复杂环境下地铁车站施工对环境的影响控制

复杂环境下地铁车站施工对环境的影响控制

王猛

北京城乡建设集团有限责任公司 北京市 100071

摘要：随着社会经济的不断发展，城市人口不断增加，交通压力越来越大，为了缓解地面交通压力，地铁建设得到了飞速发展。自20世纪50年代我国开始修建地铁以来，至今地铁建设已有60年左右的历史。我国地铁建设初期，因受场地、交通压力等限制小，多采用明挖法施工。现今，城市建筑物高大密集对施工安全要求较高，地铁建设面临的情况越来越复杂，同时促进了地铁施工方法的不断发展。

关键词：地铁车站；复杂环境；环境的影响控制  

引言

当前，国内城市的规模逐渐扩大，为了使得居民的出行需要得到满足，地铁建设成为关注的重点，其运力是毋庸置疑的，而且不会对环境产生破坏。但是地铁车站的施工规模是非常大的，而且结构相当复杂，因而必须寻找到可行的施工技术。

1工程概况

某站位于延安三路与芝泉路路口南侧，沿延安三路下方布设，是某政治、经济、旅游中心区域所在地。车站设３个出入口和３组风亭，车站东南侧为中信银行，西侧为中石化加油站、距离车站主体仅为１１ｍ，西北侧为市南民生大厦，西侧为中大泌尿医院，该楼为地上５层框架结构，距离车站Ｃ出入口距离为４ｍ，车站前方有２３６ｍ区间大断面，具体情况如图１所示。

芝泉路站沿延安三路自西北向东南地势逐渐降低，地面标高51.50～43.50ｍ，地貌类型属剥蚀斜坡，后经人工回填改造，地层由上到下主要分为杂填土、强风化花岗岩、中分化花岗岩和微风化花岗岩。车站起讫里程为YSK28＋543.171～YSK28＋778．971，主体全长235.8ｍ，标准段开挖跨度达到21.62ｍ，为暗挖单拱双层结构，车站中心里程处拱顶覆土约16ｍ，具体情况如图２所示。

2施工方案选择

拱盖法充分利用围岩的自稳能力，既可以减少地表和拱顶沉降，又可以缩短施工工期。传统的暗挖施工方法如CD、CRD、PBA等，在施工过程中大多以台阶法开挖为基础，每个台阶的开挖均会加大沉降，而拱盖法在拱盖的保护下，可以比较好地控制沉降。同时，传统的暗挖施工方法，支护作业工序比较多且复杂，支护成本比较大。在硬岩地层中，传统暗挖施工方法需要进行多次的爆破作业，对地层的扰动较大。

3安全施工技术控制措施

3.1“危大”建筑物沉降控制

根据相关房屋结构安全性及危险性分析鉴定报告，中大泌尿医院楼房安全性评级为Csu级。中石化加油站距离车站主体仅为11ｍ，对车站施工时的爆破振速和地面沉降要求极为严格。通过分析车站周边建构筑物环境知，这两处为施工重点控制对象。为了确保周边建构筑物的结构安全及正常的营业，运用数值模拟方法分析车站开挖对中大泌尿医院和中石化加油站的影响，以指导施工安全进行。

3.1.1模型建立

此次使用MIDADNX有限元软件对某路站主体开挖进行三维模拟计算，车站主体、中大泌尿医院及中石化加油站尺寸设置均与实际相同，地层模型尺寸大小为150ｍ×200ｍ×100ｍ。为了降低边界效应以便更好地模拟实际情况，地层模型Ｘ方向施加Ｘ向的水平约束，Ｙ方向施加Ｙ向的水平约束，模型的上部为自由边界，下部为固定边界条件。地层模型采用Mohr－Coulomb本构模型，初支和二衬均采用弹性模型。整个模型采用四面体划分，共426535个单元，具体模型建立及参数选取见图３和表１。

施工过程模拟拱盖法是地铁车站盖挖法施工和扣拱施工的结合，主要在上软下硬地层中使用，基于拱脚安全稳固为前提，在上部拱盖的保护下进行后续施工。如图４所示，具体施工步骤可以分为６步：（１）开挖左右导洞部分土体，及时施做初期支护（锚杆、钢架、喷混、仰拱等）；（２）开挖中部土体，及时施做初期支护；（３）施做拱脚梁，并进行拱盖二衬施工；（４）下部土体开挖，及时施做初期支护；（５）施做二次衬砌，整体封闭成环；（６）施做车站内部结构。

为了提高计算效率，本次模拟将车站主体共分为①、②、③、④等４个部分，①、②分别为左右导洞，③为中部土体，④为下部土体。首先开挖左导洞土体至一定深度，及时施做初期支护；然后开挖右导洞土体，使其与左导洞在深度上保持一定距离，左右导洞按照单个开挖宽度同步开挖车站边界。左右导洞开挖完成后，中部土体按照一定宽度逐步开挖并支护至车站边界，然后进行上部拱盖二衬施工。拱盖二衬施工完成后，下部土体在拱盖的保护下逐步开挖，具体施工步骤模拟见图５和６所示。

模拟结果及实际监测数据分析如图７所示，主体开挖最大沉降值在主体拱部开挖施工完成后，沉降为20ｍｍ，满足设计规范要求。中大泌尿医院的最大沉降值在主体拱部二衬施工完成后，基础沉降为25ｍｍ，楼顶沉降为22ｍｍ，加油机沉降为26ｍｍ，均满足设计规范要求。

根据数值模拟结果的指导，通过适当减小开挖宽度及增加衬砌厚度以保证施工安全进行，本工程开挖宽度设置为４ｍ，二衬厚度设置为750ｍｍ。芝泉路站主体处于微风化岩层中，施工时必须进行爆破作业。由于周边建构筑物环境复杂，为了最大限度减小对明基眼科医院、中大泌尿医院及民生大厦地下室的影响，在进行爆破作业时严格控制爆破的振动速度Ｖ安≤１cm／s。如图８所示，为了保证车站施工安全，对车站及周边建构筑物沉降进行监测。车站主体上方地表共设置12组监测断面，每个监测断面由7个监测点组成；在周边建构筑物拐角处分别设置监测点，对于尺寸较大的建构筑物在其长边适当增加监测点，施工过程中密切监测各点沉降以保证施工顺利进行。

本工程共设置12个车站地表沉降监测断面，为了便于分析选取具有代表性的D－３、Ｄ－６和Ｄ－９等３个监测断面进行车站地表沉降分析。如图９所示，３个监测断面最终形成的地表沉降槽曲线基本相同，沉降值相差在2mm左右波动。各断面７个监测点沉降值关于４号（车站中心）监测点对称分布，随着监测点距离车站中心越远沉降越小，车站中心处地表沉降到达最大值17mm左右。为了掌握地表沉降随时间变化规律，选取Ｄ－７断面中心监测点４进行分析。如图１０所示，根据沉降变化可以将其分为３个不同的阶段：未到达掌子面、穿越掌子面和远离掌子面。当开挖面距离Ｄ－７断面大于７ｍ（约三分之一洞径）时分别为未到达掌子面阶段和远离掌子面阶段；当开挖面距离Ｄ－７断面小于７ｍ时为穿越掌子面阶段。在未到达掌子面阶段，车站上方地表沉降变化比较缓慢，沉降值比较小，约为4mm左右；穿越掌子面阶段，车站上方地表沉降迅速增加，沉降值由４ｍｍ迅速增加至13mm左右，但根据监测其沉降速率在正常范围内；远离掌子面阶段，施工对车站地表沉降影响较小，地表沉降缓慢变化至15mm左右并保持平稳。

结束语

由于很多地铁建设环境较为复杂，尤其是在地铁车站较为密集的地区，在这种条件下施工不仅风险较大，而且对施工技术和工作人员素质方面都有着更高的要求。因此，就需要采取相互联系的地铁施工对策来应对各种突发情况，以此来确保地铁车站开挖时的安全性和可靠性，进一步提高施工质量和水平。

参考文献

[1]魏玉省．复杂环境下多种工法在地铁车站设计中的应用[J].广东土木与建筑，2016，23（Z2）：54-56．

[2]张光权，杜子建，宋锦泉，蔡建德，陶铁军．地铁车站拱盖法施工沉降监测分析及控制对策[J].．岩石力学与工程学报，2012，31（s1）：3413－3420．

[3]李赵九．拱盖法暗挖地铁车站主体与附属结构支护体系转换施工技术研究[J].现代隧道技术，2019，56（S2）：638－646