秦李林 郭连东

(1.太原市住房和城乡建设委员会，山西太原 030009;2.北京市政建设集团有限责任公司，北京 100176)

0 引言

随着我国城市地下交通的迅速发展和城市地铁的网络化，必然会在地铁施工中遇到地铁结合与换乘问题［1］。既有结构破除工程一般具有施工组织复杂、技术要求高、风险大等特点。破除过程中一方面需保证地铁正常运营，另一方面，整个结构改造过程需控制既有运营地铁车站的沉降变形。目前国内外对地铁车站既有结构破除的工艺研究尚处于发展的阶段，既有结构破除涉及的问题主要有施工步序、破除后力系转换、沉降控制等。这些具体问题均有待进一步研究［2-4］。

1 工程概况

北京地铁西直门站是地铁2号线、13号线和4号线三线换乘车站，为了缓解三线换乘过程中换乘设施通过能力不足的压力，新建一个换乘通道。该通道用于13号线换乘2号线和4号线的客流，配合既有换乘设施可以使地铁西直门站三线换乘实现单向客流组织。

北京地铁西直门站换乘通道共有5处与既有地铁车站结构结合的部位。西环广场地下一层换乘大厅存在一处需要进行底板和侧墙破除的工程，侧墙的破除尺寸为14.4 m×2.9 m，厚度为0.7 m;底板的破除尺寸为8.2 m×5.35 m，厚度为0.8 m。顶板覆土厚度1.5 m。混凝土强度等级为C35(抗渗等级S8)，钢筋采用HPB235和HRB335，全外包SBS防水卷材。

2 工程风险

既有结构的破除问题主要有以下几个难点:

1)破除结构截面大。

换乘大厅破除侧墙的尺寸为14.4 m×2.9 m，风险等级为一级风险，如果加固方式或拆除工艺不当，预留结构容易有较大的沉降变形，甚至发生严重的事故。

2)对保留结构变形控制要求高。

拆除时，结构中的钢筋会发生应力重分布，并对保留结构产生一定影响，须在施工前和施工过程中，对拆除结构的施工流程、对保留结构的变形控制等做好充分准备，以减小因结构拆除对保留结构的变形值，确保新建结构的质量达到总体目标。

3)新旧结构结合部位处置要求高。

侧墙和底板拆除后需要和新建通道结合，新旧混凝土节点部位的钢筋处置对保留结构的实体质量影响较大。施工时，需对节点部位的结构处理、钢筋的二次张拉、端头设置等采取有效措施，以保证新旧结构节点的处理达到预期效果。

3 施工工序与主要技术措施

破除施工工序见图1。

图1 破除施工工序图

3.1 施工工序

根据工程的实际特点，针对破除结构的现状，分别对保留结构的加固、破除结构的施工工艺、新旧混凝土节点处置、保留结构的施工全过程监测等进行严格部署。

3.2 主要技术措施

既有结构破除过程中，主要采取了以下技术措施，保证破除过程的安全性:

1)既有结构的加固措施。

换乘大厅内结构支撑采用HW300×300型钢，支撑端部焊接600 mm×600 mm厚度20 mm钢板与既有结构板支撑牢固，以确保结构安全。

2)下部结构施工。

根据现场情况先施工暗挖段左右两洞的地板结构，并完成框柱下方的地板结构。施工时预留加强环梁及上部结构的锚固钢筋。

3)上部结构施工。

对应暗柱及框柱部位的既有结构进行破除，破除宽度1 m。破除施工采用无振动静力切割技术分块进行破除。按顺序施工上部结构底板(加强环梁)、上部结构侧墙同时施作暗柱、框柱。

4)在结构与围护桩之间采用蒸压加气混凝土块砌筑回填，后拆除竖井钢支撑，施工结构顶梁，并与既有结构植筋连接。

5)既有结构加固完成后，采用无振动静力切割，分步分块拆除既有结构侧墙及底板混凝土，并架设临时钢支撑，做好受力转换。

破除既有结构中，侧墙破除施工顺序按照由右往左，由下往上依次进行，如图2所示。

图2 侧墙破除施工顺序

底板在侧墙完成后进行，由中间向两边分块破除。破除顺序如图3所示。

图3 底板破除施工顺序

4 施工工序数值模拟

为在理论上验证施工工序的可靠性，采用MIDAS/GTS数值模拟分析软件对工程的施工工序重点侧墙及底板的拆除步序进行了施工阶段数值模拟，模型如图4所示。采用数值模拟计算的目的是验证所提出施工工序的可靠性，需要对计算结果制定相应的标准。

图4 内部侧墙及底板破除模型

当既有结构混凝土体的应力小于混凝土极限拉应力时认为结构是安全的，施工所采用的C35混凝土的极限抗拉强度设计值为1.57 MPa。

分析侧墙及底板的拆除顺序，为此将下部土体开挖和侧墙部分土体的开挖合并为一步，重点研究侧墙及底板的拆除步序。对各个阶段的底板和顶梁两处应力最大的部位进行应力统计分析，结果如图5所示。

图5 侧墙及底板破除阶段顶梁最大应力变化曲线

按照前面研究的施工工序和施工方案，在下部、上部土体开挖过程中，在侧墙和底板拆除过程中，既有结构的最大拉应力为1.48 MPa，应力满足C35混凝土极限拉应力的要求，进一步验证了该施工技术方案的可行性。

5 结语

既有结构的破除是西直门换乘通道施工的一个难点，风险等级为一级。西环广场地下一层换乘大厅既有结构侧墙和底板位置破除的范围广，形成的临空面大，施工难度大。本工程中，施工前通过数值力系转换模拟，选择合理的破除方式，最后确定为侧墙破除施工按照由右往左，由下往上依次进行;底板在侧墙完成后进行，由中间向两边分块破除的施工方案。施工过程中通过顶板和底板的严格监测，指导施工安全进行，通过施工全程监测，沉降值控制在允许的范围内。

［1］ 徐振廷.城市轨道交通线路设计发展防线探讨［J］.交通科技，2014(2):67.

［2］ 周清福.既有隧道破除改造沉降变形的施工风险控制研究［J］.隧道建设，2012，32(2):117-122.

［3］ 张长泰.换乘站施工破除既有车站结构的力学分析［J］.隧道与地下工程，2014，32(1):90-92.

［4］ 杨 峥.既有人防隧道改造为地铁区间的施工力学行为研究［J］.铁道标准设计，2012(3):69-72.