新建地铁车站临近既有站施工变形影响分析

新建地铁车站临近既有站施工变形影响分析

赵海宁

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摘要：新建地铁车站临近既有运营地铁车站施工时，需要对既有线路的结构安全性进行评估，并提出相应的保护措施。本文以石家庄地铁5号线建和桥站为例，对其临近既有2号线建和桥站施工对既有结构的影响进行了分析。通过建立地层-结构模型进行数值模拟，预测了施工过程中既有结构的变形情况，并提出了变形控制指标。针对变形控制指标提出了相应的监测要求，并对施工提出了安全控制措施。分析结果表明，在采取有效的保护措施下，新建车站施工对既有车站的影响在可控范围内。

关键词：地铁施工；既有结构；变形控制；安全评估

引言

随着城市轨道交通网络的快速发展，新旧地铁线路的交叉、换乘变得越来越普遍。新建地铁车站临近既有运营地铁车站施工时，会对既有线路的结构安全造成影响。为确保既有线路的安全运营，需要对既有结构进行安全评估，并提出相应的保护措施。本文以石家庄地铁5号线建和桥站为例，对其临近既有2号线建和桥站施工对既有结构的影响进行了分析。

一、工程概况

（一）既有结构概况

既有2号线建和桥站位于石家庄市城市轨道交通2号线，为地下两层双柱三跨箱形结构。车站总建筑面积约为11000平方米，主体结构底板埋深约17.30米，有效站台中心里程处顶板覆土厚度约为3.574米，该处顶板顶面标高为10.395米，有效站台中心处轨面绝对标高为28.66米，埋深14.989米。车站结构南北两侧附属结构采用明挖法施作，北侧附属结构为单跨单层箱型结构，南侧附属结构为双跨双层箱型结构。既有2号线建和桥站北侧为蓝天圣木家居广场及光华生活小区，总建筑面积约为50000平方米，建筑高度约为18米，结构类型为框架结构。既有2号线建和桥站南侧为石家庄常山纺织股份有限公司车间及办公楼，总建筑面积约为150000平方米，建筑高度约为30米，结构类型为框架-剪力墙结构。

（二）新建结构概况

新建5号线建和桥站位于石家庄市城市轨道交通5号线，为地下三层岛式站台车站（暗挖段为地下一层）。车站全长181.1米，标准段宽22.9米，明挖段采用钻孔灌注桩+内支撑型式，暗挖段为单层双柱三跨结构。车站总建筑面积约为18000平方米，主体结构底板埋深约25.569米，有效站台中心里程处顶板覆土厚度约为3.2米，该处顶板顶面标高为10.395米，有效站台中心处轨面绝对标高为48.431米，埋深25.569米。新建5号线建和桥站北侧为蓝天圣木家居广场及光华生活小区，总建筑面积约为50000平方米，建筑高度约为18米，结构类型为框架结构。新建5号线建和桥站南侧为石家庄常山纺织股份有限公司车间及办公楼，总建筑面积约为150000平方米，建筑高度约为30米，结构类型为框架-剪力墙结构。新建5号线建和桥站施工期间，既有2号线建和桥站正常运营，因此需要对既有2号线建和桥站结构进行安全性评估，并提出相应的保护措施。新建5号线建和桥站与既有2号线建和桥站为T型换乘站，换乘节点位于既有2号线建和桥站正下方。换乘节点施工采用暗挖法，主要包括中导洞施工、两侧导洞施工及中导洞处主体结构施工。换乘节点施工对既有2号线建和桥站结构的安全性存在一定的影响，需要对既有2号线建和桥站结构进行安全性评估，并提出相应的保护措施。新建5号线建和桥站与既有2号线建和桥站换乘节点施工对既有2号线建和桥站结构的影响主要包括既有结构竖向位移、水平位移、轨道变形等。既有结构竖向位移主要包括既有车站主体结构顶板、底板、侧墙的竖向位移；既有结构水平位移主要包括既有车站主体结构顶板、底板、侧墙的水平位移；轨道变形主要包括轨道高差、轨道水平偏差、轨道差异沉降等。

二、影响分析及控制指标

（一） 影响分析

在进行新建地铁车站临近既有站施工时，必须考虑既有线路的结构安全性，并采取相应的保护措施。通过对地层-结构模型的数值模拟分析，可以预测施工过程中既有结构的变形情况，并据此制定出合理的变形控制指标。 首先，我们需要建立一个能够反映实际地质条件和结构布置的三维地层-结构模型。在这个模型中，地层采用修正摩尔-库伦模型来模拟其弹塑性行为，而既有和新建结构则采用线弹性模型。通过对模型进行静态和动态的计算分析，可以得到既有结构在施工过程中的应力和变形情况。 在分析了施工过程中的各个阶段后，我们得到了既有结构的最大竖向位移为2.81毫米，最大水平位移为1.50毫米。这些计算结果为我们制定变形控制指标提供了依据。根据《城市轨道交通工程监测技术规范》和《城市轨道交通结构安全保护技术规范》，结合类似工程的经验，我们提出了以下变形控制指标：轨道竖向位移控制在6毫米以内，水平位移控制在5毫米以内，轨道差异沉降控制在0.02%L以内（其中L为轨道长度，单位为米）。 这些控制指标的制定是基于对既有结构的安全性评估。我们知道，既有结构的变形不仅会影响其自身的稳定性和耐久性，还可能对既有线路的正常运营产生影响。因此，对这些指标进行严格控制是非常必要的。 通过上述影响分析和控制指标的确定，我们可以对新建地铁车站临近既有站施工进行有效的风险管理和控制。这不仅能够确保既有线路的安全运营，还能够为新旧线路的顺利衔接打下坚实的基础。当然，在实际施工过程中，还需要根据监测数据和实际情况对控制指标进行调整和完善，以保证既有和新建结构的长期稳定和安全。

（二）控制指标

在既有结构的安全保护工程中，制定合理的变形控制指标至关重要。这些控制指标是确保施工过程中既有结构安全性的关键，也是指导施工和监测工作的依据。根据计算结果，既有结构在施工过程中可能发生的最大竖向位移为2.81毫米。为了确保既有结构的安全，我们参考了相关规范及类似工程经验，将轨道竖向位移控制在6毫米以内。这一控制指标能够有效防止既有结构的竖向过度变形，从而保证其结构的稳定性和安全性。既有结构在施工过程中可能发生的最大水平位移为1.50毫米。根据规范和工程经验，我们将轨道水平位移控制在5毫米以内。这一控制指标能够有效限制既有结构的水平位移，避免其结构受到过大应力，确保其结构的安全性和稳定性。既有结构在施工过程中可能发生的最大差异沉降为0.94毫米。为了确保既有结构的轨道安全，我们根据规范和工程经验，将轨道差异沉降控制在0.02%L以内。这一控制指标能够有效防止既有结构的轨道差异沉降，保证既有轨道的平顺性和安全性，从而确保既有线路的正常运营。 除了上述控制指标，我们还考虑了其他因素，如施工方法、地质条件、结构材料等，以全面评估既有结构的安全性。在施工过程中，我们将严格按照这些控制指标进行施工和监测，以保证既有结构的安全性和稳定性。同时，我们还将根据实际情况对控制指标进行调整和完善，以确保既有结构的长期稳定和安全。 总之，变形控制指标的制定是既有结构安全保护工程中的关键环节。通过综合考虑计算结果、相关规范和工程经验，我们制定了合理的轨道竖向位移、水平位移和差异沉降控制指标。这些控制指标将为施工和监测工作提供明确的指导，确保既有结构在施工过程中的安全性。同时，我们还将根据实际情况对控制指标进行调整和完善，以实现既有结构的长期稳定和安全。

三、监测要求及施工措施

（一）监测要求

在既有结构的监测项目中，结构水平及竖向位移、轨道变形等是关键的监测内容。这些监测项目的主要目的是确保在施工过程中既有结构的安全稳定，及时发现并解决可能出现的问题。为了更加准确地掌握结构的动态变化情况，施工过程中要求对这些监测项目进行加密监测频率。 对于结构水平及竖向位移监测，需要采用高精度的测量仪器，如全站仪、水准仪等，以确保监测数据的准确性。监测点的布置应根据结构的特点和施工过程的需求进行合理设计。既要保证监测点的代表性，又要避免过度干扰施工过程。监测频率根据施工进度和环境因素进行调整。在施工关键环节和高风险区段，应加大监测频率，以确保施工安全。 轨道变形监测是地铁隧道结构施工中的重要内容，主要包括轨道几何参数测量和轨道沉降监测。轨道几何参数测量主要包括轨距、轨向、高低轨面等指标，其测量精度应满足地铁运营要求。轨道沉降监测应采用高精度的水准仪或激光测距仪，监测点布置应考虑轨道结构和运营安全等因素。 在施工过程中，应根据施工方案和设计要求，制定详细的监测计划，明确监测项目、监测频率、监测方法等。同时，应根据施工过程中的变化和可能出现的风险，及时调整监测项目和频率，确保监测工作的有效性。 监测数据是评估结构安全性和指导施工的重要依据。因此，监测数据应实时反馈给施工方和相关部门，以便及时采取措施，确保施工过程的安全顺利进行。同时，监测数据还应进行详细的记录和分析，为后续的施工和运营提供参考和依据。 除了结构水平和竖向位移监测以及轨道变形监测外，还应根据施工过程的特点和需求，进行其他相关的监测项目。例如，对于地铁隧道结构施工，还应进行地下水位的监测、土体的位移监测、混凝土结构的应力应变监测等。这些监测项目可以全面评估施工过程中的结构安全性和稳定性，及时发现并解决可能的问题。 在监测过程中，应严格遵守相关规范和标准，确保监测工作的科学性和准确性。同时，监测人员应具备相关专业知识和经验，能够准确解读监测数据，及时提出合理的施工建议和措施。 总之，在地铁隧道结构施工中，监测工作是保证结构安全性和稳定性的重要手段。通过加密监测频率、采用高精度的测量仪器、合理布置监测点等方法，可以全面监测结构的动态变化情况。同时，及时反馈监测数据、调整监测项目和频率、采取相应的施工措施，可以确保施工过程的安全顺利进行。

（二）施工措施

在建筑施工中，施工措施是确保工程质量和人员安全的基础。基坑施工和既有结构保护措施是施工过程中尤为重要的环节。 基坑施工是建筑物的根基，其施工质量直接影响到整个建筑的安全。因此，在基坑施工过程中，必须遵循相关规范，确保基坑的稳定性和安全性。首先，要对基坑进行合理设计。在设计过程中，要充分考虑地下水位、土质条件等因素，以确保基坑的稳定。其次，在施工过程中，要密切关注基坑的变形和，及时采取措施进行加固。同时，还要对基坑周边环境进行监测，防止因基坑施工引发的地表沉降和倾斜。 既有结构保护措施也是施工过程中的重要环节。在施工过程中，要对现有建筑物、构筑物和设施进行保护，防止因施工造成损坏。首先，要对既有结构进行详细检查，了解其现状，针对不同问题制定相应的保护措施。其次，在施工过程中，尽量避免对既有结构的直接碰撞和损害，采用隔离、加固等方法降低影响。最后，加强对既有结构的监测，发现问题及时处理，确保其安全。 除了基坑施工和既有结构保护措施，施工过程中的其他安全控制措施也同样重要。例如，要加强对施工现场的安全管理，严格执行安全规定，确保施工现场的安全。同时，要对施工人员进行安全培训，提高其安全意识，减少安全事故的发生。此外，还要做好施工现场的环境保护工作，防止施工过程中的污染和破坏。 总之，在建筑施工过程中，严格执行各项安全控制措施是保障工程质量和人员安全的关键。基坑施工和既有结构保护措施作为施工过程中的重要环节，必须引起足够的重视。只有做好这些工作，才能确保施工过程的顺利进行，建筑物的安全稳固，为城市的建设和发展贡献力量。

四、安全保护措施

（一）优化施工方案

在新建地铁车站临近既有站施工过程中，合理安排施工顺序是确保既有站结构安全的关键。为了减少既有站结构所承受的施工影响，应在确保既有站结构安全的前提下，将新建车站的施工划分为几个阶段，分期进行。每个阶段完成后，应对既有站结构进行监测，评估其安全性，再进行下一阶段的施工。合理安排施工进度，控制施工速度，避免过快的施工速度对既有站结构产生过大的影响。在基坑开挖过程中，应采取由远及近、由上至下的开挖顺序，先开挖远离既有站的部分，再逐渐靠近既有站，同时注意控制开挖速度。主体结构施工时，应先施工远离既有站的部分，再逐渐靠近既有站。在主体结构施工过程中，应合理安排施工步骤，避免对既有站结构产生过大的荷载。

（二）加强监测

为了确保既有站结构在施工过程中的安全性，应加强监测工作，及时掌握结构变形情况，以便采取相应的应对措施。根据工程实际情况，合理布置监测点，覆盖既有站结构的关键部位，如顶板、底板、侧墙等。包括既有站结构的沉降、水平位移、倾斜、裂缝发展情况等。同时，应关注基坑周围环境的变化，如地表沉降、管线变形等。根据施工阶段和监测数据的变化情况，合理安排监测频率。在基坑开挖和主体结构施工过程中，应加密监测频率。对监测数据进行实时分析，发现异常情况及时报告，并根据分析结果采取相应的应对措施。

（三）加强既有站结构的加固处理

在新建地铁车站临近既有站施工过程中，为了提高既有站结构的抗变形能力，降低施工对既有站结构的影响，确保既有站结构的安全性和稳定性，必须对既有站结构进行加固处理。首先，增设支撑是提高既有站结构抗侧刚度的有效方法。在既有站结构的适当位置增设支撑，可以提高既有站结构的抗侧刚度，增加其抵抗侧向变形的能力。增设支撑的方法主要包括在既有站结构的侧墙上增设水平支撑、在既有站结构的顶板上增设垂直支撑等。通过增设支撑，可以有效地限制既有站结构的侧向变形，提高其稳定性。 其次，加强既有站结构的梁柱节点是提高其连接性能的关键。梁柱节点是既有站结构中承受剪力和弯矩的重要部位，其连接性能的优劣直接影响到既有站结构的受力性能。加强梁柱节点的处理方法主要包括采用高强度的连接材料、改善连接节点的构造等。通过加强梁柱节点的处理，可以提高既有站结构的连接性能，增强其整体刚度。 再次，加固既有站结构的墙体是提高其抗剪强度的有效措施。既有站结构的墙体是承受剪力的主要构件，其抗剪强度直接影响到既有站结构的稳定性。加固既有站结构墙体的方法主要包括采用高强度的墙体材料、改善墙体的构造等。通过加固墙体，可以提高既有站结构的抗剪强度，增强其稳定性。

（四）严格控制施工过程中的变形

在施工过程中，应严格控制基坑开挖、降水和主体结构施工过程中的变形，确保既有站结构的安全。合理选择开挖方法，控制开挖速度，避免过快的开挖速度对既有站结构产生过大的影响。同时，注意控制开挖面的稳定性，避免开挖面坍塌。合理选择降水方法，控制降水速率，避免过快的降水对既有站结构产生过大的影响。同时，注意监测周边环境的变化，防止降水对周边环境造成不良影响。合理安排施工步骤，控制施工荷载，避免对既有站结构产生过大的影响。同时，注意主体结构施工过程中的连接质量，提高结构的整体性能。

结论

本文通过对石家庄地铁5号线建和桥站临近既有2号线建和桥站施工的数值模拟分析，预测了施工对既有结构的影响，并提出了变形控制指标。根据控制指标，提出了监测要求及施工措施，确保既有线路的安全运营。

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