[00133230]复杂环境运营地铁车站接驳拓建关键技术研究

①课题来源与背景 项目受以下科研课题资助：（1）国家重点研发计划项目：《城市地下空间网络化安全拓建施工技术》（编号：2018YFC0808703）及《城市地下大空间施工安全可视化自动监控系统》（2018YFC0808706）;（2）两项企业级科研课题：《地铁车站改扩建工程施工安全监控技术研究》（2019-B05）;《城市地下大空间施工安全可视化智能监测预警云平台研制与开发》（G19-01）。 随着国民经济的不断发展,我国的城市化进程也在逐步加快,城市轨道交通建设速度迅猛。为了缓解城市发展的巨大交通和空间压力需要对既有的运营中的地铁车站、区间等进行改造。另一方面,因为地铁在城市发展中的带动效应,建设时期较早的地铁线路沿线地块被迅速开发,人口涌入较大,导致地铁客流量激增,同时设计期预计的长远期流量与其实际流量往往存在一定偏差,导致地铁客运量超出设计规模,从而需进行既有车站的扩建改造。 地铁线路一般沿城市主干道敷设,先期建设的线路通常位于建筑物密集,人流较大的城市中心地带,工程环境极为复杂。在城市繁华区、居民密集区、旧城改造区等城市地下空间建设中均会遇到既有地下结构与新建地下结构在水平、垂直空间位置上的邻近、密贴、交叉、重叠等相互影响。拓建施工安全涉及到地层、周边环境、既有结构及拓建结构间复杂的相互影响,新的建设理念、建设规模、结构型式、拓建方式等对工程建设提出了更高的要求,如处理不当将对城市公共安全造成极大威胁。因此,为最大限度减小公共安全风险,对城市地铁车站拓建施工关键技术开展深入研究迫在眉睫。 ②技术原理及性能指标 技术原理：（1）揭示了复杂环境运营地铁车站近距增建及连通接驳安全拓建地层与结构相互作用机理,建立了既有结构状态与拓建施工过程的动态关系;通过数值模拟等方法揭示了接驳施工及开口部位的力学特性,提出了两阶段两状态的结构设计评估方法;（2）依据变形控制理念和评估设计方法,提出了新建基坑、换乘通道及售检票厅拓建施工精细化控制的重点范围、重点部位及关键环节,形成了微扰动开挖安全施工关键技术,提出了开口状态评估、站内防护、既有结构破除、接口防水、新旧结构接驳等成套地铁车站连通接驳拓建施工技术;（3）针对以变形为控制核心的理念,提出了地铁车站拓建施工安全监测指标体系,创新了高精度实时感知安全监测技术,开发了可视化自动监控系统对地铁车站拓建施工过程进行实时监测,保证了拓建施工安全及既有地铁运营安全。 性能指标：（1）创建了微扰动施工变形控制关键技术,控制密贴燃气管线最大沉降量4mm,最大沉降速率0.8mm/d;（2）研发了复杂环境运营地铁车站连通接驳拓建接口结构及防水施工技术,控制既有结构最大变形2mm;（3）研发了拓建施工安全状态3D可视化实时监控系统,实现更高精度误差控制：沉降0.2mm、变形0.3mm、应变1με、深层土体位移2mm/30m。 ③技术的创造性与先进性 （1）提出了地铁车站拓建施工的分类型式,建立了既有结构状态与拓建施工过程的动态关系,提出了新建基坑、换乘通道及售检票厅拓建施工精细化控制的重点范围、重点部位及关键环节,形成了微扰动开挖安全施工关键技术,减小了拓建施工对运营地铁、国家文物及周边重要管线的影响;（2）系统总结了地铁车站接驳拓建的开口型式,分析了既有车站结构局部破除施工过程中其受力变形规律及风险控制点,提出了开口状态评估、站内防护、既有结构破除、接口防水、新旧结构接驳等成套地铁车站连通接驳拓建施工技术;（3）提出了地铁车站拓建施工安全监测指标体系,创新了高精度实时感知安全监测技术,开发了可视化自动监控系统对地铁车站拓建施工过程进行实时监测,保证了拓建施工安全及既有地铁运营安全。 本项目以复杂环境运营地铁车站为依托工程,对力学机理、施工技术、安全监测等方面开展了系统研究,通过示范工程的成功应用证明了各项技术的先进性。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目研究成果适用于城市轨道交通及城市地下空间拓建施工领域,尤其适用于施工过程中多点拓建多次扰动,地层与结构应力重构频繁;周边敏感建（构）筑物多,地质条件差,高-极高风险点分布密集,施工风险、环境风险及运营安全风险高;工程安全监测控制标准严格、精度及时效性要求高,需实时监测、及时预警的工程项目。随着国民经济的不断发展,我国的城市化进程也在逐步加快,城市轨道交通建设速度迅猛。为了缓解城市发展的巨大交通和空间压力需要对既有的运营中的地铁车站、区间等进行改造。另一方面,因为地铁在城市发展中的带动效应,建设时期较早的地铁线路沿线地块被迅速开发,人口涌入较大,导致地铁客流量激增,同时设计期预计的长远期流量与其实际流量往往存在一定偏差,导致地铁客运量超出设计规模,从而需进行既有车站的扩建改造。据统计,仅北京地区存在拓建需求的地铁换乘车站就有60余个,上海、广州、深圳等一线轨道交通通行压力巨大的城市也广泛存在同类需求,因此推广应用前景广阔。