摘要：随着城市交通的不断发展，地铁逐渐成为解决城市交通拥挤问题的重要途径，而新建地铁的施工会对既有车站结构及周围环境产生一定的影响，由于地铁施工工序的复杂性及地下工程本身的局限性等因素，导致目前为止尚未有一套成熟完整的理论可以对地铁施工对周围环境的不利影响进行准确判断分析。本文以南京某大型地铁枢纽站工程为背景，运用MIDAS/GTS-NX软件分析施工对既有车站结构及周围环境的影响，计算结果表明：该地铁施工不会影响既有车站的正常运营及周围建筑结构的安全性。
关键词：地铁施工；风险分析；MIDAS/GTS-NX
中图分类号：U459.3文献标识码：A
0 引言
随着城市地铁工程建设的不断发展，由于城市地铁规划的本身特点，使得新建地铁站往往与既有地铁相邻或者紧贴，而新建地铁的施工可能会对既有地铁及周围环境造成一定的不利影响，甚至在某些情况下，既有地铁及周围建筑物会产生过大的位移，从而影响其正常运营和安全性。
近年来许多学者针对这一问题取得了一定的研究成果。高朗等[1]通过对地下隧道施工过程进行精细化数值仿真模拟，对施工风险进行评估，从而验证了施工方案的可行性；肖海波等[2]通过利用ANSYS10.0软件对隧道开挖过程进行数值模拟，通过模拟结果分析了开挖过程对车站结构变形的影响；刘燕等[3]通过结合现场检测及有限元的方法对隧道周围土体位移量及应力进行分析，评估了工程对周围环境的影响；目前大部分评估方法多为现场检测，而现场检测风险评估方法不仅操作起来难度较大。基于此，本文拟采用MIDAS/GTS-NX软件对地铁施工过程中对既有车站结构及周围环境的影响进行评估，对类似工程风险评估有一定的参考价值。
1 工程概况
1.1 站位及周边环境
本文拟对南京7号线地铁的中胜站地铁段进行风险评估。中胜站为7号线第6座车站，位于河西大街与泰山路交叉口，沿泰山路展布，与既有10号线车站十字换乘。车站起止里程为YCK6+837.7~YCK7+107.7，长约270m，车站中心里程为YCK6+964，设计轨顶标高为-12.0m（吴淞高程系），车站两端头皆为盾构接收井。
本站为地下二层（局部三层）岛式车站，双跨三跨矩形框架结构，柱距9米，采用明挖法施工，站厅在地下一层，站台在地下二层；有效站台宽度13m，车站外包总长270.0m，标准段外包宽21.9m，顶板覆土厚度约3.2m。标准段底板底埋深20.76m，左右端头井底板底埋深22.15m，暗挖段底板埋深约23.76m。本站共设6个出入口、2个风道，其中1号出入口及1号风道、2号出入口及2号风道位于车站东侧，3、4、5、6号出入口位于车站西侧。
图1 中胜站地段平面图
车站周边场地东侧为沙洲东河及桥梁，东南侧为驾校，西南侧为明基医院，东北侧为26层徐矿明星国际商务中心，西北侧为空地（规划为商办混合用地）；沿泰山路东侧有沙洲东河、220kV架空高压线两回。站位周边规划规划以居住、科研、商业用地为主。
1.2 工程地质及水文地质情况
（1）地形、地貌概况
建场地位于河西大街与泰山路交叉口，车站沿泰山路布置。拟建车站主体东侧为沙洲东河，距离车站主体轮廓线约18.5m，经8~9月份现场量测，河水水面高程为5.03m（吴淞高程），中心水深为1.3m左右，淤泥厚度约0.1~0.3m。沙洲东河通过南河与秦新淮河相连通，与外围河网存在水力联系，同时受大气降水影响和上、下游闸门控制，并与地下水呈互补关系。
拟建场地地面吴淞高程为6.6~7.3m左右。场地地貌单元属长江漫滩。
（2）工程地质条件
根据地勘报告，车站基坑开挖范围内土层：①-1、①-2、①-3、②-2b4、②-3b3-4+d3、②-3d3+c3、②-4d2、②-4b3-4+d3。坑底土层：②-4d2中密粉砂层，局部②-4b3-4+d3粉质粘土夹稍密粉砂（软~流塑），承压水头：地面下2.6~3.2m。
2 中胜站施工方法
2.1主体施工工法
中胜站主体基坑长270.0m，车站基坑标准段宽度21.90m，基坑深度20.96m，盾构井基坑宽度27.6m，基坑深度22.15m，车站基坑暗挖井段宽度28.70m，基坑深度23.76m。车站主体基坑采用1000mm厚的地下连续墙，基坑围护地连墙嵌固深度均以伸入K2c-3层强-中风化泥质粉砂岩层中1m控制。地下连续墙接头采用10mm厚H型钢钢板型接头。地连墙成槽前应进行槽壁加固，车站东侧高压线影响范围内采用600mmTRD渠式切割水泥土连续墙进行加固，车站西侧采用φ850@600mm三轴搅拌桩进行加固，加固深度至②-2b4层淤泥质粉质粘土层下3m。7号线中胜站与10号线中胜站呈十字换乘，因换乘节点开挖范围主要为粉砂，透水性地层，故选择周边MJS水平加固+冻结止水帷幕+暗挖法施工换乘节点段。其余车站主体部分及附属结构具备明挖施工条件，故其余结构采用明挖顺做法施工。
3 中胜站施工对十号线地铁及周围环境的影响
3.1 7号线中胜站施工对既有十号线中胜站的影响分析
7号线中胜站位于河西大街与泰山路交叉口，与既有10号线中胜站“十”字换乘，为地下二层（局部三层）13m岛式站。
为进一步了解地铁7号线暗挖下穿过程中对地铁10号线（运营）造成的影响，以便及时采取安全、可靠的工程措施，从而降低施工、运营风险，采用MIDAS/GTS-NX软件进行三维模拟计算分析。计算模型如下图所示。
图2 7号线下穿10号线小洞暗挖模型
3.2 7号线下穿10号线小洞暗挖影响分析
（1）小洞暗挖对地表影响Y向影响，现取其中梁部计算结果如下：
图3小洞暗挖对周边地表的竖向位移
由上述计算结果可知，小洞暗挖对地表沉降微小，对着每一步开挖，地表略微有向上隆起的趋势，隆起距离微小，地表向上隆起3mm左右，而位于小洞部位周围土体有下沉趋势，下沉0.6mm。
3.3小洞暗挖对既有10号线底板的影响
图4 10号线底板竖向位移
由上图可见小洞暗挖区域底板有向上抬起，约4mm，其他部位下沉。分析原因由于小洞暗挖段结构刚度较大，当开挖的时候，荷载释放，土体回弹，而支护结构刚度大，再加上有加固，变形小，起到了传递位移的作用。
图5 10号线底板水平位移
由图中可以得出：小洞暗挖过程中对既有10号线底板水平方向位移的影响，可知由于设置MJS加固，小洞暗挖过程对底板几乎没有扰动作用，水平位移无明显变化，保持在1mm以下。
图6 10号线底板应力
由上图可知：小洞暗挖对既有10号线内应力的影响，由计算发现，暗挖过程中，由于有MJS加固的作用，开挖对既有10号线几乎无影响，10号线底板仍然维持原有的应力分布趋势。
按照《江苏省城市轨道交通工程监测规程》（DGJ32J 195-2015）要求，得出小洞暗挖不影响十号线中胜站的正常运营。
3.4中胜站主体基坑临近东侧220KV高压塔（31#）的一级风险分析
3.4.1 中胜站与高压塔的位置关系
主体结构东侧既有220KV高压线塔（31#），净空26.43m，基础为两桩承台基础，桩径为1m，为钻孔灌注桩，桩长18m，距离车站主体基坑边5.32m，非常接近（＜0.7H）重要设施），属于Ⅰ级环境风险。
图7 中胜站主体与东侧220KV高压塔立面位置关系
采用MIDAS/GTS-NX软件进行模拟计算分析，其中岩土、高压线墩台物采用壳单元模拟，连续墙、桩及内支撑用梁单元模拟，不同土层采用不同材料参数模拟，土体采用摩尔-库伦弹塑性本构模型。
图8 计算模型
3.4.2 有限元分析
MIDAS/GTS-NX软件分析，既有高压塔位移如下图所示：
图20开挖至基坑底高压线桩水平位移
根据上图分析可知，车站，高压塔最大水平位移为0.9mm，倾斜0.04‰＜2‰；最大竖向位移为0.23mm＜10mm。同时，高压塔表现出整体向基坑外倾斜的趋势，但地下连续墙与高压塔之间的槽壁加固仍然起到了一定的减少扰动的作用，高压塔相关指标均在可控范围之内，因此7号线施工不会影响高压塔的正常运行。
4 结论
本文采用数值模拟的方法对7号线施工对周围建筑的影响进行了分析，得出了以下结论：
（1）7号线施工不会影响既有的10号线地铁的正常运营。
（2）7号线施工不会影响周围的高压塔的正常运营。
（3）本工程通过采用数值模拟的方法进行风险评估，其结论与施工后的现场检测数据一致，从而说明了评估方法的正确性及可靠性。
参考文献：
[1]高朗，高延达，张社荣，尚超，王振振.小间距双线隧道CRD法零距离下穿既有营运车站变形影响研究[J].铁道标准设计，2017，61（11）：99-105.
[2]肖海波，李志业，高波.复杂环境下下穿风道开挖对既有地铁车站结构变形影响分析[J].公路，2012，（09）：238-243.
[3]刘燕，刘国彬，刘涛.大型综合地铁换乘车站施工对周围环境影响分析[J].建筑结构，2008，（04）：94-98.
论文作者:王淼
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
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