既有地铁车站增设连接通道技术研究

文｜广州地铁设计研究院有限公司 戴永兴 何涛

1 引言

随着全国各地轨道交通项目的持续建设，各大中城市地铁线网的覆盖范围越来越广，对于部分既有运营地铁车站，经常会碰到随着周边地块开发，需要进行改造增设连接通道的情况，这种近接工程必然会对既有地铁结构的变形、受力带来一些负面影响，本文以广州宏城广场连接APM线天河南一路站地下通道工程为例，对新增连接通道实施对既有轨道交通结构的影响进行了分析，分析结论对类似项目具有一定的借鉴意义。

2 工程概况

2.1 项目简介

该项目为宏城官场地下室与APM天河南一站出入口相连接的地下通道工程。地处天河商业地段，在宏城西路与天河南一路交叉口的东北角。拟建设一地下通道将天河南一路站西侧和车站出入口进行连接，并在天河南一路站北侧和宏城广场的负一层地下室之间建设起跨车站端头矿山法隧道，并将车站东北侧与宏城广场的地下室相连接。通道全长约51m，基坑宽度6.0m～6.5m，基坑深度8.1m～8.3m，采用明挖顺作法施工。项目平面示意如图1所示：

项目具体信息如下：（1）新增连接通道围护结构采用直径800、间距1000的钻孔桩，嵌固深度5m，基坑竖向设两道（局部一道）内支撑，桩间采用直径600旋喷桩止水；（2）既有APM天河南站为地下四层站，车站两端接矿山法断面，矿山法断面采用复合式衬砌，内净跨7.32m，初衬为喷射C25早强混凝土，厚350mm；二衬为C30防水钢筋混凝土，P10，厚450mm；（3）宏城广场为一大型号商场，三层地下室（位于APM线上方部分为一层地下室）。

图1 项目平面示意图

2.2 工程地质情况

场地地层自上而下为：1杂填土、3-2粗砂、 4-1粉质粘土、 5-1粉质粘土、5-2粉质粘土、 6全风化泥质粉砂岩、7强风化泥质粉砂岩、8中风化泥质粉砂岩；地下水位埋深2.7～2.9m。基坑深度8.131m～8.337m，场地的工程岩土技术参数见表1。

表1 工程岩土技术参数值

3 通道施工对既有地铁结构影响分析

3.1 模型建立

本次分析采用MIDAS GTS软件，地层-结构模型，模型尺寸取100m×100m×60m（长×宽×厚）。地层及围护桩采用实体单元，墙体、隧道衬砌采壳单元，基坑横撑用Beam 梁单元模拟，地面考虑20kPa 超载。分析模型见图2。

图2 分析模型示意图

3.2 分析结果

根据设计方案，通道实施对既有地铁结构的影响按以下步骤进行模拟：（1）初始应力分析，位移清零，获取初始应力场；（2）进行既有地铁结构（含隧道）的开挖与生成，初始位移清零；（3）基坑围护桩施工；（4）开挖至深度2.4m位置，设置第一道支撑；（5）开挖至深度5.4m位置，设置第二道支撑；（6）开挖至深度8.3m(基坑底)位置。主要分析结构如下：

1、基坑开挖至2.40m计算结果

基坑开挖至2.40m后，既有APM车站主体结构最大弯矩为518.8kN·m，出入口结构最大弯矩为194.8kN·m，矿山法隧道最大弯矩为86.4kN·m，其中出入口弯矩增量最大，增量为13.5kN·m。

新建通道围护结构最大总位移2.44mm，车站出入口最大总位移0.86mm，车站主体结构最大总位移为0.46mm，矿山法隧道结构的最大总位移量为0.26mm，相关位移云图见图3。

2、基坑开挖至5.40m计算结果

基坑开挖至5.40m后，既有APM车站主体结构最大弯矩为519.5kN·m，出入口结构最大弯矩为170.3kN·m，矿山法隧道最大弯矩为84.6kN·m，其中出入口弯矩增量最大，增量为-11kN·m。

新建通道围护结构最大总位移5.47mm，车站出入口最大总位移1.77mm，车站主体结构最大总位移发生在地下一层位置，位移量为1.05mm，矿山法隧道结构的最大总位移量为0.56mm，其中基坑围护结构位移增量最大，增量为3.03mm。

图3 基坑开挖至2.4m时位移云图

3、开挖至坑底8.30m计算结果

基坑开挖至8.30m后，既有APM车站主体结构最大弯矩为517.7kN·m，出入口结构最大弯矩为157.6kN·m，矿山法隧道最大弯矩为83.1kN·m，其中出入口弯矩增量最大，增量为-18.5kN·m。

新建通道围护结构最大总位移4.00mm，车站出入口最大总位移2.36mm，车站主体结构最大总位移发生在负一层车站处，位移量为1.54mm，矿山法隧道结构的最大总位移量为0.85mm，其中其中基坑围护结构位移增量最大，增量为-1.47mm。

3.3 新建通道与既有车站接口设计要点

由于既有车站结构设计时未预留接口，因此新建通道接入车站时需对接口部位进行改造，改造一方面要保证工程实施的安全性及建成后的使用功能，另一方面还要尽量减少对现状地铁运营的影响，接口实施要点如下：（1）出入口侧墙开洞前应在出入口内部先设置临时钢管支撑；（2）墙体开洞应采用切割工艺施工，开洞前应以设计要求为准在墙体之上放出切割线的位置；在对墙体洞口进行切割的时候，需要将待切墙划分成为0.5×0.5m的小块，然后进行分段切割，需要注意的是所切割的每一块重量不能过重，以方便切割和搬运。采用水钻从中心位置开始向四周进行切割，总体的施工顺序为从上至下进行切割。水钻排孔切割后人工剔凿扩展50mm，保留钢筋；（3）最后施工接口位置梁柱等构件，实现通道连通。接口实施方案示意图见图4。

图4 新增通道与车站接口实施方案示意图

4 地铁保护标准及施工监测情况

根据广州地铁保护相关要求，既有地铁结构安全控制标准如下：（1）隧道水平位移＜15mm；（2）隧道竖向位移＜15mm；（3）轨向高差＜4mm；（4）-4mm＜轨间距＜+6mm。

在通道施工过程中，对通道正下方既有运营矿山法隧道采用自动化监测手段进行实时监测；对天河南一路站车站结构采用常规监测手段进行了监测，监测数据表明：施工过程中，既有矿山法隧道最大竖向位移2.36mm，最大水平位移1.96mm，轨向高差0.37mm，轨间距0.09mm；天河南一路站车站主体结构最大位移2.45mm；车站出入口最大位移3.22mm。

监测项目实测值比理论分析值略大，这可能与计算时岩土参数选取有关，可能是计算未能考虑施工期间其他因素的影响，但总的来讲，各项目理论值及监测值均满足地铁保护要求。

5 结论

新增连接通道施工对既有地铁结构位移影响较小，理论分析位移值略小于实测值，这可能与理论分析时岩土参数选取有关，也可能是因为计算时无法考虑施工期间其他因素的影响。但总的来讲，只要严格按照设计方案施工，通道实施不影响既有地铁结构安全。

随着通道基坑开挖，既有地铁结构自身受力也会发生变化，从计算结果看，车站主体结构和暗挖隧道结构内力变化较小，出入口结构内力变化较大，笔者分析这是因为由于车站为地下四层结构，体量较大，而出入口体量相对较小，对外部施工干扰更为敏感有关。

通道施工过程中，既有结构内力变化幅度均布超过5%，结构受力安全可控。