地铁T 型换乘新建车站施工对既有运营车站的影响及对策

王庆峰

（中铁十四局集团隧道工程有限公司，山东 济南 250014）

1 工程概况

1.1 工程简介

郑州地铁7 号线孙八寨站与已运营的郑州地铁5号线市第二人民医院站T 型换乘，两车站平面位置关系见图1。

图1 孙八寨站与市第二人民医院站平面位置

孙八寨站主体为地下三层双柱结构，标准段宽23.3 m、深约25.42 m，北盾构井段宽27.8 m、深约26.93 m。采用明挖顺作法施工，围护结构采用地连墙，标准段竖向设置4 道支撑，第1 道支撑为混凝土支撑，其余为钢支撑。北盾构井段竖向设置4 道支撑+1 道换撑，第1、3 道支撑为混凝土支撑，其余为钢支撑。已运营市第二人民医院站主体标准段为地下两层双柱结构，宽23.1 m、深约17.35 m，换乘节点段为地下三层双柱结构，宽26.3 m、深约26.47 m，其施工阶段围护结构采用钻孔灌注桩。

孙八寨站主体基坑紧贴市第二人民医院站，接缝位置围护结构利用既有5 号线市第二人民医院站围护桩，围护桩采用Φ1 200@1 500 mm 钻孔灌注桩。孙八寨站与市第二人民医院站接缝处基坑外侧采用Φ800@450 mm 的三重管旋喷桩加固止水，加固区域半径2 m。桩顶在第二道钢支撑位置，桩底与地连墙底齐平。在孙八寨站与市第二人民医院站接缝处基坑内设置三排Φ800@450 mm 三重管旋喷桩止水。靠近5 号线围护桩第一排桩顶在第三道混凝土支撑位置，桩底与地连墙底齐平；第二、三排桩顶在底板位置，桩底与地连墙底齐平，在第三道混凝土支撑处向接缝处5 号线围护桩间基底插管注浆，设置两排注浆管。注浆浆液采用水泥浆，注浆范围为接缝处桩间基底以下5 m、围护桩两侧30 cm。

市第二人民医院站与孙八寨站接口处地下二层采用300 mm 厚钢筋混凝土墙，为永久隔墙后期无需拆除。地下一层与地下三层均采用200 mm 厚钢筋混凝土墙，为临时封堵墙，后期孙八寨站主体施工接驳时进行拆除。

1.2 地质情况简介

孙八寨站地层主要为黏质粉土、粉质黏土。地下水位埋深为10.7 m，位于基底以上15.35 m。黏质粉土层渗透系数为0.6 m/d，粉质黏土层渗透系数为0.07 m/d，属弱透水层。

2 总体施工方案

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T202—2013），市第二人民医院站结构外边线外侧50 m 内为轨道交通控制保护区，其保护区范围涉及孙八寨站两个流水段。

孙八寨站采用明挖顺作法施工。轨道交通控制保护区范围内基坑开挖方向为从第一段向第二段开挖，待第一段开挖至第三道混凝土支撑位置时进行混凝土支撑施工。由于高压旋喷桩施工工艺本身特性限制，根据类似地质条件施工经验，旋喷桩深度过大后止水效果难以保证，因此，为尽量保证旋喷桩止水效果，对于坑内三排旋喷桩，安排在第三道混凝土支撑施工完成后，将旋喷钻机下放至基坑内，从第三道混凝土支撑位置开始施工，代替从地面位置开始施工。坑内三排旋喷桩施工完成后进行5 号线围护桩间注浆。第一段范围内第三道混凝土支撑、旋喷桩及桩间注浆施工占用时间较长，为节省工期，在第一段施工混凝土支撑、旋喷桩及桩间注浆的同时第二段继续向下开挖优先见底。第二段比第一段优先见底，除节省工期外，还便于提前清楚靠近既有线未知地层真实情况，同时开挖见底顺序距离既有车站由远及近，可以避免既有车站背后土体卸荷过急导致既有车站变形、开裂的情况。

孙八寨站与市第二人民医院站连通前需拆除5号线围护桩及钢筋混凝土临时封堵墙，按照先连接结构后拆封堵墙的顺序进行施工［1］，即先拆除围护桩，然后进行接口剩余结构施工将5 号线车站结构与7 号线车站结构连接，最后将封堵墙拆除连通5号线车站与7 号线车站。在5 号线结构与7 号线结构连接前存在雨水倒灌、围护结构接缝渗漏水风险，封堵墙安排在最后拆除可以起到隔离作用。

3 对既有运营车站影响及对策

在轨道交通控制保护区内对既有车站存在影响的施工作业有地连墙施工、降水、基坑开挖、接口位置混凝土构件拆除、接口位置防水及结构施工。

3.1 地连墙施工对既有车站影响分析及应对措施

孙八寨站与市第二人民医院站接口位置地连墙距市第二人民医院站结构边最近净距仅有1.2 m，泥浆易通过槽壁土层进入既有车站，槽壁土层较薄易垮塌，一旦槽壁垮塌，既有车站结构将直接暴露在泥浆环境下，地连墙施工存在泥浆渗漏风险。（1）应对措施：对槽壁土层注水泥浆止水加固，浆液压力控制值为0.5 MPa。该处土层为粉质黏土、黏质粉土，渗透系数小且具有一定的自稳性，经注浆后槽壁止水、稳定性大大增强，达到维持槽壁土体稳定和避免既有车站渗漏的目的［2］。（2）5 号线车站临时封堵墙为后浇构件，其与结构板顶部接缝处难以密实，是易发生渗漏水的部位，提前进行注入聚氨酯+高强防水砂浆抹面处理。（3）严格控制成槽过程中护壁泥浆的质量，泥浆组成采用膨润土泥浆加入CMC 增黏剂、纯碱。泥浆性能指标：密度为1.03～1.10 g/cm3、黏度为19～25 Pa·s、pH值为8～9。成槽时要持续施工，不能停滞，成槽时间长将增大槽壁坍塌、泥浆渗漏既有车站风险，从成槽到混凝土浇筑完成的累计槽壁暴露时间不超过24 h。

3.2 降水对既有车站影响分析及应对措施

孙八寨站基坑内设置疏干降水井进行降水，降水设计为采用管井降水方案。地连墙及旋喷桩止水帷幕深度已深入不透水层，形成了封闭的止水帷幕，正常情况下孙八寨站基坑内降水基本不会对5 号线市第二人民医院站造成影响，但仍存在坑外地下水补给坑内地下水的可能性，因此，孙八寨站降水可能会造成市第二人民医院站范围地下水流失，既有车站沉降。应对措施：（1）按需降水，将地下水位降至基底下1 m 处即可，避免过度抽水，降水井深度取为基底以下6 m。（2）在保证正常施工的前提下尽量缩短降水时间，不得过早启动降水，降水在基坑开挖前20 d 开始。

3.3 基坑开挖对既有车站影响分析及应对措施

（1）孙八寨站基坑开挖将造成既有车站单侧卸荷，一次性土方开挖深度过大，支撑架设不及时，均有可能导致基坑变形过大甚至失稳，进而影响既有车站。应对措施：①基坑开挖严格遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”原则，混凝土支撑必须达到设计强度的80%以上后方可继续向下开挖，当开挖至钢支撑底面以下0.5 m 时必须及时架设钢支撑。②以基坑开挖“空间效应”原理为指导，通过横向分块、纵向分段、竖向分层划分开挖单元进行基坑开挖，同时开挖过程中对称平衡开挖，使基坑受力均衡。横向先挖中间后挖两侧，两侧留土护壁宽度3 m，边坡坡度1 ∶1。开挖过程中纵向每一小段长度为6 m，每一小段开挖可提供两根钢支撑架设空间，纵向分台阶坡度1 ∶1；横向先挖中间后挖两侧，两侧留土护壁宽度3 m，边坡坡度1 ∶1。开挖过程中纵向每一小段长度为6 m，每一小段开挖可提供两根钢支撑架设空间，纵向分台阶坡度1 ∶1，分层开挖每层深度不大于3 m。③以基坑开挖“时间效应”原理为指导，限时作业，快速开挖、快速支撑、连续施工、快速封底，缩短土体无支撑的暴露时间，土体无支撑暴露时间不能超过16 h。

（2）孙八寨站与市第二人民医院站接缝处为薄弱环节，坑外水位较高，基坑开挖后可能出现渗漏水，造成坑外水位变化过快，导致既有车站发生沉降或倾斜。应对措施：①接缝处地连墙施工成“L”形，加强接缝处孙八寨站地连墙与5 号线围护桩间的紧密性降低漏水风险，对地连墙与围护桩相接处采用刷壁器对围护桩进行清理及凿毛，刷壁往复次数≮50 次。②在坑外旋喷桩外侧从地面进行注浆，对坑外旋喷桩止水帷幕进行抗渗加强，注浆浆液采用水泥单液浆，注浆深度同坑外旋喷桩。③基坑开挖过程中对5 号线、7 号线接缝处严格执行掏槽检缝制度，先掏除接缝处土体观察有无渗漏水情况，无渗漏水再继续开挖，掏槽检缝过程中若发现接缝处出现渗流现象，不具备明显水压力，采用堵漏灵进行封堵。如果接缝出现漏水现象，具有明显水压力，则立即进行回填。在基坑外侧从地面引孔注浆，注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，注浆处理后方可继续向下开挖。掏槽检缝每层厚度取1.5 m，掏槽检缝超前于土方开挖面。④伴随开挖对接缝位置围护桩与地连墙表面进行喷锚封闭，采用挂Φ6.5@150×150 mm 钢筋网、喷射100 mm 厚C25早强混凝土。

3.4 接口位置混凝土构件拆除对既有车站影响分析及应对措施

（1）接口位置围护桩拆除后，暴露的5 号线围护桩和7 号线地连墙结合处可能出现渗漏水，造成坑外水位变化过快，导致既有车站发生沉降或倾斜。应对措施：①5 号线围护桩拆除方向为从中间向两端，在逐步靠近5 号线围护桩和7 号线地连墙结合处的过程中观察有无渗漏水现象，以便提前预判结合处是否渗漏水做好渗漏水治理准备。靠近5号线围护桩和7 号线地连墙结合处两端围护桩拆除时减小一次性拆除高度，每次不超过1 m。若结合处出现渗流现象，不具备明显水压力，采用堵漏灵进行封堵。如果接缝出现漏水现象，具有明显水压力，则立即在结合处堆码砂袋，在基坑外侧从地面引孔注浆。注浆采用水泥水玻璃双液浆，注浆处理后方可继续向下拆除。②围护桩拆除后及时对暴露面挂网喷锚封闭，采用挂Φ6.5@150×150 mm 钢筋网、喷射100 mm 厚C25 早强混凝土。

（2）构件拆除产生噪音、振动、粉尘对既有车站运营环境造成不利影响，临时封堵墙拆除时还会对站内人员造成安全风险。应对措施：①在5 号线车站内部进行全包临时围挡防尘、隔音，避免影响已运营车站的内部环境。围挡竖向通高设置，采用厚6 mm 双面硅钙板、75#@400 mm 的轻钢龙骨制作［3］，硅钙板具有较好的隔音、防火功能。②采用噪音、振动、粉尘较小的绳锯切割工艺。单根围护桩切割分节高度不超过2 m，临时封堵墙切割分块尺寸为高度2 m、宽度2 m。临时封堵墙第一块切割时注意切割成微倒梯形，以确保顺利吊装。③临时封堵墙拆除时考虑到绳锯切割具有一定的危险性，为完全避免对站内人员造成伤害，临时封堵墙切割安排在至次日非运营时间段进行。

3.5 接口位置防水及结构施工对既有车站影响分析及应对措施

5 号线与7 号线结构接缝防水图设计为外包防水层+遇水膨胀聚氨酯止水胶+水泥基渗透结晶型防水涂料+注浆管。接口位置属于防水薄弱环节，若防水及结构施工存在问题将导致7 号线车站结构与5 号线车站结构接缝发生渗漏水，影响5 号线车站正常运营。应对措施：（1）接口位置新浇筑混凝土加入膨胀剂，旧混凝土接触面凿出两个10 cm×10 cm 的凹槽，通过增加水的渗流路径起到防水作用。（2）设置10m 厚复合板作为5 号线车站防水甩槎的保护板，防止7 号线施工时破坏5 号线车站防水甩槎。（3）顶板以上1 m 范围内采用水泥掺量5%的水泥土回填。（4）后期临时封堵墙破除后在接口处顶板及侧墙内侧设置接水盒，用不锈钢膨胀螺钉固定在结构上，一旦接缝发生渗漏水可以有组织地引入离壁沟排走。

4 施工监测及应急措施

4.1 施工监测

7 号线孙八寨站施工过程中对自身以及5 号线车站结构进行监测，孙八寨站基坑监测项目及控制要求见表1，既有5 号线车站监测项目及控制要求见表2。

表1 孙八寨站基坑监测项目及控制要求

表2 既有5 号线车站监测项目及控制要求

4.2 应急措施

4.2.1 地连墙施工泥浆渗漏

成槽及混凝土灌注过程中安排专人在5 号线车站24 h 值班盯控，当发现墙壁渗漏时第一时间采用棉纱、双快水泥封堵渗漏位置。

4.2.2 降水造成既有车站沉降

坑外设置水位观测孔，通过坑外水位观测孔观测水位变化情况，由于地连墙深入不透水层理论上坑外水位应基本无变化，但若实际发现水位下降较大，说明基坑内外有渗流路径，加强水位变化及5号线车站沉降监测，必要时在坑外施工回灌井进行地下水回灌，防止地下水流失对5 号线车站造成影响。回灌井布置在沉降敏感区，回灌方法采用管井回灌，回灌方式采用压力回灌，回灌井深度同降水井。回灌水量根据监测数据的变化及时调整，保证抽灌平衡。

4.2.3 孙八寨站基坑变形过大

加强基坑周边地表沉降、围护结构变形等项目的监控量测，同时对5 号线车站结构实施变形监测，以监测数据作为施工指导，发现异常情况时立即停止开挖，必要时增设钢支撑、回填基坑。

4.2.4 孙八寨站与市第二人民医院站接缝处涌水

提前在基坑外侧靠近接缝处增设水位观测井，兼作备用减压井。同时在基坑外侧靠近接缝处提前从地面钻孔埋设注浆管，一旦出现较大渗漏水立即在围护结构外侧注聚氨酯浆液。

5 结语

7 号线孙八寨站开始施工前结合施工工况进行建模计算，提前预测5 号线既有车站变形，判定是否满足变形限值要求。计算土体采用修正摩尔-库伦本构关系（塑性破坏），弹性模量取变形模量的3 倍，卸载模量取弹性模量的3 倍。结构单元材料采用弹性本构，边界条件选择地面支承，水平边界限值水平位移，底边界限值竖向位移。计算结果显示：现有车站最大竖向位移发生在7 号线孙八寨站基坑降水的工况，位置为换乘节点底板中部，最大竖向位移为-4.1 mm（沉降），最大水平向位移发生在基坑开挖至坑底的工况，最大水平位移为2.7 mm（向基坑内），满足变形限值要求。

7 号线孙八寨站施工过程中实际监测数据最大竖向位移为-1.9 mm（沉降），最大水平位移为1.2 mm（向基坑内），小于计算模型预测的5 号线既有车站变形数据，说明所采用计算模型预测偏于保守，可以用来进行既有车站变形的提前预测。同时实际监测数据满足变形限值要求，另外整个施工过程中及接口结构施工完成后，均未发生渗漏水现象，说明孙八寨站所采取的临近既有车站施工措施合理可行。