既有地铁车站暗挖扩建施工安全性影响研究

李桂鹏

摘要：随着我国城市化进程逐步加快，为了缓解城市交通和空间压力，地铁建设是解决该问题的有效措施之一。在地铁线网不断扩容、调整时，后期线路与先期已运营的线路经常出现换乘、接驳问题。由于新旧线路规划的不同步、工程周边环境条件复杂等原因，使得既有地铁车站、区间的改造工程具有建设风险高、技术难度大的特点，成为后期线路建设的工程重难点。

关键词：既有地铁车站;施工影响分析;暗挖扩建

1暗挖区间隧道下穿既有地铁施工技术概述

1.1施工技术介绍

既有的1号线地铁车站是南北方向分布的双层的地下地铁车站，采用了双柱三跨箱型的体系结构。在建的7号线则是呈东西分布与1号线垂直的三层地下双柱三跨箱型的体系构造。与1号线在该车站实现换乘。由于1号线建设完成后7号线的规划尚未确定，所以造成未对7号线留有隧道下穿的施工区间。具体施工需要将原有的1号线的车站两排车站立柱进行破除，且面临着7号线施工时1号线处于正常运营时期的问题。因此有较大的施工难度，需要严格设计施工的具体方案。

1.2施工技术方案及施工步序

针对7号线暗挖区间隧道下穿施工难点，对所选用的施工技术的选用应当从技术的成熟度、工程造价、施工的安全性和对既有地铁的影响等角度来全方位的考察。因此选用矿山法的施工方法，隧道的端面呈马蹄形状，复合衬砌，CRD工法。新建的轨道交通隧道支承构架与既有地铁车站的底部有两米的间距，同时为防止出现塌陷的情况发生，选用了直径为108mm的长管棚和直径为42mm的小导管对隧道超前支承与防护，分期施工两侧的扯到，左右两侧线路间距16m。制定具体的施工步序如下：

第一步：对搭建的长管棚进行钻工施工，并向管棚与钻孔之前的间隙注入水泥浆，使水泥充满整个空隙，保证管棚结实牢靠。

第二步：采用CRD法对隧道进行区块划分，总共分成4个区块来开展下穿工程的施工，施工的具体原则是先左侧后右侧，先上后下对导坑进行施工，每个导坑之间间隔5m，直到隧道施工的终点位置。

第三步：对施工防水层的建设和再次的衬砌工作，应当在仰拱及临时中隔壁未被拆除的情况下展开。

第四步：等到再次的衬砌工作完成并符合设计的要求后，展开对临时仰拱及临时中隔壁进行拆除工作。

1.3施工监测数据及分析

统计不同施工时期的既有车站结构的沉降监测数据，不同的监测位置的数据表明，在暗挖区间隧道下穿施工中既有地铁车站结构和轨道的沉降范围在4mm以下，保证了地铁结构和地铁运营的位置变动范围是处于安全的，对既有地铁的运营不产生影响，另外数据显示，在施工初期既有地铁车站的已有1.5到1.8mm的升降量，分析可知主要是在钻孔施工中导致地层的流失造成的。

2隆起突变问题及其影响

2.1三维有限元方面产生的变形

以三维地质建模和三维结构建模为前提，根据洞室的群造型和地质状态来确定形状，并设计好三维有限元计算模型。工作时需要对岩体的物理力学参数有深入的了解，并结合开挖和支护工作开展来确定三维弹塑性数字模拟分析。完成这一分析后，若不采取相应的保护措施，则构造的最高位置是2.8cm。根据地铁修建的有关标准，这一项目中结构隆起数超出了标准，因此需要有关机构采取相应的保护措施。

2.2隧道竖向变形的影响因素

若项目周边受力产生变动，则会产生竖向变形的问题，但是确定其内力布局和变形特点有比较大的难度。在深入了解弹性地基梁的基础上确定解析方式，能够提高项目状态与土体的适应性，并更好地消除各种不良因素的影响。通过研究Winker的弹性地基模型理论不难知道，当隧道地基上存在无限长梁结构时，隧道的纵向变形、抗剪强度都会产生很大的变动，但通过对新车站周边的土地进行加固操作，则土体强度可以显著提升，还可以减少变形问题。施工地点水位的变化除了会使地基产生竖向变化，也会对抗剪力产生很大影响。所以，一定要处理好关键干扰压缩，这样才能够很好地解决竖向变形问题。

3保护技术的具体落实

3.1科学确定衬砌建设流程

工程变形数的提升会导致工程上方卸载数有明显的提升，所以，在对工程变形数数值有一个准确的了解好，便能够取得十分明显的调节效果。实际进行地铁项目的施工时，一定要结合建设流程做好调节工作。

3.2做好已有土体的加固工作

使用灌浆的方法能够实现新建车站底部的加固，加固过程中也不能忽略隧道附近土体的加固，这样才能够很好地提升新建车站底部以及隧道附近土体的抗剪强度指标值。一般条件下，需要结合设计好的土体加固参数和土体加固施工这两个方面进行加固处理。

3.3预应力锚杆的设置

进行预应力锚杆设置工作时应重点把握好以下两点，即预应力锚杆参数的确定和预应力锚杆的施工。确定预应力锚杆参数时，需要结合卸载的具体影响区域来确定。拉锚的一段应该固定在初期支护底板上，锚杆应呈现为梅花形，其间距为3m×3m，锚杆的长度为14m和9m两种。在原有线区间侧边位置需要采用长锚杆进行车站的暗挖工作，暗挖车站的边缘锚杆应当处于下向外侧的下方，其他锚杆应当是垂直向下设置的。杆体的材料一般为2φ32钢筋，锚杆总长都需要设置成固锚段，锚固体的直径为20cm，锚杆轴向拉力值应为229kN。锚杆注浆材料应为水泥浆，并保证抗压强度超过30MPa。

4暗挖区间隧道下穿既有地铁施工安全分析

为了对施工安全进行分析，本文采用了Midas-GTS有限元的分析方法。首先建立了7号线与既有地铁1号线的三维模型，然后将模型导入到Midas-GTS有限元分析软件中，分析施工对既有地铁1号线车站的升降、水平的移动分析计算，其中三维模型中X轴方向为7号线的隧道方向，Y轴则是1号线的车站方向。整个模型中X轴、Y轴、Z轴方向的长度分别为44m、60m和40m。分析计算中对模型的X方向、Y方向及底部施加法向的约束，而上表面无约束。整个模型的施工环境材料选用摩尔-库仑理想弹塑性模型对岩土层进行仿真，既有地铁车站及7号线在建隧道设置成弹性材料。拟仿真的施工步骤为三步，分别为施工左线隧道选用CRD施工方法，将马蹄形断面分成四个区块进行初期的支护。采用相同的方法施工右线隧道初期支护，对二次衬砌结构的施工。

5结语

综上所述，要对已有线路上方及其附近的土体都进行加固操作，而且还要做好抗隆處理，这样才能够有效地降低变形问题的出现率。还可以借助自动化测试体系来确定变形状态，这样能够更好地保证测试体系运行的稳定性，为我国地铁行业的发展奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]陈文博.试论地铁暗挖车站施工保护技术[J].科技与创新，2015（4）：141-142.

（作者单位：中铁三局集团有限公司）