《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《复杂环境下地铁换乘站设计施工关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 中铁四局集团有限公司、 中铁四局集团第四工程有限公司

主要完成人: 陈平、 安刚建、 赵旭、 应克忠、 赵文政、 张伟、 陈亮、 张亮、 姚云龙、 刘强、杨刊、 方诗圣、 张天成

项目简介

(一) 项目背景

近年来, 随着我国城市轨道交通的快速发展,位于城市中心密集区、 交通主干道上的地铁站工程日益增多, 特别是地铁换乘站, 势必面临着路面交通流量大、 临近建筑多、 既有地下管线多、地质条件复杂、 地铁站换乘节点处坑中坑开挖风险大、 施工空间有限等复杂环境影响, 使得地铁换乘站快速安全施工面临巨大挑战。国内针对此复杂环境条件下的地铁换乘站施工技术研究相较少, 无法满足当前施工要求。因此, 开展本项目研究对解决我国复杂环境条件下的地铁换乘站施工技术难题, 对推动行业科技进步具有重要的理论和现实意义。

本项目以合肥 3 号线和 5 号线换乘站为工程背景, 采用数值模拟与理论分析、 现场监测相结合的综合研究方法, 针对复杂环境下地铁换乘站施工关键技术开展研究。

(二) 技术概况

(1) 揭示了不同深基坑施工方案与时序条件下土方开挖对基坑稳定及周边环境的影响规律,以及深基坑开挖过程中风化砂岩性质变化对围护结构稳定的影响规律, 并提出围护结构优化方案。

(2) 揭示了围护结构的变形规律和半幅盖板在车道荷载作用和基坑变形共同作用下的受力特点, 提出了半盖挖法深基坑格构柱平面位置设计优化方法, 改善了开挖空间, 提高了施工效率。

(3) 研发了一种适用于 T 型地铁换乘站换乘节点处坑中坑四角环形向内开挖技术。通过数值模拟分析坑中坑施工对相邻外坑基底的影响, 得到坑中坑周边外坑基底的应力分布及变形情况,确定了外坑主体结构底板的安全施工范围, 解决了换乘节点坑中坑基坑开挖施工难题。

(4) 提出邻近管线的保护技术方案, 揭示了基坑开挖对邻近雨水箱涵的影响规律。

(三) 适用范围

适用于城区复杂环境条件下的地铁换乘站施工。

(四) 知识产权及获奖情况

本项目获得公路工法 1 项, 实用新型专利 3项, 申请 3 项发明专利 (2 项实审), 完成期刊论文发表 2 篇。主要关键技术经国家一级查新机构国内外查新鉴定具有创造性。关键技术获得 2020 年度中国交通运输协会科技进步二等奖、 2020 年度中国中铁股份有限公司科学技术二等奖

项目创新点

(1) 创新提出一种半封闭有限工作面下的支撑体系施工方法, 通过在围护桩侧壁及盖板下端面预埋吊环上设置电动葫芦, 实现了围护桩钢支撑平移、 提升及安装, 解决了半封闭有限工作面钢支撑施工难题。

(2) 提出了一种适用于 T 型地铁换乘站换乘节点处坑中坑四角环形向内开挖技术, 解决了换乘节点坑中坑基坑开挖施工难题。

(3) 研发一种适用于地下工程平面控制测量的竖向可调式简易测量装置, 实现地上和地下的平面位置传递, 避免了多次转站造成施工偏差带来的风险; 首创了一种异型底托, 可以使主体结构支架搭设时立杆底托与底板腋角斜面混凝土间密贴牢固; 创新一种剪力墙钢筋绑扎用拉筋的弯钩成型装置, 解决了拉筋难以按照设计要求正常悬挂的施工难题。

(4) 通过对半盖挖结构下格构柱设计平面位置优化研究, 改善了围护结构内力分布情况的同时, 也增加了明挖侧作业空间, 确保了施工及临时盖板上交通运行安全, 对类似工程设计具有参考作用。

同类项目比较

国内外同类项目的比较见表 1。

应用案例

    合肥地铁轨道交通 3 号线蒙城路站施工中研发了 “复杂环境下地铁换乘站设计施工关键技术冶,能够减小对自身围护结构稳定以及周边环境的影响, 同时能保证先期线路的正常运营。共计为项目节约成本 247.62 万元。其中, 相比同期开挖法,采用分期开挖的施工方法节约工期 1.87 个月, 节约费用 238.83 万元; 相比传统的 “单向分台阶后退式开挖冶, “四角环形向内开挖冶 法节约工期 0.2个月, 节约费用 8.79 万元。施工实施后, 蒙城路站围护桩侧移最大值 19.8mm, 地表沉降最大值19.9mm 均小于控制值, 深基坑稳定性良好。

    合肥地铁 3 号线阜阳路站在施工中应用了 “城市主干道半盖挖车站施工关键技术冶 和 “坑中坑施工关键技术冶, 基坑从 2018 年 11 月 16 日开挖,至 2018 年 12 月 30 日完成, 为项目节约工期 0.6个月, 节约费用 136.68 万元。

    台州中心站为台州市域铁路 S1 线、 S2 线换乘站, 中心站深基坑施工从 2019 年 10 月 2 日基坑开挖, 至 2020 年 7 月 24 日完成, 通过应用合肥交通3 号线蒙城路站研发的 “复杂环境下地铁换乘站设计施工关键技术冶, 为项目部节省费用 384.74 万元, 节约工期 1.7 个月。保障了台州中心站总体大节点工期, 加强了施工安全状态, 经济、 社会效益显著!

社会效益与经济效益

    本项目成果在合肥市轨道交通 3 号线车站、 阜阳路站及台州中心站工程中得到了成功应用, 共计节约费用 1039郾 58 万元。

    本成果提高了换乘站的建设速度、 降低了建设成本。实现了施工时地面交通正常运行, 对周边出行环境影响较小; 施工完成后基坑安全稳定、质量优良, 地表沉降、 围护结构变形均小于控制值, 基坑控制较好等效果。中铁四局是全线首家完成正式竣工验收的施工企业, 为保障了主干道交通通畅作出了较大贡献, 社会效益显著。

    随着经济的高速发展和城市地面交通压力的日益加剧, 地铁工程正在加速建设中, 地铁换乘站作为地铁线路的一个重要组成部分, 正向规模更大、 深度更深、 环境更复杂的方向发展。本研究成果对我国复杂环境下地铁换乘站设计施工技术的进步具有推动作用, 具有较大的借鉴作用和推广应用价值。