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基于地鐵運(yùn)營(yíng)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(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(yùn)營(yíng)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(guó)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(hào)線和6號(hào)線換乘站北站工程實(shí)例，分析了新建線路施工對(duì)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(diǎn)后澆帶采取逆作法施工等一系列施工措施，保證了運(yùn)營(yíng)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(cè)；施工技術(shù)
[中圖分類號(hào)]U291．69 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]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(huì)對(duì)
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(yùn)營(yíng)安全。對(duì)既有線路進(jìn)行
監(jiān)測(cè)，掌握施工對(duì)既有線路結(jié)構(gòu)及軌道變形的影
響，為施工和運(yùn)營(yíng)提供及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)信息，從而
保證工程施工和既有線路運(yùn)營(yíng)的安全。
1 工程概況
地鐵天津北站(下簡(jiǎn)稱“北站”)是天津地鐵3
號(hào)線和6號(hào)線的換乘車站。已運(yùn)營(yíng)的3號(hào)線北站客
流量極大，6號(hào)線在施丁過程中一旦發(fā)生問題會(huì)影
響3號(hào)線的運(yùn)營(yíng)，甚至影響整個(gè)天津地鐵路網(wǎng)的運(yùn)
營(yíng)。同時(shí)3，6號(hào)線在本站呈59。斜十字換乘，施工
難度大。同時(shí)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(hào)線
與新建6號(hào)線車站位置關(guān)系如圖1所示。
[作者簡(jiǎn)介]趙廣民，項(xiàng)目經(jīng)理，高級(jí)工程師，E—mail：592214443@
qq·corn
[收稿日期]2015-09-30
a平面
圖1 已建3號(hào)線與新建6號(hào)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(duì)已建車站的影響
6號(hào)線車站施工將開挖3號(hào)線中間區(qū)段的土
方，導(dǎo)致3號(hào)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(hào)線帶來以下3個(gè)
問題。
1)軌道與結(jié)構(gòu)脫離在既有3號(hào)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(yùn)營(yíng)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(huì)與車站結(jié)構(gòu)發(fā)生剝離，在地鐵運(yùn)行
中發(fā)生事故。
2)既有線路附屬設(shè)施損害6號(hào)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(tái)層積水影響站臺(tái)下設(shè)備檢查，站廳層積水
滲入地板磚影響美觀，水量大時(shí)可能沿設(shè)備孔洞變
形縫產(chǎn)生明水流影響站臺(tái)層使用功能，對(duì)既有線路
運(yùn)營(yíng)環(huán)境產(chǎn)生影響。同時(shí)，3號(hào)線北站的通風(fēng)井等
附屬設(shè)施底板埋深lOm，6號(hào)線基坑開挖深度
25．6m，開挖時(shí)地下連續(xù)墻的變形和滲漏均會(huì)擾動(dòng)
上述設(shè)施的基礎(chǔ)，產(chǎn)生的變形會(huì)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(hào)線的電梯等設(shè)備的運(yùn)營(yíng)安全。
3)既有線路車站揚(yáng)塵和噪聲結(jié)構(gòu)連接采用
機(jī)械破除地下連續(xù)墻，對(duì)既有3號(hào)線車站產(chǎn)生揚(yáng)塵
和噪聲。破除內(nèi)襯墻前，需在運(yùn)營(yíng)車站內(nèi)設(shè)置臨時(shí)
隔墻，減少破除過程中揚(yáng)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(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施
3．1 既有車站上浮原因分析
既有3號(hào)線車站抗浮計(jì)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(jì)浮力。
1)經(jīng)計(jì)算，新建6號(hào)線車站基坑開挖時(shí)，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(dòng)既有線路車站
結(jié)構(gòu)上浮。
2)換乘節(jié)點(diǎn)連接時(shí)破除既有3號(hào)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(hào)線車站基坑土方開挖時(shí)，對(duì)既有3
號(hào)線產(chǎn)生剪切力(見圖2)，由于地鐵車站相當(dāng)于一
個(gè)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(gè)
面有3個(gè)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(dòng)
自由端，致使既有線路結(jié)構(gòu)上浮變形。
3．2應(yīng)對(duì)措施
3．2．1 優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝
原6號(hào)線地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(shí)在4條接縫處設(shè)
a土方開挖時(shí)既有3號(hào)b 1—1剖面
線側(cè)向受力平面示意
圖2 基坑土方開挖對(duì)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(zhǎng)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(duì)運(yùn)營(yíng)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(shí)空效應(yīng)”理論，按照“分層、分段、對(duì)稱、平衡、
限時(shí)”和“先撐后挖”的原則進(jìn)行，每層土方開挖以3
號(hào)線為中線由遠(yuǎn)及近對(duì)稱開挖，保證3號(hào)線兩側(cè)土
體壓力卸載對(duì)稱均衡。
2)每層土方開挖時(shí)，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(shí)間，利用被動(dòng)
土壓力控制圍護(hù)墻變形，開挖到支撐底標(biāo)高時(shí)再?gòu)?
端頭井向換乘段退臺(tái)開挖，充分利用時(shí)空效應(yīng)，加
快開挖速度也為了減少基坑暴露時(shí)間，減少應(yīng)力釋
放時(shí)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(diǎn)后澆帶采取逆作法施工
換乘節(jié)點(diǎn)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(hào)
線與已建3號(hào)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(qiáng)度
達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，監(jiān)測(cè)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(duì)既有線路影響分析
4．1監(jiān)測(cè)布點(diǎn)情況
監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(gè)沉降
點(diǎn)，變形縫外每隔15m布設(shè)1個(gè)沉降點(diǎn)，變形縫兩
側(cè)均有監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每條線路布設(shè)11個(gè)點(diǎn)，共計(jì)布設(shè)
22個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(見圖3)。
4．2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果分析
4．2．1監(jiān)控報(bào)警值設(shè)定
各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制標(biāo)準(zhǔn)最大值的80％設(shè)定為報(bào)
警值，既有結(jié)構(gòu)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為15mm，報(bào)警值為
12mm，日?qǐng)?bào)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(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)沉降時(shí)
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(shí)，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(cè)數(shù)值接近報(bào)警值。通過
數(shù)據(jù)分析及時(shí)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(shí)
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(shí)荷載，減緩上浮趨勢(shì)。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(shì)得到明顯控制。
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豳|(zhì)
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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(cè)時(shí)間(2015年)／(月一日)
圖4 隨土方開挖既有線路左線監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)變化規(guī)
律與左線結(jié)構(gòu)上JCl-4，JCl—10測(cè)點(diǎn)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(diǎn)后澆帶施工采用結(jié)構(gòu)逆做，既有線路
左線監(jiān)測(cè)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(diǎn)
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(shí)對(duì)6號(hào)線頂板
進(jìn)行覆土，新老車站頂板已經(jīng)連接，6號(hào)線車站的地
下連續(xù)墻抗浮通過約束3號(hào)線車站上浮，同時(shí)加快
新老車站中板連接施工速度，從后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分
析，3號(hào)線車站上浮得到控制。
后澆帶施工既有線路右線監(jiān)測(cè)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。
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嚓
11．10 1l一22 12-04 12．16
11．16 ll-28 12．10 12．22
監(jiān)測(cè)時(shí)間(2014年)／(月一日)
圖5 隨后澆帶施工既有線路左線監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)得到
最大上浮累計(jì)值11．5mm，未超過設(shè)計(jì)單位所規(guī)定
的報(bào)警值12mm。說明在地鐵6號(hào)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(yùn)營(yíng)安全。
5 結(jié)語(yǔ)
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(yùn)營(yíng)車站的安全，同時(shí)得到
如下幾點(diǎn)結(jié)論。
注重前期設(shè)計(jì)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(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響。
土方開挖時(shí)，采取對(duì)稱開挖的方式，同時(shí)加強(qiáng)既
有結(jié)構(gòu)軌道的監(jiān)測(cè)，通過分析實(shí)際沉降數(shù)據(jù)并及時(shí)反
饋施工，采取可靠、有效的應(yīng)對(duì)措施，能較好地降低風(fēng)
險(xiǎn)事件的發(fā)生概率，避免造成既有線路運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)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(duì)既有線路的影響。
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