赵广民1，何树宪2，朱佳友1
[摘要]结合天津地铁3号线和6号线换乘站北站工程实例，分析了新建线路施工对已建车站的影响，通过采取优化围护结构施工工艺、合理安排土方开挖顺序、换乘节点后浇带采取逆作法施工等一系列施工措施，保证了运营车站的正常使用。
[关键词]地铁；车站；分期施工；后浇带；监测；施工技术
[中图分类号]U291. 69 [文章编号]1002-8498(2016)09-0106-03
0 引言
在地铁换乘站分期施工工程中，后续施工会对既有线路车站结构及轨道产生位移变形等影响，甚至会影响既有线路的运营安全。对既有线路进行监测，掌握施工对既有线路结构及轨道变形的影响，为施工和运营提供及时可靠的数据信息，从而保证工程施工和既有线路运营的安全。
1 工程概况
地铁天津北站（下简称“北站”）是天津地铁3号线和6号线的换乘车站。已运营的3号线北站客流量极大，6号线在施工过程中一旦发生问题会影响3号线的运营，甚至影响整个天津地铁路网的运营。同时3，6号线在本站呈590斜十字换乘，施工难度大。同时本工程所在位置地基土工程性质较差，勘察揭露地层最大深度为55. 0m。已建3号线与新建6号线车站位置关系如图1所示。
2 新建线路施工对已建车站的影响
6号线车站施工将开挖3号线中间区段的土方，导致3号线中间换乘部分土的侧摩阻力减小，地下水的浮力平衡被打破，给3号线带来以下3个问题。
1)轨道与结构脱离 在既有3号线结构内，由于车站结构与盾构隧道部分的轨道道床结构刚度有差异，若结构上浮，将导致在站隧衔接处的变形缝处产生沉降差，导致轨道与道床结构脱离，轨道受到不均匀沉降后道钉约束产生剪应力和轨道弯曲应力。其中剪应力远大于轨道的弯曲应力。因此，轨道可能会与车站结构发生剥离，在地铁运行中发生事故。
2)既有线路附属设施损害6号线开挖将导致既有线路结构变形，改变既有线路正线结构内排水系统坡度，影响正常排水功能，造成导水槽水流不畅，站台层积水影响站台下设备检查，站厅层积水渗入地板砖影响美观，水量大时可能沿设备孔洞变形缝产生明水流影响站台层使用功能，对既有线路运营环境产生影响。同时，3号线北站的通风井等附属设施底板埋深10m，6号线基坑开挖深度25. 6m，开挖时地下连续墙的变形和渗漏均会扰动上述设施的基础，产生的变形会使附属与主体间的变形缝止水带撕裂，导致结构渗漏，影响乘车环境，
甚至会影响3号线的电梯等设备的运营安全。
3)既有线路车站扬尘和噪声 结构连接采用机械破除地下连续墙，对既有3号线车站产生扬尘和噪声。破除内衬墙前，需在运营车站内设置临时隔墙，减少破除过程中扬尘进入车站，影响乘客乘车环境。
3 新建车站施工期间风险应对措施
3.1 既有车站上浮原因分析
既有3号线车站抗浮计算需保证覆土自重+结构自重+地下连续墙自重+摩阻力>结构底板的设计浮力。
1)经计算，新建6号线车站基坑开挖时，既有线路车站地下连续墙两侧土体卸载使侧摩阻力减小17 383kN，地下连续墙上浮，带动既有线路车站结构上浮。
2)换乘节点连接时破除既有3号线的地下连续墙，减小了地下连续墙自重，抗浮作用力减小导致既有车站结构上浮。
3)新建6号线车站基坑土方开挖时，对既有3号线产生剪切力（见图2），由于地铁车站相当于一个整体，自身刚度可以抵抗剪切力，土方开挖使既有线路两侧的受力平衡被打破，导致未开挖土体产生合力抵抗侧向压力，既有线路受到土压力的4个面有3个受到土体或结构的束缚，顶板受到3. 9m覆土的重力不足以抵消向上的力，向上相当于活动自由端，致使既有线路结构上浮变形。
3.2应对措施
3.2.1 优化围护结构施工工艺
原6号线地下连续墙设计墙底坐落在粉土粉砂层上，只需加深2~4m，将地下连续墙加长至49m，即可深入至黏土层内，减小坑外承压水沿地下连续墙墙底绕流至基坑内的可能，同时在4条接缝处设置4幅素混凝土地下连续墙及433根双高压旋喷桩，桩长49m，降低此处在基坑开挖过程中涌水涌砂的可能性，提高基坑突涌安全系数，进而降低基坑施工对运营车站产生的影响。
3.2.2 合理安排土方开挖顺序
1)根据本工程支撑布置情况，土方开挖严格遵循“时空效应”理论，按照“分层、分段、对称、平衡、限时”和“先撑后挖”的原则进行，每层土方开挖以3号线为中线由远及近对称开挖，保证3号线两侧土体压力卸载对称均衡。
2)每层土方开挖时，先在盾构井处采用盆式开挖，留土护坡减少围护结构墙暴露时间，利用被动土压力控制围护墙变形，开挖到支撑底标高时再从端头井向换乘段退台开挖，充分利用时空效应，加快开挖速度也为了减少基坑暴露时间，减少应力释放时间从而减小基坑隆起量，控制既有线路上浮。
3.2.3 换乘节点后浇带采取逆作法施工
换乘节点后浇带，破除地下连续墙从上向下进行，结构逆作。由于破除地下连续墙，结构自重减小，导致抗浮重力减小，所以采用分层破除，到达结构板后先进行板的连接，当结构板连接后新建6号线与已建3号线结构连接形成整体，利用整体自重和本身刚度来抵抗地下水浮力，每层板混凝土强度达到设计强度，监测数据稳定后再继续向下进行地下连续墙的破除，完成后浇带结构的连接。
4 对既有线路影响分析
4.1 监测布点情况
监测点布设在既有结构左、右两条线路的轨行区轨道板上，变形缝之间每隔7. 5m布设1个沉降点，变形缝外每隔15m布设1个沉降点，变形缝两侧均有监测点。每条线路布设11个点，共计布设22个沉降监测点（见图3）。
4.2监测数据成果分析
4. 2.1监控报警值设定
各监测项目控制标准最大值的80%设定为报警值，既有结构沉降控制标准为15mm，报警值为12mm，日报警值为2mm/d。
4.2.2 土方开挖过程中既有线路变形分析
既有线路左线结构JCl-4，JCl-10测点沉降时程曲线如图4所示。从图中可以看出从第1～3层土方开挖，左、右线结构一直处于缓慢上浮阶段，开挖至第4层土方时，左线结构上浮速率明显增大，且第4层土方开挖过程中监测数值接近报警值。通过数据分析及时反馈给施工方采取相应措施，减缓土方开挖速度并在每层土开挖完成后加快内支撑体系的施工速度，抑制地下连续墙变形，平衡体系内外土体压力差，从而减小基坑内土体隆起量，同时在既有线路地下3层封闭箱体内持续注水(注水约4 000m3)，增加临时荷载，减缓上浮趋势。通过有效措施，在第5，6层土方开挖过程中，既有线路上浮趋势得到明显控制。
既有线路右线结构JC2-4，JC2-10测点变化规律与左线结构上JCl-4，JCl-10测点的变化规律基本一致。
4.2.3后浇带施工过程中既有线路变形分析
换乘节点后浇带施工采用结构逆做，既有线路左线监测数据曲线如图5所示，从图中可知，上浮速率缓慢增大。由于地下连续墙的破除使换乘节点处既有线路车站结构脱离原地下连续墙的约束，可能导致结构上浮。通过数据分析及时对6号线顶板进行覆土，新老车站顶板已经连接，6号线车站的地下连续墙抗浮通过约束3号线车站上浮，同时加快新老车站中板连接施工速度，从后期监测数据分析，3号线车站上浮得到控制。
后浇带施工既有线路右线监测数据的曲线图变化规律同左线变化规律及产生的原因一致。
4.2.4 各段施工过程中既有线路结构纵向变形分析
下穿既有线路车站施工引起的既有线路结构纵向上浮变形曲线呈正态分布，通过监测数据得到最大上浮累计值11.5 mm，未超过设计单位所规定的报警值12mm。说明在地铁6号线施工过程中采取的措施有效地控制了既有线路的上浮变形，确保了既有线路的运营安全。
5 结语
在新建车站施工过程中，通过采取一系列措施，有效地控制了既有运营车站的安全，同时得到如下几点结论。
注重前期设计研究，提出优化方案，提高围护结构的稳定性，减少对既有结构的影响。
土方开挖时，采取对称开挖的方式，同时加强既有结构轨道的监测，通过分析实际沉降数据并及时反馈施工，采取可靠、有效的应对措施，能较好地降低风险事件的发生概率，避免造成既有线路运营事故。
换乘车站分期施工中要留有接头，尤其是围护结构，交叉换乘车站施工界面距运营车站轨行区越远越有利，建议控制在10m以外，有利于后续车站的施工，减少对既有线路的影响。
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