吴沛岭 朱招庚

(中国中铁二院工程集团有限责任公司地铁院，四川 成都 610031)



既有运营地铁车站底板下分段分步暗挖法施工技术

吴沛岭 朱招庚

(中国中铁二院工程集团有限责任公司地铁院，四川 成都 610031)

以某市地铁换乘车站为研究对象，论述了该换乘节点分段分步暗挖法施工的开挖工序及支护措施，并运用MIDAS/Gen建立三维数值模型，获得不同开挖工况下结构的内力与位移，结果表明采用该工法施工，结构的内力及位移均满足规范要求。

地铁车站，换乘节点，分段分步，暗挖法

随着地铁线网密度的增加，换乘车站数量显著增多，因建设过程中影响因素众多，部分先期建设站预留后期结构实施条件不足，导致后期换乘车站节点设计难度增大，给施工及既有线路的运营维护带来了极高的风险，某市地铁1号、4号线换乘车站亦存在上述问题，文献[1]以该换乘站施工为例，宏观上总结了换乘节点的施工方案及监测过程，本文详述了该换乘节点的开挖工序及支护措施，通过有限元软件MIDAS/Gen建立三维数值分析模型，获得不同开挖工况下结构的内力及位移，验证分段分步暗挖法施工关键技术的可行性，结果表明采用该工法施工，结构的内力可满足原结构底板配筋要求，位移差满足规范要求。目前该站已投入运营，工程的顺利实施也可为后续类似工程的建设提供一定的参考依据。

1 工程概况

某市地铁1号、4号线换乘车站采用L型换乘，呈东西向布置。1号线为地下2层结构，4号线为地下3层结构，均处于砂卵石地层，车站地面交通繁忙，周边建筑物密集。换乘节点需要在既有运营状态的1号线车站底板下方施工。现场预留条件如下：1号线车站底板下方为4号线换乘节点共预留10根钢管柱，深度为4号线开挖线以下1.4 m；西侧围护桩深度为1号线开挖线以下3.58 m；既有1号线底板下未预留远期侧墙钢筋接驳器。由于1号线预留的框架柱数量不能满足底板下方明挖的竖向受力，预留的换乘节点基坑围护结构深度不足，且换乘节点处于1号线盾构区间与车站接口处，对变形要求异常敏感，因此换乘节点的施工方法及保证施工期间1号线的安全运营是本工程设计的重难点。

2 换乘车站节点暗挖法开挖工序

设计采用“化整为零、步步为营”的总体思路，分步开挖，分步施工。首先使新旧结构有效连接形成整体，减小施工引起的变形，降低工程风险；随后在既有车站与盾构区间接口下方土体开挖过程中利用小导洞进行竖向侧墙及支撑点的施工，形成竖向支撑，有效控制盾构区间与车站接口薄弱环节处在砂卵石地层中的变形，确保1号线车站及区间安全运营；待有效竖向支撑形成后，剩余土体采用分段分步开挖的暗挖法施工，形成换乘节点。图1为换乘节点段开挖工序平面布置图，开挖工序共六步，详述如下：

工序一：1)由东向西开挖第一部分土体，并破除此范围内的围护桩。2)在④轴与轴交接处铺设钢板。3)在轴与④轴交点处架设1号H型钢柱。

工序二：1)施工④轴-950 mm以东车站顶中底板、侧墙、梁及框架柱部分，除北侧第二部分范围的-3层侧墙及底板外。确保4号线-1层、-2层侧墙与原1号线侧墙可靠连接，顶板、中板与原1号线各层板可靠连接。2)架设1号临时钢管柱。3)由东向西开挖第二部分土体，破除此范围内的围护桩。在④轴与轴交接处铺设钢板。4)在轴上架设2号、3号H型钢柱。5)施工第二部分范围内底板及侧墙。6)架设2号临时钢管柱。

工序四：1)由东向西开挖第四部分土体，须边开挖边架设竖向H型钢柱。分别铺设Ⅰ号～Ⅲ号钢板后，架设7号～10号H型钢柱，确保H型钢柱先架设再逐步进行后续开挖。2)施工西侧挡土墙及钢花管，确保挡土墙与既有围护桩可靠连接。3)施工第四部分范围内的底板及侧墙。

工序五：1)由东向西开挖第五部分土体。2)施工第五部分范围内的底板及侧墙。

工序六：1)由东向西开挖第六部分土体。2)施工①轴处开挖范围内锚杆及挡土墙，确保挡土墙与既有围护桩可靠连接。3)施工剩余底板及墙体部分。

3 分段分步暗挖法施工数值仿真分析

为验证分段分步暗挖法施工全过程车站结构的内力及位移是否满足规范要求，采用有限元软件MIDAS/Gen建立三维数值分析模型，获得不同开挖工况下结构的内力及位移，详述如下。

3.1 计算理论

对于地铁车站结构，车站计算模型采用荷载结构模型，一般可采用板(壳)单元、梁单元或墙单元模拟各层板、柱及墙体单元。MIDAS/Gen梁单元的理论依据是Timoshenko Beam Theory，它具有拉、压、弯、扭的变形刚度，梁单元的每一个节点都具有三个方向的线性位移和三个方向的旋转位移，每个节点都具有6个自由度。

3.2 数值分析模型建立

根据车站换乘节点区域的结构形式，本文采用有限元MIDAS/Gen程序，建立三维仿真分析模型，获取车站节点范围板、墙、梁构件的受力情况，中板开洞处的应力分布情况，数值仿真分析各工况同设计开挖工序一致。

1)模型建立。顶、中、底板及换乘节点底板和各侧墙作为板单元，结构纵梁、横梁及柱作为三维梁单元。底板与地层之间用竖向只受压弹簧，侧墙与土体之间用水平只受压弹簧。节点计算模型见图2。

2)计算荷载及材料参数。a.计算荷载取值。车站覆土荷载为50 kN/m2。侧水、土压力施工阶段按主动侧土压力计，使用阶段按静止侧土压力计。水浮力使用阶段按抗浮最高水位的全部水浮力进行计算，施工阶段按降水无水浮力进行计算。设备区荷载按8 kPa计。列车荷载按列车满载条件确定。地面超载按20 kPa考虑。结构自重按实际重量计，钢筋混凝土按25 kN/m3计。b.混凝土：均采用C35混凝土。c.钢筋：采用HPRB335。

3.3 计算成果分析

表1 位移及内力表

计算完成后提取不同开挖工况下1号线车站底板最大正弯矩

及位移见表1。图3，图4分别为开挖工序四和施工完成后1号线 车站底板最终状态两种工况下的结构内力及位移云图。

据开挖工序及计算数据可见，换乘节点开挖过程中工序一～工序四施工期间，结构承载力较大，该阶段设计及施工过程须重点关注。查1号线设计及竣工资料，其底板配筋为28@150，据表1计算结果，开挖过程中底板满足受力要求，位移差满足规范要求。

4 结语

运用数值仿真分析对换乘节点段在既有运营地铁车站底板下分段分步暗挖法施工关键技术研究进行受力安全性分析，通过开挖后的结构力学行为和开挖产生的结构内力及相对位移，可以得到如下结论：1)由于原线路预留条件不足，换乘节点在既有运营车站下方施工期间，保证安全运营是设计的关键，针对站点情况可采用分段分步暗挖法施工。2)既有车站下方换乘节点运用基坑开挖时空效应理论与实践结合，节点开挖前将新建结构与既有结构连接，形成整体，减小既有车站底板下方施工的变形，极大的降低了工程风险。3)施工车站与盾构区间接口下部的换乘节点，利用小导洞进行竖向侧墙及支撑点的施工，形成竖向支撑，极好的控制了盾构区间与车站接口处在砂卵石地层中的变形，更好的保证了既有车站及区间的安全。采用分段分步开挖施工的暗挖设计技术，结合动态信息化监测手段，实现既有运营地铁车站下部结构竖向加深扩建站台层设计，从而形成换乘节点。

本工程的顺利实施对砂卵石地层中运营车站、运营盾构隧道下方当预留条件不充分时的扩建提供了设计和施工方法的指导。

[1] 陈 中.砂卵石地层过既有线的地铁暗挖施工技术[J].山西建筑，2015，41(2)：153-155.

[2] GB 50157—2013，地铁设计规范[S].

[3] JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[4] 王昌兴.MIDAS/Gen应用实例教程及疑难解答[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

The key technology for construction by section and by stage using subsurface excavation method under existing subway station floor

Wu Peiling Zhu Zhaogeng

(ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.,Ltd,SubwayInstitute,Chengdu610031,China)

Taking a subway transfer station as the research object, the paper detailed the excavation procedure and supporting measures for the construction of interchange joint by section and by stage using subsurface excavation method. At the same time, using MIDAS/Gen establish three-dimensional numerical model in order to obtain the internal force and displacement of the structure under different excavation conditions. The results show that the internal force and displacement of the structure meet the specification requirements.

subway station, interchange joint, by section and by stage, subsurface excavation method

2016-10-23

吴沛岭(1983- )，女，工程师； 朱招庚(1985- )，男，工程师

1009-6825(2017)04-0116-02

U231.4

A