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基于地鐵運營安全的X形垂直換乘車站分期施工研究

文檔作者：趙廣民1，何樹憲2，朱佳友1 文檔來源： 1．中交一航局第四X-程有限公司 2．中國港灣工程有限責(zé)任公司，		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月08日
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施工技術(shù)
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2016年5月上
第45卷第9期
DOI：10．7672／sgjs2016090106
基于地鐵運營安全的X形垂直換乘車站分期施工研究
趙廣民1，何樹憲2，朱佳友1
(1．中交一航局第四X-程有限公司，天津300456；2．中國港灣工程有限責(zé)任公司，北京100027)
[摘要]結(jié)合天津地鐵3號線和6號線換乘站北站工程實例，分析了新建線路施工對已建車站的影響，通過采取優(yōu)
化圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝、合理安排土方開挖順序、換乘節(jié)點后澆帶采取逆作法施工等一系列施工措施，保證了運營車
站的正常使用。
[關(guān)鍵詞]地鐵；車站；分期施工；后澆帶；監(jiān)測；施工技術(shù)
[中圖分類號]U291．69 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1002—8498(2016)09-0106-03
Construction Research by Stages of X-shape Vertical Transfer
Station based on Safety of Subway Operation
Zhao Guangmin。，He Shuxian2，Zhu Jiayoul
(1．No．4 Engineering Co．，Ltd．of CCCC First Harbor Engineering Co．，Ltd．，Tianjin 300456，China；
2．China Harbor Engineering Co．，Ltd．，Beijing 100027，China)
Abstract：Based on the project of north station for Tianjin Metro line 3 and line 6 Transfer Station，the
influence of the new line construction on the station is analyzed．The normal operation of the station is
guaranteed by taking measures such as optimizing the construction technology of building envelope，
making reasonable arrangement of earthwork excavation sequences and using top—down method of late
poured band．
Key words：subways；stations；construction by stages；late poured band；monitoring；construction
0 引言
在地鐵換乘站分期施TT程中，后續(xù)施工會對
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€路的運營安全。對既有線路進(jìn)行
監(jiān)測，掌握施工對既有線路結(jié)構(gòu)及軌道變形的影
響，為施工和運營提供及時可靠的數(shù)據(jù)信息，從而
保證工程施工和既有線路運營的安全。
1 工程概況
地鐵天津北站(下簡稱“北站”)是天津地鐵3
號線和6號線的換乘車站。已運營的3號線北站客
流量極大，6號線在施丁過程中一旦發(fā)生問題會影
響3號線的運營，甚至影響整個天津地鐵路網(wǎng)的運
營。同時3，6號線在本站呈59。斜十字換乘，施工
難度大。同時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號線
與新建6號線車站位置關(guān)系如圖1所示。
[作者簡介]趙廣民，項目經(jīng)理，高級工程師，E—mail：592214443@
qq·corn
[收稿日期]2015-09-30
a平面
圖1 已建3號線與新建6號線車站位置關(guān)系
Fig．1 The location relationship between
line 3 and line 6
2 新建線路施工對已建車站的影響
6號線車站施工將開挖3號線中間區(qū)段的土
方，導(dǎo)致3號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號線帶來以下3個
問題。
1)軌道與結(jié)構(gòu)脫離在既有3號線結(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
萬方數(shù)據(jù)
2016 No．9 趙廣民等：基于地鐵運營安全的x形垂直換乘車站分期施工研究107
曲應(yīng)力。其中剪應(yīng)力遠(yuǎn)大于軌道的彎曲應(yīng)力。因
此，軌道可能會與車站結(jié)構(gòu)發(fā)生剝離，在地鐵運行
中發(fā)生事故。
2)既有線路附屬設(shè)施損害6號線開挖將導(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，站臺層積水影響站臺下設(shè)備檢查，站廳層積水
滲入地板磚影響美觀，水量大時可能沿設(shè)備孔洞變
形縫產(chǎn)生明水流影響站臺層使用功能，對既有線路
運營環(huán)境產(chǎn)生影響。同時，3號線北站的通風(fēng)井等
附屬設(shè)施底板埋深lOm，6號線基坑開挖深度
25．6m，開挖時地下連續(xù)墻的變形和滲漏均會擾動
上述設(shè)施的基礎(chǔ)，產(chǎn)生的變形會使附屬與主體問的
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?號線的電梯等設(shè)備的運營安全。
3)既有線路車站揚塵和噪聲結(jié)構(gòu)連接采用
機械破除地下連續(xù)墻，對既有3號線車站產(chǎn)生揚塵
和噪聲。破除內(nèi)襯墻前，需在運營車站內(nèi)設(shè)置臨時
隔墻，減少破除過程中揚塵進(jìn)入車站，影響乘客乘
車環(huán)境。
3 新建車站施工期間風(fēng)險應(yīng)對措施
3．1 既有車站上浮原因分析
既有3號線車站抗浮計算需保證覆土自重+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)計浮力。
1)經(jīng)計算，新建6號線車站基坑開挖時，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，帶動既有線路車站
結(jié)構(gòu)上浮。
2)換乘節(jié)點連接時破除既有3號線的地下連
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號線車站基坑土方開挖時，對既有3
號線產(chǎn)生剪切力(見圖2)，由于地鐵車站相當(dāng)于一
個整體，自身剛度可以抵抗剪切力，土方開挖使既
有線路兩側(cè)的受力平衡被打破，導(dǎo)致未開挖土體產(chǎn)
生合力抵抗側(cè)向壓力，既有線路受到土壓力的4個
面有3個受到土體或結(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
自由端，致使既有線路結(jié)構(gòu)上浮變形。
3．2應(yīng)對措施
3．2．1 優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝
原6號線地下連續(xù)墻設(shè)計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，同時在4條接縫處設(shè)
a土方開挖時既有3號b 1—1剖面
線側(cè)向受力平面示意
圖2 基坑土方開挖對既有線產(chǎn)生的側(cè)向力
Fig．2 The lateral force generated on existing
foundation excavation
置4幅素混凝土地下連續(xù)墻及433根雙高壓旋噴
樁，樁長49m，降低此處在基坑開挖過程中涌水涌砂
的可能性，提高基坑突涌安全系數(shù)，進(jìn)而降低基坑
施工對運營車站產(chǎn)生的影響。
3．2．2合理安排土方開挖順序
1)根據(jù)本工程支撐布置情況，土方開挖嚴(yán)格遵
循“時空效應(yīng)”理論，按照“分層、分段、對稱、平衡、
限時”和“先撐后挖”的原則進(jìn)行，每層土方開挖以3
號線為中線由遠(yuǎn)及近對稱開挖，保證3號線兩側(cè)土
體壓力卸載對稱均衡。
2)每層土方開挖時，先在盾構(gòu)井處采用盆式開
挖，留土護(hù)坡減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻暴露時間，利用被動
土壓力控制圍護(hù)墻變形，開挖到支撐底標(biāo)高時再從
端頭井向換乘段退臺開挖，充分利用時空效應(yīng)，加
快開挖速度也為了減少基坑暴露時間，減少應(yīng)力釋
放時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)點后澆帶采取逆作法施工
換乘節(jié)點后澆帶，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
線與已建3號線結(jié)構(gòu)連接形成整體，利用整體自重
和本身剛度來抵抗地下水浮力，每層板混凝土強度
達(dá)到設(shè)計強度，監(jiān)測數(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對既有線路影響分析
4．1監(jiān)測布點情況
監(jiān)測點布設(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個沉降
點，變形縫外每隔15m布設(shè)1個沉降點，變形縫兩
側(cè)均有監(jiān)測點。每條線路布設(shè)11個點，共計布設(shè)
22個沉降監(jiān)測點(見圖3)。
4．2監(jiān)測數(shù)據(jù)成果分析
4．2．1監(jiān)控報警值設(shè)定
各監(jiān)測項目控制標(biāo)準(zhǔn)最大值的80％設(shè)定為報
警值，既有結(jié)構(gòu)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為15mm，報警值為
12mm，日報警值為2mm／d。
萬方數(shù)據(jù)
108 施工技術(shù)第45卷
圖3 既有線路車站結(jié)構(gòu)監(jiān)測點布置
Fig．3 Layout of monitoring points for existing line
station structure
4．2．2土方開挖過程中既有線路變形分析
既有線路左線結(jié)構(gòu)JCl-4，JCl-10測點沉降時
程曲線如圖4所示。從圖中可以看出從第1～3層
土方開挖，左、右線結(jié)構(gòu)一直處于緩慢上浮階段，開
挖至第4層土方時，左線結(jié)構(gòu)上浮速率明顯增大，且
第4層土方開挖過程中監(jiān)測數(shù)值接近報警值。通過
數(shù)據(jù)分析及時反饋給施工方采取相應(yīng)措施，減緩?fù)?
方開挖速度并在每層土開挖完成后加快內(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
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)，增加臨時荷載，減緩上浮趨勢。通過有
效措施，在第5，6層土方開挖過程中，既有線路上浮
趨勢得到明顯控制。
E
￡
豳|(zhì)
S
制矗
嘯
一JCl．4
一JC卜IO
一土層
06-09 07-2l 09-0l 10—13
06—30 08．1l 09—22
監(jiān)測時間(2015年)／(月一日)
圖4 隨土方開挖既有線路左線監(jiān)測曲線
Fig．4 Monitoring curves of line 3 with
the earth excavation
既有線路右線結(jié)構(gòu)JC2-4，JC2—10測點變化規(guī)
律與左線結(jié)構(gòu)上JCl-4，JCl—10測點的變化規(guī)律基
本一致。
4．2．3后澆帶施工過程中既有線路變形分析
換乘節(jié)點后澆帶施工采用結(jié)構(gòu)逆做，既有線路
左線監(jiān)測數(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
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。通過數(shù)據(jù)分析及時對6號線頂板
進(jìn)行覆土，新老車站頂板已經(jīng)連接，6號線車站的地
下連續(xù)墻抗浮通過約束3號線車站上浮，同時加快
新老車站中板連接施工速度，從后期監(jiān)測數(shù)據(jù)分
析，3號線車站上浮得到控制。
后澆帶施工既有線路右線監(jiān)測數(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。
El
E
衄】
S
制七
嚓
11．10 1l一22 12-04 12．16
11．16 ll-28 12．10 12．22
監(jiān)測時間(2014年)／(月一日)
圖5 隨后澆帶施工既有線路左線監(jiān)測曲線
Fig．5 Monitoring curves of line 3 on the
construction of late poured band
4．2．4 各段施工過程中既有線路結(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，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)得到
最大上浮累計值11．5mm，未超過設(shè)計單位所規(guī)定
的報警值12mm。說明在地鐵6號線施工過程中采
取的措施有效地控制了既有線路的上浮變形，確保
了既有線路的運營安全。
5 結(jié)語
在新建車站施工過程中，通過采取一系列措
施，有效地控制了既有運營車站的安全，同時得到
如下幾點結(jié)論。
注重前期設(shè)計研究，提出優(yōu)化方案，提高圍護(hù)
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少對既有結(jié)構(gòu)的影響。
土方開挖時，采取對稱開挖的方式，同時加強既
有結(jié)構(gòu)軌道的監(jiān)測，通過分析實際沉降數(shù)據(jù)并及時反
饋施工，采取可靠、有效的應(yīng)對措施，能較好地降低風(fēng)
險事件的發(fā)生概率，避免造成既有線路運營事故。
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營車站軌行區(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，減少對既有線路的影響。
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