1工程概况
小什字车站全长282m，位于民族路和打铜街以南，新华路以西，地属解放碑商圈内，是商业、交通的集散点。车站小里程端为新开挖车站隧道，长约41．8m;车站中间部分于1993年建成，已施做完成二次衬砌，但衬砌渗漏水严重，需施作内衬和仰拱并增设防水层，长约128．2m;车站大里程端为既有人防隧道扩挖改建，既有人防隧道位于车站断面中间位置，该段长约112m，如图1所示［1］。本文着重研究车站大里程端扩挖施工对既有高层建筑的影响。
1．1地质条件
小什字站位于重庆市渝中区新华路沿线，为构造剥蚀浅丘地貌。车站地处浅丘缓坡带，地形坡度较大，海拔高程244～265m，相对高差约20m左右。车站沿线揭露地层有:第四系全新统的人工填土层，侏罗系中统上沙溪庙组。第四系全新统的人工填土层主要有素填土、杂填土、卵石;侏罗系中统上沙溪庙组主要有砂岩和砂质泥岩，砂岩围岩级别一般为Ⅲ级，砂质泥岩围岩级别一般为Ⅳ级［1］。
1．2车站规模
小什字车站为10m岛式车站，采用单拱、单柱复合衬砌结构，车站总长度282m，宽度为20．7m，高度为16．6m，车站开挖断面面积约298m2。
1．3地面条件
小什字车站大里程端下穿万吉广场，万吉广场裙楼(13层)柱下独立基础位于车站拱顶正上方，独立基础基底距车站拱顶仅8．5m，万吉广场塔楼(33层)桩基础紧邻车站侧墙，边距仅380mm。
2风险控制
小什字车站位于繁华商业区，且车站埋深较浅、跨度大、地表建筑物密集，若在施工过程中出现险情危及地表建筑物，将造成不良社会影响，因此控制施工过程中的工程风险至关重要。
2．1风险源识别
本工程建设过程中可能出现的风险包括工程本身风险和由工程建设引起的社会环境风险。工程本身风险指施工过程中出现工程事故造成人员伤亡，施工工艺控制不当造成工程质量不合格甚至影响使用功能等;工程建设引起的社会环境风险指由于工程施工造成地表建构筑物开裂、变形、倒塌、人员伤亡等［2］。工程本身风险控制主要在于实施过程中的管理，本文着重考虑设计阶段对工程实施引起社会环境风险的控制。本工程实施过程中需将既有人防隧道扩挖成车站，由于既有人防隧道位于车站断面中间，扩挖时对围岩造成多次扰动，且该段下穿万吉广场，是本工程的重要风险源。
2．2风险源分析
该段车站从既有人防隧道扩挖而成，由于既有人防隧道位于车站断面的中间位置，无法利用既有人防隧道作为开挖侧导洞，只能从既有人防隧道向周边扩挖形成大断面。该段车站拱顶正上方为万吉广场13层的裙楼独立柱基，扩挖施工时若沉降控制不好可能引起裙楼基础发生不均匀沉降，最终导致万吉广场裙楼开裂甚至更严重的损坏。对于车站侧面的塔楼桩基础，由于离车站最近的桩基础在施作时已考虑地铁车站的影响而按端承桩设计，其桩底标高位于车站开挖范围以下，且车站范围内桩身已采取有效隔离措施，在车站扩挖施工时采用机械开挖可确保桩身不受施工影响，其风险小于拱顶裙楼。
2．3风险控制目标
车站开挖影响范围内上部结构的地基土类型为中低压缩性土，根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)第5．3．4条的规定，中低压缩性土地基上框架结构相邻柱基的沉降差允许值为0．002l，其中l为相邻柱基的中心距离。万吉广场位于车站拱顶的相邻柱基的最小中心距离(垂直于隧道轴线方向)为7．8m，所以相邻柱基允许沉降差为15．6mm，该沉降差值即为车站上方垂直于车站轴线方向地表不均匀沉降极限值，取12mm作为本次风险控制的地表不均匀沉降控制目标。
2．4风险控制措施
由于既有人防隧道位于车站断面中间位置，车站的扩挖会对已经稳定的围岩造成多次扰动，为确保上部结构风险可控，制定以下风险控制措施:(1)通过理论分析结合数值模拟，制定合理可行的扩挖方案;(2)在扩挖时严格限制每次开挖进尺不超过2m，扩挖到设计轮廓后及时进行支护，尽可能发挥围岩空间支撑效应［2，3］;(3)超前支护和系统锚杆中设置预应力锚杆，达到紧固围岩，使其与初支共同承担地层荷载［4］;(4)本工程实施过程中，对地表沉降、建构筑物变形和洞内的净空收敛应强监测，根据监测结果对支护参数、施工工艺进行动态调整，实施动态设计、施工［5］;(5)结合工程实施情况和环境条件编制施工应急预案，预备应急抢险物资。
3扩挖工法选择
本工程大里程端在既有人防隧道的基础上进行扩挖，具有较高的工程风险，扩挖工法的选择对工程安全尤为重要。扩挖工法应依据工程自身特点、工程外部条件、地质条件等综合确定，合理的扩挖工法是工程质量与安全的保证［6，7］。
3．1施工制约因素
大里程端车站扩挖施工最大的制约因素就是既有人防隧道的位置，由于在车站断面中间，无法像双侧壁导坑法一样保留断面中间岩柱，使得扩挖施工不得不沿既有人防隧道的周边向车站设计断面扩挖。此外车站拱顶上方的万吉广场裙楼也是扩挖施工的重大制约条件，由于地表建筑物的存在，使得车站扩挖施工时地表沉降的控制要求异常严格。在设计过程中有分部扩挖和分层全断面扩挖两种扩挖方案［8，9］。
3．2分部扩挖
分部扩挖是将需要扩挖的范围分成若干部分，将既有人防隧道作为先行导坑，在导坑的基础上进行扩挖，该扩挖工法的优点是每次分部扩挖体量较小，出现紧急情况时容易采取有效的加强支护措施加固围岩，缺点是多次扰动围岩［8］。建立平面有限元模型对分部扩挖进行模拟［10］，有限元模型如图3所示，经计算分析得到分部扩挖后的围岩第一主应力图、围岩竖向位移图、地表最大沉降曲线图，如图4、图5、图6所示。
3．3全断面扩挖
全断面分层扩挖即沿既有人防隧道现有轮廓(人防隧道位于车站中部)分2～3次进行全断面扩挖，该扩挖工法的优点是扰动次数少，扩挖后围岩整体性较好;缺点是扩挖时形成空间较大，出现紧急情况时及时补救难度大。建立平面有限元模型对全断面扩挖进行模拟，有限元模型如图3所示，经计算分析得到全断面扩挖后的围岩第一主应力图、围岩竖向位移图、地表最大沉降曲线图，如图8、图9、图10所示。
3．4工法比较
从上述有限元分析结果可知，分部开挖后的围岩第一主应力略小于全断面开挖后的第一主应力，分部开挖后的围岩最大竖向位移略大于全断面开挖后的围岩最大竖向位移。图5和图9所示围岩竖向位移为初始地应力、人防隧道开挖、地表建筑加载和车站扩挖共同引起的围岩竖向位移结果云图，利用程序后处理程序将初始地应力、人防隧道开挖和地表建筑加载引起的地层沉降扣除，得到车站扩挖引起的地表最大沉降随施工步序的变化曲线，如图6、图10所示。根据后处理结果，车站分部扩挖引起的地表最大沉降略大于采用全断面扩挖引起的地表最大沉降，理论计算沉降值均未超过设定的不均匀沉降控制值12mm。由于地表建筑的不均匀沉降控制为工程实施的重点，根据数值分析结果并综合考虑施工工期、工程风险，选择分层全断面扩挖作为推荐扩挖方案。在严格控制每次开挖进尺、爆破震速条件下，认为全断面扩挖比分部扩挖能更好的减小对围岩的扰动，控制地表沉降。
4工程实施情况
小什字站于2009年年初开始进行大里程端扩挖，按照分层全断面扩挖法施工，每次扩挖进尺约1．5～2m，监测数据显示地表建筑无倾斜、开裂，地表基本未发生沉降。
5结论
随着轨道交通工程建设的快速发展，在建设过程中遇到的高风险项目将越来越多，对工程风险的控制应在工程实施前进行充分的风险源辨识与分析，针对不同类型的风险源制定行之有效的工程措施。在工程实施过程中应根据实际情况与工程特点选择合理的实施工法，确保工程质量与安全。本文通过论述小什字车站的风险控制过程、工法比选结果及工程实施情况，系统的阐述了高风险项目的实施过程，对类似工程具有一定的指导意义。
作者：易立 张晋毅 单位：北京城建设计研究总院有限责任公司
