地铁分离岛式车站邻近桥梁风险分析及控制

摘 要：针对西安地铁某分离岛式车站周边复杂的环境条件，分析了大跨度基坑稳定性、暗挖站台隧道施工安全、桥梁安全及稳定性和横通道群洞效应等工程风险点，研究了混合支撑体系、大管棚加固、防撞措施、施工降水和横通道施工顺序等重难点技术问题，为确保安全施工奠定了坚实的基础。

关键词：地铁；车站；风险；措施

1 引言

地铁地下车站因选址、周边环境等因素制约，在设计时会采用分离岛结构型式，在施工时需要针对安全风险，采取有效措施，保证施工及周边环境安全。本文以西安地铁某车站为例，通过分析车站邻近东元桥的工程风险，研究和提出施工过程中的控制措施，为同类工程提供施工经验。

2 工程概况及水文地质

2.1 工程概况

西安地铁某车站位于东二环与含元路交叉路口的交通环岛处，沿东二环南北向设置，需避让东二环高架桥——东元桥。经调查，东元桥为简支梁结构形式，单跨跨度30m，桥柱直径1.6m，摩擦桩基础，承台长9.4m，宽3.5m，下设四根桥桩，桩长约40m，桩径1.2m。根据周边的具体工况，车站主体结构采用明暗挖结合的地下分离岛式结构（如图1所示），车站总长度为165.5m，明挖结构分布于东元桥东、西两侧，局部站台采用矿山法暗挖结构，两明挖结构中间由7个矿山法暗挖横通道（2个斜通道、5个横通道）相连，实现通风及通行功能。东侧基坑长42.04m、宽11.5m、高18.8m，西侧基坑长126m、宽3.85m、高18.8m，车站中心处顶板覆土约4.20m。

2.2 水文地质

车站范围地面较平坦，勘探点地面高程介于402.63m～405.98m，地貌单元属劳动公园黄土梁。车站场地内地层自上而下为：地表均分布有厚薄不均的全新统人工填土（Q4ml ）；其下为上更新统风积（Q3eol ）新黄土（含有饱和软黄土）及残积（Q3el）古土壤，再下为中更新统风积（Q2eol ）老黄土、冲积（Q2al ）粉质粘土、中砂及粗砂。地下潜水位埋深7.90m～12.00m之间，高程为393.11m～396.44m。车站主体结构持力层主要在老黄土层和粉质黏土层。

3 安全风险分析

经过多次现场调查和研究，主要工程风险有：

3.1 大跨度基坑稳定性

为尽可能的减少车站施工对周边环境的影响，车站采用了在西侧设置外挂设备区的建筑布局。此方案有效缩短了车站明挖基坑的长度，将整个明挖基坑基本设置于交通环岛内，极大减少了对交通的影响，但西侧基坑宽度从20m增大到33.85m，加大了基坑支护的难度和风险。

3.2 暗挖站台隧道施工安全

为满足地铁车辆停靠需要，除明挖主体结构站台区域外，分别设置了120.96m（东侧）和39.5m（西侧）的暗挖站台隧道。隧道标准断面尺寸依次为宽8.25m、高8.36 m（东侧）和宽8.7m、高9.45m（西侧），采用CRD矿山法施工。因CRD工序中存在多次封闭转换，部分隧道需下穿东二环主干道，且隧道侧面距离桥桩较近，暗挖隧道自身施工安全成为需重点关注的问题。

3.3 桥梁安全及稳定性

車站西侧基坑距离桥柱最近处8m，东侧基坑距离桥柱最近处2.8m，桥桩基距离暗挖站台最近处2.23m，施工便道临近桥柱。连接两侧站厅、站台的7个暗挖横通道在桥柱间东西向穿过。如何在施工过程中保证东元桥的安全，是本车站施工的难点。

3.4 横通道群洞效应

为满足车站使用功能，车站设置了7个暗挖横通道。1、3、6号通道位于站台层，5、7号通道位于站厅层，2、4号通道用于连接西侧站厅和东侧站台。因为各通道水平间距平均值约为20m，在施工中如出现群洞效应，会加剧土体扰动，直接影响暗挖施工安全，进而给地表沉降控制、桥梁安全带来不利影响。

4 风险控制措施研究

鉴于车站周边环境复杂，需认真研究风险应对措施。

4.1 混合支撑体系研究

为加强基坑整体抗滑移和倾覆的能力，两个明挖基坑可采用混凝土支撑（第一道）+钢支撑（第二、三道）的混合支撑体系，增加支撑体系的强度和刚度。经计算可知，混凝土支撑宽600mm、高1000mm，水平间距6m；钢支撑直径600mm，水平间距3m的参数设置较为合理。施工时，可在土方开挖至第一道支撑设计底标高后，整体施作混凝土支撑。待混凝土支撑达到设计强度后，继续进行土方开挖作业。为方便机械开挖及车辆运输，经结构稳定性验算，可将车站西侧基坑北端第一根混凝土支撑变更成为钢支撑，达到提高土方开挖效率的目的。

4.2 大管棚加固研究

为加强站台暗挖隧道施工安全，降低施工风险，在隧道上方 120 °范围内全部采用大管棚加固。管棚采用管径108mm，壁厚5mm的钢管，环向间距30cm，外插角2～3°，钢管内灌注1：1水泥水玻璃。由于加固长度较长，每根管棚可由多个管节组成。标准管节长度为3.5m，管节间用内套管联结。在施工时每根大管棚中需间隔安装一根长2.5m的短管节，保证同一断面上的管接头数不超过50%。

4.3 防撞措施研究

受到场地空间制约，明挖基坑施工便道只能设置在东元桥下，便道周边有5个桥柱需要特别保护处理。为保证桥梁安全，需在桥柱周边采用直径108mm，壁厚5mm的钢管设置防撞墩。当在桥面下方使用吊车或者混凝土泵车时，需安排专人进行旁站监督，坚决杜绝因操作失误发生撞击桥柱的安全问题。

4.4 施工降水研究

本车站地下水位在7.9m～12.0m之间，地层中分布有中粗砂层，渗透系数大，水量丰富。通过对水文地质情况的分析，车站明、暗挖结构的施工降水需统一考虑。针对东元桥安全问题，根据地下水位变化情况，分析了水位下降引起地表附加应力增加，导致土体压缩变形的问题。重点量化施工降水导致地面或者桥梁不均匀沉降的可能性。结合水文地质资料和西安地铁一、二号线深基坑降水经验，经过分析计算，虽然黄土间的孔隙水被抽排，但黄土的骨架强度高，土体因失水而压缩变形的可能性较小。施工降水可采用直径500mm的无砂混凝土管进行轻型井点降水。根据东、西侧基坑的尺寸和水位降深，围挡内共需设置29口降水井。其中3口兼做观察井，西侧8口井深为32m，其他井深均为35m。

4.5 横通道施工顺序研究

为避免因群洞效应对横通道安全产生不利影响，在施工初期，需合理安排横通道的施工顺序。因5、7号横通道位于站厅层，不受站台暗挖隧道的施工影响，可在明挖主体结构施工完毕后，依次进行暗挖施工作业。剩余横通道待站台暗挖隧道施工完成后，按照先易后难的原则，采取间隔施工的方式，满足安全和工期的要求。

5 效果评价

5.1 基坑工程监测及结果分析

通过对明挖基坑周边地面沉降、桩体变形、桩顶水平位移、钢支撑轴力的监测数据进行分析，基坑在施工期间监测数据相对稳定，各项监测指标均未超过标准限制。混合支撑体系满足施工要求，基坑安全处于受控状态。

5.2 暗挖工程监测及结果分析

通过对暗挖隧道上方地面沉降、拱顶沉降及洞内收敛的监测数据进行分析，在暗挖初支施工过程中，各项数据发展平稳，二衬施工时数据趋于稳定。经现场施工验证，大管棚加固措施起到了积极的效果。

5.3 降水对桥梁安全的影响分析

通过对施工范围内6个桥柱沉降和倾斜的监测数据分析，施工期间桥柱差异沉降最大值4.14mm，允许值为10mm，倾斜累计最大值为4.11mm，允许值10mm。由此可知，施工降水对桥梁安全的影响不大，桥梁处于稳定状态。

6 结语

综上所述，由于采取了混合支撑体系、大管棚加固、防撞措施及合理的降水方案，整个工程不仅降低了对周边环境的影响，而且极大地控制了工程风险，达到了预期的目的及效果。

参考文献：

[1] 赵月.分离岛式地铁车站的结构设计和施工[J].城市轨道交通研究 2005（2）.

[2] 吕波.分离岛式车站群洞效应分析与施工优化[J].铁道建筑，2006（12）.

[3] 刁志刚，张振刚.地铁车站暗挖法施工中大管棚施工方案设计[J].铁道建筑，2004（7）.

[4] 林卫东.西安地铁凤栖原车站深基坑施工降水技术研究[J].铁道工程学报，2013（1）.

作者简介：

陈千（1985年9月—），男，汉族，陕西城固人，硕士研究生，工程师，西安市地下铁道有限责任公司，研究方向：地铁建设施工管理。