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１工程概況

１.１工程規模及環境特點

鄭州地鐵４號線會展中心站為地下三層１４ｍ雙柱島式結構，垂直原有車站方向布置，車站總長１６７．０２ｍ。１號線會展中心站為地下兩層站，施工時已預留與４號線換乘條件，既有１號線負二層底板為現在４號線負三層中板，１、４號線之間在地下三層實現換乘，長度為２３．７ｍ。

１.２工程地質及水文地質條件

工程施工涉及地層主要有人工填土、粉土、粉質黏土、粉細砂等土層。本場地地下水位埋深約為９．２ｍ，暗挖段主要位于埋深２０．５～３２．９ｍ的粉砂層，為微承壓水中－強透水層，承壓水頭約５ｍ。

１.３下穿施工設計方案

１）１號線車站設計和施工時考慮到后期換乘的需要，在換乘節點位置底板下設置了兩排８００ｍｍ厚地下連續墻，底板預留了打開條件，框架柱下設置了鋼管柱，鋼管柱下預留直徑２０００ｍｍ支撐樁，插入基底深度２５ｍ。２）首先對換乘節點土體進行水泥－水玻璃雙液漿注漿加固，下穿１號線暗挖段臨時支護采用工２０ａ型鋼鋼架，鋼架間距０．５ｍ，鋼架與既有１號線地連墻采用植筋連接，掛設?８單層鋼筋網，噴射３０ｃｍ厚Ｃ２５混凝土，徑向打設?２２ｍｍ砂漿錨桿，間距１ｍ×０．５ｍ梅花型布設，拱腰、拱腳均設２根?４２ｍｍ鎖腳錨管，長度為３．０ｍ。采用上下臺階法開挖，臺階距離按５ｍ控制。３）暗挖施工采用分部導洞作業，具體施工步序如圖１：（ａ）上下臺階開挖左側部分，做中隔墻及噴混；（ｂ）施工左邊底板及側墻結構；（ｃ）上下臺階開挖右側部分，施作中隔墻及噴混；（ｄ）施工右側底板及側墻；（ｅ）上下臺階分部開挖中部，施工中部底板；（ｆ）拆除中隔墻，施工結束。

２下穿施工數值模擬及變形分析

２.１數值計算模型

為預測下穿施工過程中既有結構的變形規律和量值，尋找施工變形的關鍵控制工況，為后期施工方案優化和技術比選提供理論依據，研究中采用有限差分程序對下穿施工過程進行了三維數值模擬。根據工程實際情況，建立模型，共剖分５９１０３９個單元。地面設置為自由端，其他面采用法向約束。根據地勘資料和結構材料屬性，確定地層和結構物理力學參數。

２.２施工過程數值模擬

１）下穿既有線工程主要包括端頭井基坑施工、暗挖下穿與４號線主體結構施工。２）下穿段采用由南向北的施工。３）暗挖段施工模擬時，開挖方法為六導洞上下臺階法，并施作噴混、支撐，導洞開挖完成后施作換乘站混凝土底板及側墻。

２.３下穿施工對既有車站軌道道床變形影響

１）既有線道床隆沉變形。新建車站施工對既有車站道床軌道豎向位移的影響，可通過監測既有車站左（北側）、右（南側）兩條線路上４條軌道位置處節點的豎向位移，得出原有線路在作業過程中軌道變化情況。２）既有線路道床水平變形。暗挖下穿施工時，道床水平變形出現回彈減小現象；４號線主體結構施工后，受其自重和結構特征影響，道床產生指向端頭井方向變形，變形值增大，但量值微小，最大水平值為０．３８ｍｍ。６６

３暗挖下穿既有車站變形控制基準

３.１基于既有線行車安全的結構變形控制標準

《城市軌道交通結構安全技術保護規范》（ＣＪＪ／Ｔ２０２－２０１３）中對外部工程施工引起的既有軌道及地鐵隧道結構允許變形做出如表１所示規定。

３.２基于既有車站結構安全的變形控制標準

不同施工階段極限狀態下所對應的最大豎向變形統計結果如表２所示。從計算結果可以看出，施工過程中，既有車站結構底板隆起控制最不利階段為端頭井基坑開挖階段，允許隆起限值為９．８ｍｍ；沉降控制最不利階段為暗挖下穿施工完成階段，允許沉降限值為２０．９ｍｍ。根據表２計算結果，并假定既有車站軌道變形與道床結構一致，由數值計算得到各施工階段極限狀態下對應的軌道差異變形，如表３所示。３）下穿施工位移管理標準。將端頭井基坑開挖施工和下穿施工作為關鍵施工控制工況，并制定“雙控型”變形控制標準。為安全起見，施工過程中可將道床最大允許沉降１５ｍｍ、最大隆起５ｍｍ和軌道最大允許軌向高差１．５ｍｍ、最大允許橫向高差２．０ｍｍ作為施工控制限值，采用極限位移值的７０％作為施工過程相應的預警值，實現施工過程位移（變形）分級管理。

４下穿施工變形現場監測

４.１道床變形測點布置

為保證施工安全，選擇下穿段上部１號線結構ＤＫ２５＋０９３～ＤＫ２５＋２０８之間１１５ｍ范圍，對施工期間道床沉降進行了實時監測，共布設了２１個監測斷面、４２個測點。
４.２數值模擬結果現場印證

選擇暗挖段施工結束后道床沉降變形為對比指標，左右線道床沉降變形規律基本一致，數值相差較小，誤差主要是由于數值計算無法完全模擬復雜的施工現場情況引起的；印證了以數值計算結果為基礎建立的施工位移管理基準是實際可行的。

４.３道床變形模擬與實測結果綜合分析

選取監測里程范圍內暗挖段上方ＤＫ２５＋１４３、ＤＫ２５＋１５３、ＤＫ２５＋１６３三個斷面上對應左線和右線道床上監測點的數據進行分析，繪制了各個施工階段完成后測點處既有線路豎向變形和水平位移的曲線，如圖２、圖３所示（為方便描述，圖中橫坐標施工階段中１為換乘節點注漿、２為左側導洞開挖及支護、３為右側導洞開挖及支護、４為中間洞門剩余地連墻破除、５為中間底板混凝土澆筑）。綜合數值模擬和監測數據可得：①隨著換乘段暗挖施工的開展，左線道床主要以沉降變形為主，右線道床以隆起變形為主，最大沉降量為１．２３ｍｍ、最大隆起量為１．７８ｍｍ，豎向變形滿足變形控制標準。②左線道床水平位移施工階段３達到最大值，為０．６ｍｍ；右側道床水平位移于施工階段４達到最大值，為１．１２ｍｍ，水平向未達到預警指標。綜上，下穿施工不會對既有線路的運營和結構安全造成影響。

５結語

下穿施工中不同階段既有車站主體結構（底板道床）變形的數值模擬表明，其中最大隆起值為１．５ｍｍ，出現在基坑開挖完畢階段，最大沉降值為２．２ｍｍ，出現在暗挖下穿施工結束后。文章提出的既有車站結構雙控型變形控制基準確定方法，為類似工程問題提供了新的解決思路，可供相關工程借鑒。

參考文獻：

［１］郭亮．大洞徑暗挖隧道下穿國鐵站場地層沉降控制標準及措施研究［Ｄ］．西安：長安大學，２０１４．

［２］吳昊天．矩形隧道零距離下穿運營地鐵車站結構變形規律與控制方法研究［Ｄ］．濟南：山東大學，２０１７．

作者:黃章君 韓現民 譚建兵 王康 李文江 單位:中鐵隧道集團二處有限公司 石家莊鐵道大學土木工程學院