日本既有地铁车站扩建工程中的交替施工法

小编语

全长30.8km的东西线是东京客运量最大的线路之一，高峰时段的列车和站台拥挤不堪，导致列车运行时常延误。为了解决这些问题，东京地铁公司展开了一系列站台改造工作。为了减少站台改造施工对运营的影响，确保已经有几十年历史的旧站台结构安全，东京地铁公司的工程人员考虑了各种方案，并于2018年开始对站点进行扩建改造。本期，小编就带大家来了解整个改造计划中最具挑战性的南砂町站扩建计划！        

工程背景

东京东西线南砂町站完工于1969年，当年是通过沉箱法在须崎运河下建造的。时过境迁，运河消逝，如今的车站附近已经充满了各种商业设施、公寓和其他建筑物。沿线人口的增加导致通勤高峰期间车站发生乘客拥挤成为常态，整条线路长期延误。因此，东京地铁计划在南砂町站进行翻新工程，以解决向东京市中心方向的列车延误问题。

         

施工中的南砂町站

东京地铁计划在现有车站月台的南面建造一个新站台，并增加第二条轨道。完成后，车站原本两侧各有一条轨道的单一岛式站台将被转换为具有三组轨道的双岛式站台。这将显著增加列车进出效率，从而解决该站拥挤而造成的延误。该计划还要求扩大现有站台，搬迁车站设施，并增加电梯、自动扶梯和入口，从各方面解决车站的拥堵问题。
         

         

改建前后车站俯视图对比

工程计划

扩建计划要求拆除原有车站的箱型结构，然后在其外围新建车站结构。

         

施工计划的第一步是清除地下埋藏的障碍物，进行挡土墙的打桩作业，包括连续墙的建设，并安装道路面板；

         

第二步是安装支护，并先对底板下方的土体进行改良加固，然后开挖旧箱体下方的区域，并建造新的底板；

         

第三步是拆除旧箱体上部和两侧的结构；

         

第四步是建设新的车站顶板，然后更改轨道路线，最后回填完工。

         

由于新的下层底板位于现有旧车站下层底板的正下方，所以需要在现有车站箱形构件的底面和改良过的土体之间垂直开挖约2m高的巷道。          

工程的挑战和应对

该站当年使用沉箱法在运河中建造，如今运河虽然消逝了，但车站被软弱的土体包围（N = 0-1），意味着在旧车站箱体结构下方进行开挖势必会造成对周围地面和旧箱体结构的影响，沉降控制成为了本次项目的重点和难点。
         

由于计划使用分区巷道的开挖方式对旧箱体底板到改良后土体之间的空间进行开挖，所以施工方决定从以下三个方面进行研究，以期最大限度地控制沉降：

(1) 每根巷道的宽度；

(2) 分区巷道开挖的工序；

(3)底板混凝土的浇筑方法。

巷道的宽度：

在施工前，施工方先采用了3D FEM（使用Soil Plus软件）进行分析，模拟了施工对车站箱体结构施加的应力。根据分析结果和建模数据，开挖宽度在6.5m或更小的巷道就可以将施工对现有箱形结构的影响降到最低。
         

分区巷道开挖的工序：

在确定了巷道的宽度后，施工方又通过建模试验了分区巷道开挖的具体工序。 施工方按照宽度不超过6.5m的标准将整个开挖区域分为了23段，施工时，计划一根隔一根进行开挖，在一根巷道已经完成底板浇筑后，再会开始开挖与它相邻的巷道。 这种交替开挖巷道的方法确保了在开挖一 条 巷道时，周围的区域要么是尚未开挖的，要么是已经完成施工的区域。          

         

分区巷道施工

将这种施工方案代入软件中进行模拟计算后，施工方得出结论，同时进行两根宽度在6.5m以下的巷道开挖（非相邻两根），可以确保沉降在控制范围内。

         

3D FEM软件的模拟界面

底板混凝土的浇筑方法：

浇筑底板混凝土时，最初考虑采用常规方法（普通混凝土和无收缩砂浆相结合），但由于担心在现有结构正下方进行混凝土压实工作会很困难；此外，施工方还考虑到填充旧车站箱形构件北侧下方的 倾斜 区域将消耗大量的非收缩砂浆，会大量增加工程成本。因此，施工方重新考虑了浇筑混凝土的方法，采用高流动无收缩混凝土（设计强度：24N/mm2，坍落度：65cm），这种混凝土因其卓越的可加工性和经济性而被选中，无需混凝土压实和无收缩砂浆，因此有望一次性完成作业。

考虑车站施工的实际情况，进行混凝土浇筑时出现意外情况，将无法进行维修和采取其他措施；因此，在实际操作之前，施工方进行严格对的试验工作，以确认高流动性无收缩混凝土在该地区的适用性和可加工性。

         

试验中的高流动无收缩混凝土

实际施工

     

实际施工过程中，施工方通过在旧车站箱体内安装大量监测仪器来，检查和控制沉降和隆起情况，安装了包括水平型水槽计、倾角仪、钢筋应变仪和沉箱接头孔径计在内的多种仪器。所有测量设备度数反馈均实现电子化，可以随时通过专用电脑和平板电脑立即检查，以确认最新情况。

底板施工完成后，测量的最大沉降为6.9 mm，与软件预测分析的最大值 6.6mm非常接近，并且在控制标准值范围内。并且而底板施工开始时，旧车站箱形构件上方由于之前的开挖产生了6.3mm的隆起。因此，如果把开始施工前的沉降水平视为0mm，那么完成施工后最终沉降应该就是0.6mm。

混凝土浇筑的实际施工过程也与计划的基本一致。现场安装了多个填充传感器和其他测量仪器，以检查浇筑情况。混凝土进料设置两条管道，主要进料由A管进行，B管负责根据测量仪器的数据进行精细的进料调整。在第一和第二个巷道的混凝土浇筑完成后，后续的混凝土浇筑都是在列车商业运作过程中进行的。因此，为确保列车安全运行，施工方不断测量轨道变形，以确定混凝土浇筑工作对轨道产生的影响。

巷道交替施工流程图

实际施工中还遇到了一些其他问题：

旧沉箱的钢制基脚（切削刃）和填充混凝土的移除问题。由于待清除的填充混凝土量大到足以显著影响施工进度；因此施工方仔细和反复考虑了清除方法，最终决定通过岩心钻孔和破碎机的方式联合清除。

钢筋捆扎也是一个问题，如下图所示，工作空间极其有限；因此，钢筋的长度比标准的要短。此外，由于采用了交替巷道施工的方案，所以提前在分布钢筋上安装了接头，以保证先施工的巷道与后施工的巷道之间的分布钢筋的连续性。

现场施工环境

   

结 语

看完了小编的介绍，不知道大家对南砂町站改造扩建项目有什么想法呢？从目前的结果上来看，项目沉降控制得当，底板水泥浇筑过程中，列车甚至能保持运营。而这种交替式巷道施工是否会是一种普遍且优秀的软土底板施工方法呢？小编觉得可能还需要更多的验证。        

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