右兩條線路的軌行區(qū)軌道板上，變形縫之間每隔7. 5m布設(shè)1個(gè)沉降點(diǎn)，變形縫外每隔15m布設(shè)1個(gè)沉降點(diǎn)，變形縫兩側(cè)均有監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每條線路布設(shè)11個(gè)點(diǎn)，共計(jì)布設(shè)22個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖3）。
4.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果分析
4. 2.1監(jiān)控報(bào)警值設(shè)定
各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制標(biāo)準(zhǔn)最大值的80%設(shè)定為報(bào)警值，既有結(jié)構(gòu)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為15mm，報(bào)警值為12mm，日?qǐng)?bào)警值為2mm/d。
4.2.2 土方開(kāi)挖過(guò)程中既有線路變形分析
既有線路左線結(jié)構(gòu)JCl-4，JCl-10測(cè)點(diǎn)沉降時(shí)程曲線如圖4所示。從圖中可以看出從第1～3層土方開(kāi)挖，左、右線結(jié)構(gòu)一直處于緩慢上浮階段，開(kāi)挖至第4層土方時(shí)，左線結(jié)構(gòu)上浮速率明顯增大，且第4層土方開(kāi)挖過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)值接近報(bào)警值。通過(guò)數(shù)據(jù)分析及時(shí)反饋給施工方采取相應(yīng)措施，減緩?fù)练介_(kāi)挖速度并在每層土開(kāi)挖完成后加快內(nèi)支撐體系的施工速度，抑制地下連續(xù)墻變形，平衡體系內(nèi)外土體壓力差，從而減小基坑內(nèi)土體隆起量，同時(shí)在既有線路地下3層封閉箱體內(nèi)持續(xù)注水(注水約4 000m3)，增加臨時(shí)荷載，減緩上浮趨勢(shì)。通過(guò)有效措施，在第5，6層土方開(kāi)挖過(guò)程中，既有線路上浮趨勢(shì)得到明顯控制。
既有線路右線結(jié)構(gòu)JC2-4，JC2-10測(cè)點(diǎn)變化規(guī)律與左線結(jié)構(gòu)上JCl-4，JCl-10測(cè)點(diǎn)的變化規(guī)律基本一致。
4.2.3后澆帶施工過(guò)程中既有線路變形分析
換乘節(jié)點(diǎn)后澆帶施工采用結(jié)構(gòu)逆做，既有線路左線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖5所示，從圖中可知，上浮速率緩慢增大。由于地下連續(xù)墻的破除使換乘節(jié)點(diǎn)處既有線路車站結(jié)構(gòu)脫離原地下連續(xù)墻的約束，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上浮。通過(guò)數(shù)據(jù)分析及時(shí)對(duì)6號(hào)線頂板進(jìn)行覆土，新老車站頂板已經(jīng)連接，6號(hào)線車站的地下連續(xù)墻抗浮通過(guò)約束3號(hào)線車站上浮，同時(shí)加快新老車站中板連接施工速度，從后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，3號(hào)線車站上浮得到控制。
后澆帶施工既有線路右線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的曲線圖變化規(guī)律同左線變化規(guī)律及產(chǎn)生的原因一致。
4.2.4 各段施工過(guò)程中既有線路結(jié)構(gòu)縱向變形分析
下穿既有線路車站施工引起的既有線路結(jié)構(gòu)縱向上浮變形曲線呈正態(tài)分布，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到最大上浮累計(jì)值11.5 mm，未超過(guò)設(shè)計(jì)單位所規(guī)定的報(bào)警值12mm。說(shuō)明在地鐵6號(hào)線施工過(guò)程中采取的措施有效地控制了既有線路的上浮變形，確保了既有線路的運(yùn)營(yíng)安全。
5 結(jié)語(yǔ)
在新建車站施工過(guò)程中，通過(guò)采取一系列措施，有效地控制了既有運(yùn)營(yíng)車站的安全，同時(shí)得到如下幾點(diǎn)結(jié)論。
注重前期設(shè)計(jì)研究，提出優(yōu)化方案，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響。
土方開(kāi)挖時(shí)，采取對(duì)稱開(kāi)挖的方式，同時(shí)加強(qiáng)既有結(jié)構(gòu)軌道的監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析實(shí)際沉降數(shù)據(jù)并及時(shí)反饋施工，采取可靠、有效的應(yīng)對(duì)措施，能較好地降低風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生概率，避免造成既有線路運(yùn)營(yíng)事故。
換乘車站分期施工中要留有接頭，尤其是圍護(hù)結(jié)構(gòu)，交叉換乘車站施工界面距運(yùn)營(yíng)車站軌行區(qū)越遠(yuǎn)越有利，建議控制在10m以外，有利于后續(xù)車站的施工，減少對(duì)既有線路的影響。
