新建道路近距离平行上穿地铁车站方案研究

赵　斌， 朱　恺， 阮　松

(中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100055)



新建道路近距离平行上穿地铁车站方案研究

赵斌， 朱恺， 阮松

(中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100055)

【摘要】新建城市道路近距离上穿地铁车站，将引起地铁车站所在土体的隆起，尤其是地下水位较高时，此时既要保证下方地铁的正常运营，又要保证上方道路工程的正常施工与经济性，制定合适的施工方案尤为重要。文章基于成都市西3线道路工程近距离平行上穿地铁1号线南延线工程华阳站，通过midas civil 软件，建立三维模型，并考虑地下水位影响，计算表明：随着施工进尺(单次开挖长度)的增加，底板隆起值及其纵向影响范围呈增加趋势；在相同施工进尺情况下，跨柱开挖引起的隆起值更大，且随着施工进尺的增加，这一现象趋于不明显；地铁车站标准段，施工进尺按15 m(1.5倍柱距)控制；地铁车站扩大段，施工进尺按10 m(1倍柱距)控制。

【关键词】近距离；平行上穿；地铁车站；高地下水位

随着我国城市轨道交通的快速发展，城市新建市政工程与地铁工程产生交叉、上穿等[1]相互影响日益增多。此时既要保证下方地铁的正常运营，又要保证上方工程的正常施工与经济合理。关于这一点，温锁林[2]结合上海东西通道跨越地铁二号线工程，提出了采用SMW工法施工基坑围护墙和分隔墙将基坑分为若干小基坑，小基坑采用跳仓和分层方式开挖；卢光杰[3]通过数值模拟，提出对于上穿工程，夹层土体理论上存在合理的厚度H，使得上穿工程对既有地铁隧道结构的动、静荷载综合影响达到最优；刘欢[4]通过数值模拟，得出了上穿施工引起地铁隧道变形规律，即随着间距的增加，既有结构变形较小；戴文彬[5]基于西安地铁，数值模拟了抽水引起的地铁隧道变形，并与解析解进行对比，指出抽水对地铁隧道变形影响明显。可见，人们对于上穿地铁隧道已有了不少研究成果，而对于上穿地铁车站的研究并不多见。对于地铁车站，其覆土往往较地铁隧道浅很多，对于地下水位较高的城市，如成都的地铁车站常设置抗浮脚趾、抗拔桩及压顶梁等抗浮措施，若是在雨季施工，地铁车站可能产生较大的隆起变形，严重威胁地铁的正常运营。该文基于成都市西3线道路工程近距离平行上穿地铁1号线南延线工程华阳站，针对车站的不同段，提出相应的施工方案，既可以保证对于地铁车站的安全运营，又保证了上方工程的施工与经济性。

1工程概况与计算模型

1.1工程概况

西3线道路工程位于成都市高新区中和片区，地势较平坦，场地较为开阔，有网状的乡村公路，交通相对较便利。该道路工程规划红线宽度30 m，设计全长1 214.16 m，类别为城市次干路，路面等级为高级路面，交通等级为重交通。道路工程横断面组成为：人行道3.5 m+车道23.0 m+人行道3.5 m，沿规划中线对称布置。

西3线道路工程在K0+000—K0+240段，与已建的地铁1号线南延线华阳站主体平面位置重合。该段西3线道路路面平均高程为479.874 m，道路结构层厚为1.66 m(设计土路基以上结构为80 cm厚连砂石加强层+20 cm厚级配碎石垫层+50 cm厚水泥稳定碎石层+16 cm厚沥青面层)，成型后的路面与车站主体顶面高差约为2.5 m，该范围内车站顶板平均高程为477.339 m(表1)。道路与车站平面及剖面关系如图1～图3所示。

表1　西3线道路与地铁结构物顶面高程关系　m

从表1可以看出，路面施工期间，车站上方覆土沿车站主体纵向变化较大，最小处约为0.2 m，最大处约为1.1 m，平均覆土仅为0.79 m。

根据西3线工程地勘报告及地铁工程地勘报告，车站抗浮水位取地下2.5 m，每1 m水头浮力按10 kPa考虑。对主体结构取纵向1 m长度进行抗浮稳定性验算。道路施工时，上部覆土厚按0.79 m考虑，车站标准段横断面抗浮安全系数为：K=(结构自重+覆土)/水浮力=(2 237.2+374.46)/2 705.29=0.96<1.05，不满足抗浮要求。

图1　道路与车站平面关系

图2　标准段剖面关系

图3　扩大段剖面关系

1.2计算模型

车站标准段横断面尺寸如图2所示，模型中顶、中、底板采用板单元模拟，中柱、顶纵梁、中纵梁、底纵梁采用梁单元模拟，地层采用受压弹簧模拟模型如图4、图5所示。

图4　车站模型图1

1.3计算参数

车站主要环境信息、结构见表2、表3。

表2　结构尺寸　mm

表3　车站环境信息

1.4计算荷载

地铁结构按钢筋混凝土，容重取25 kN/m3，由程序自动加载。结构顶板、侧墙及底板外荷载见表4、表5。

表4　标准段荷载　kN/m2

表5　扩大段荷载　kN/m2

(a)标准段

(b)扩大段图5　车站模型图2

2安全控制指标

根据CJJ/T 202-2013《城市轨道交通结构安全保护技术规范》[7]附录B表B.0.2城市轨道交通结构安全控制指标值，隧道竖向位移预警值为10 mm，控制值为20 mm，隧道变形曲率半径控制值为15 000 m。

同时文献[6]指出意大利国家铁路规范对轨道控制值要求如下：纵向410 m长度内绝对沉降20 mm，10 m纵向长度内差异沉降1‰。

本文计算时，与华阳站轨道专业负责人沟通协调，考虑到轨道的可调整空间，认为10 mm及纵向变形曲率半径R≥15 000 m作为安全控制指标是合理的。

3计算结果分析

3.1标准段

(1)工况一：施工进尺10 m时荷载示意见图6、图7。

图6　柱间开挖

图7　跨柱开挖

(2)工况二：施工进尺15 m时荷载示意见图8。

图8　开挖15 m荷载示意

(3)工况三：施工进尺20 m时荷载示意见图9、图10。

表6为标准段施工进尺与底板隆起值的关系表。可见：随着施工进尺的增加，底板隆起值及其纵向影响范围呈增加趋势；在相同施工进尺情况下，跨柱开挖引起的隆起值更大，

图9　柱间开挖

图10　跨柱开挖

且随着施工进尺的增加，这一现象趋于不明显；当施工进尺为20 m时，隆起值已达10.17 mm，超过控制值；而施工进尺为10 m，隆起值为6.40 mm，距离控制值较大；同时三种施工进尺情况的纵向变形值都小于相应的纵向变形允许值。

表6　标准段施工进尺与隆起值关系

注：表中纵向变形允许值是以R=15 000 m作为计算依据，按各工况下实际影响范围作为计算条件计算得到的。

表7为标准段施工进尺与顶板、中板、底板裂缝宽度关系表。可见：随着施工进尺的增加，顶板、中板、底板上的弯矩呈增加趋势，且底板上弯矩增加最为明显；在相同施工进尺的情况下，跨柱开挖引起的板弯矩增加更大；同时在三种施工进尺条件下，结构顶板、中板、底板的裂缝均能达到要求。

综上，对于车站标准段，纵向开挖施工进尺可取为15 m。

3.2扩大段

表8为扩大段施工进尺与底板隆起值的关系表。可见：随着施工进尺的增加，底板隆起值及其纵向影响范围呈增加趋势；在相同施工进尺情况下，跨柱开挖引起的隆起值更大；当施工进尺为15 m时，隆起值已达10.17 mm，超过控制值；同时三种施工进尺情况的纵向变形值都小于相应的纵向变形允许值。

表9为扩大段施工进尺与顶板、中板、底板裂缝宽度关系表。可见：随着施工进尺的增加，顶板、中板、底板上的弯矩呈增加趋势；同时在三种施工进尺条件下，结构顶板、中板、底板的裂缝均能达到要求。

综上，对于车站扩大段，纵向开挖施工进尺可取为10 m。

3.3讨论

对于地铁车站而言，因其覆土一般很浅，当地下水位较

表7　标准段施工进尺与板裂缝宽度关系

表8　扩大段施工进尺与隆起值关系

注：表中纵向变形允许值是以R=15 000 m作为计算依据，按各工况下实际影响范围作为计算条件计算得到的。

表9　扩大段施工进尺与板裂缝宽度关系

高时，去掉车站顶部的覆土对车站是有明显影响的，尤其是对于运营中的车站。但车站结构较之地铁区间而言，其刚度明显更大，因此采用合理的施工方案与步序，可以保证车站的安全运营。

同时对于该类型的工程，应当尽量安排工期在枯水期进行。必要时，在施工期间采取降水措施，以保证地铁车站的安全运营。

4结论

西3线道路工程近距离平行上穿既有地铁车站，目前该工程已顺利实施。基于成都市高地下水位的特点，提出了合理的施工方案，并得到以下结论：随着施工进尺的增加，底板隆起值及其纵向影响范围呈增加趋势；在相同施工进尺情况下，跨柱开挖引起的隆起值更大，且随着施工进尺的增加，这一现象趋于不明显；地铁车站标准段，施工进尺可按15 m(1.5倍柱距)控制；地铁车站扩大段，施工进尺可按10 m(1倍柱距)控制。

参考文献

[1]李兆平,汪挺,郑昊,等. 盾构隧道近距离小角度上穿已建暗挖隧道方案[J]. 都市快轨交通,2008(6):64-68.

[2]温锁林. 近距离上穿运营地铁隧道的基坑明挖施工控制技术[J]. 岩土工程学报,2010(S2):451-454.

[3]卢光杰. 上穿工程对既有地铁隧道结构变形影响及控制研究[D].北京交通大学,2008.

[4]刘欢. 地下街上穿施工与既有地铁隧道相互影响的数值模拟分析[D].哈尔滨工业大学,2013.

[5]戴文彬. 抽水地面沉降对地铁隧道变形的影响研究[D].长安大学,2013.

[6]北京市轨道交通建设管理有限公司,北京交通大学,中铁隧道集团有限公司.浅埋暗挖法近距离穿越既有地铁构筑物(区间与车站)关键技术研究鉴定材料[R].2005.

[7]CJJ/T 202-2013城市轨道交通结构安全保护技术规范[S].

[作者简介]赵斌(1988～)，男，硕士研究生，助理工程师，从事地铁结构设计工作。

【中图分类号】U416.1

【文献标志码】B

[定稿日期]2015-09-23