具有特色建筑空間的徐家棚車站設計技術探討

蔡建鵬， 余 晶

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司， 湖北 武漢 430063)

0 引言

隨著城市建設規模的不斷擴展，為最大程度地吸引客流及方便乘客出行，城市軌道交通線網規劃隨著城市總體規劃調整不斷發展加密。軌道交通車站的使用功能及建設條件越來越復雜，建設難度也越來越大，城市中大量的復雜換乘車站應運而生,如已經開通運營的武漢洪山廣場站和王家墩商務區站、上海人民廣場站、無錫三陽廣場站等。

地鐵換乘車站一般位于城市中心，地處商業區和人口密集區，客流量大，用地空間緊張，周邊環境復雜，車站受控因素多[1]。車站設計需綜合考慮道路紅線、周邊用地規劃、客流量、工程可實施性、工程投資及換乘方便快捷等因素，選擇合理的站位、規模及換乘方式，同時對建筑功能及運營使用提出了更高的標準和要求，結構型式也更復雜。更好地提升換乘車站建筑功能、改善乘車舒適度及解決復雜結構型式難題，是換乘車站設計的關鍵。林作忠[2]對無柱大跨度地鐵結構進行了分析； 吳敏慧等[3]對地鐵換乘方案進行了研究； 劉學軍[4]對換乘方式及換乘車站布置進行了探討與分析； 徐軍林等[5]對地下車站中庭結構進行了有限元分析和計算，分析結構受力特性，并采取了相關的結構措施； 李舸鵬[6]對地鐵車站換乘型式進行了探討； 何瑞[7]對盾構端頭井結構進行了分析和關鍵技術研究； 江建紅等[8]結合中庭地下車站和以往設計經驗，對結構設計方案進行了優化； 尹濤[9]對地下結構頂板開孔進行了有限元分析； 徐濤[10]對各大型軌道交通換乘車站存在的運營風險進行了分析，并提出相應的對策； 帥六妹等[11]以北京地鐵車站為例，重點分析研究了未預留換乘節點的換乘車站方案； 崔淦[12]詳細探討了軌道交通換乘樞紐站空間換乘及組織設計； 金思維[13]對如何設計地鐵車站軌排井進行了探討。

以上文獻主要是針對軌道交通工程車站的換乘方式或結構方案進行單一論述，很少對兼作越江大盾構始發站的大型3線換乘車站的設計進行全方面的探討。武漢地鐵8號線徐家棚站作為大型特色車站，具有特色的建筑空間、多層次的立體空間布局和結構受力復雜等特點，工程的成功實踐對類似工程具有借鑒和指導意義。

1 工程概況

武漢地鐵徐家棚站位于武昌區和平大道與徐東大街、秦園路交匯處，為軌道交通5、7、8號線3線換乘車站。其中： 5號線車站沿和平大道布置，為地下2層島式站臺車站； 7號線車站沿秦園路走行，為地下4層島式站臺車站； 8號線車站沿徐家棚街斜穿和平大道,在湖北省儲備局三三七處地塊內沿東西向設地下3層側式站臺車站。7號線與5、8號線通過通道換乘， 5、8號線通過節點換乘。徐家棚站立體效果圖如圖1所示。

圖1 徐家棚站立體效果圖Fig. 1 3D effect of Xujiapeng Station

地鐵8號線徐家棚站作為黃浦路站—徐家棚站越江大盾構區間(大盾構區間外徑為12.1 m，線間距為5.3 m)的始發站。為滿足盾構始發條件，車站采用側式站臺布置方式，埋深約為地下25 m，設計為地下3層站，主體結構外包總長572.296 m，總寬30.1 m(標準段)，兩側站臺寬度均為10 m，車站總建筑面積為49 225.55 m2。8號線徐家棚站總圖如圖2所示。

圖2 8號線徐家棚站總圖Fig. 2 General layout of Xujiapeng Station on Line No. 8

2 設計構思

2.1 換乘方案比選

7號線與5、8號線間通過通道換乘的換乘方式基本穩定，5、8號線間存在“L”型和“T”型2種換乘方案，如圖3所示。“T”型換乘方案相較于“L”型換乘方案，換乘較為便捷，但車站站位向小里程端移動20 m左右，車站規模增加，同時車站小里程端西側區間隧道轉彎半徑需從700 m調整到650 m，對過江盾構影響較大。因此，“T”型換乘方案不可行，故5、8號線間采用“L”型換乘方案。

2.2 建筑方案

徐家棚站在設計過程中利用自身建設條件因地制宜打造地上、地下一體化的復合空間，整個建筑方案呈現出“高、大、上”的空間特點。8號線徐家棚站剖視圖如圖4所示。

(a) “L”型換乘方案

(b) “T”型換乘方案圖3 5、8號線換乘方案Fig. 3 Comparison of transfer schemes between Line No. 5 and Line No. 8

(a)

(b)圖4 8號線徐家棚站剖視圖Fig. 4 Profile of Xujiapeng station on Line No. 8

其中： “高”主要是指站臺空間高。設計中利用車站埋深大的特點，取消站臺層公共區上方地下2層底板，打造一個高大、通透的站臺空間效果，同時設置在站臺上的過軌通道以及樓扶梯等設施使整個站臺更具空間層次。

“大”主要是指站臺寬度大、車站規模大。徐家棚站為3線換乘車站，同時也是過江的第1站，車站客流大，遠期高峰小時設計客流約4.6萬人次。為滿足客流需求，側站臺凈寬取4.1 m, 每側站臺設置3組樓扶梯(2扶1樓)直達站廳，站臺寬達10 m。徐家棚站為側式站，由于站后設置單渡線、聯絡線等原因，車站長度較長、寬度較大，整個車站長約572 m,標準段寬約30.1 m，總建筑面積達49 225.55 m2，3線換乘總建筑面積達13.6萬m2。

“上”主要是指在車站上方設置有上蓋物業開發。上蓋物業開發地上2層，局部4層，建筑高度23.9 m，總建筑面積22 028 m2，地鐵局部出入口、風井位于上蓋物業開發內，同時上蓋開發充分利用地下結構與車站合理銜接。

2.3 裝修方案

以“都市森林”為設計主題，以整體空間藝術化的手法打造出一個不一樣的地鐵車站。

整個車站通過柱子造型，把樹木的形態演變到設計中，柱面通過采用GRG和沖孔鋁單板結合形式以樹冠形狀延伸至吊頂，頂面、墻面采用白色與深灰色沖孔鋁條板組合排列，塑造空間整體性。車站燈具采用節能環保、時間長、光衰小的條形LED燈光照明系統，結合吊頂條形鋁板與柱面鋁單板組合排列，空間環境更顯溫潤通透，展現和諧統一的感覺。帶給乘客的不僅是一個功能完善，更是一個文化與藝術共生的車站乘車環境。裝修效果圖如圖5所示。

(a)

(b)圖5 裝修效果圖Fig. 5 Decoration effect

3 技術特點及難點

3.1 3線換乘，換乘關系復雜

徐家棚站位于武昌濱江商務區范圍內，車站所在位置屬于武昌核心區，周邊規劃以商業、辦公和住宅為主。5號線是1條服務于武昌鎮內的軌道交通骨架線路，7、8號線為貫穿長江兩岸經濟帶的重要發展軸。徐家棚站作為地鐵換乘站，換乘客流非常大，如何提升徐家棚站換乘方式的便捷性和品質是工程的重難點。

設計方案： 8號線與5號線在地下1層(站廳層)付費區與非付費區連通，8號線在地下3層(站臺層)通過換乘樓梯與5號線地下2層(站臺層)連通，既縮短了換乘距離，又擴大了換乘斷面，能使客流換乘效率顯著提升。換乘流線圖如圖6所示。

圖6 換乘流線圖Fig. 6 Transfer streamline

8號線與7號線通過付費區通道換乘，極大地方便了乘客的換乘，同時利用聯絡線上方空間作為換乘通道，提高了7、8號線間的換乘效率。

3.2 使用功能及空間要求高

8號線徐家棚站作為地下3層換乘車站和越江盾構始發站，車站體量大、埋深大、換乘客流多，提高車站的使用功能和改善乘客的乘車環境，是車站創新的出發點和亮點。

設計方案： 站廳層結合站臺層空間布置特點，加大車站站廳層縱橫向柱跨，提高站廳空間視野及通透性；站臺層利用車站埋深較大的特點，在有效站臺范圍內采用大中庭空間，增大站臺層豎向空間，使候車空間更開闊。通過多個開闊和通透的中庭，打造立體觀感，為乘客創造一個舒適的候車環境。

站廳層縱橫向柱跨約15 m,裝修后凈高3.7 m；站臺層層高12.15 m，裝修后凈高約10 m； 兩側10 m站臺范圍內均為無柱空間。車站建筑橫剖面圖和空間效果圖分別如圖7和圖8所示。

圖7 車站建筑橫剖面圖(單位： m)Fig. 7 Cross-section of station structure (unit: m)

3.3 車站基坑規模大、深度深，水文地質條件及周邊環境復雜

基坑規模大，長約575 m，寬13.9～66.7 m，開挖深度25～29 m。其中車站大里程端區間以坑中坑的型式與K9物業開發地塊3層地下室基坑合建，形成110 m(長)×53 m(寬)×24.7 m(深)的超大超深基坑。

基坑承壓含水層埋深淺、水位高，距離長江大堤約600 m，場地位于長江一級階地，水文地質條件復雜。承壓水主要賦存于〈3-5〉混合層及〈4〉砂層中，孔隙承壓水與長江水力聯系密切，呈互補關系，水量較為豐富，承壓水水位很高。基坑開挖范圍內為近代人工填土層(Qml)、第四系全新統河流沖積土層(〈3-4〉粉質黏土、〈3-5〉粉土夾粉質黏土粉砂互層土、〈4-1〉細砂、〈4-2-1〉細砂)，基底位于〈4-2-1〉細砂層中。基坑地質縱剖面圖如圖9所示。

(a) (b)圖8 車站建筑空間效果圖Fig. 8 Spatial effect of station structure

圖9 基坑地質縱剖面圖Fig. 9 Geological profile of foundation pit

基坑周邊環境復雜，漢飛濱江國際大廈為32層高層建筑，距離K9物業開發地塊基坑約16.6 m； 武昌區電信局徐東路分局為4層磚混房屋、1層地下室結構，距離K9物業開發地塊基坑約11.3 m； 鵬凌苑小區建筑為7層磚混房屋，距離K9物業開發地塊基坑約7.6 m； 鵬凌苑小區一側1棟4層磚混房屋距離K9物業開發地塊基坑約6 m。

圍護結構及支撐體系方案： 由于基坑深度深、規模大，且承壓含水層厚、水頭高，為降低基坑涌水涌砂風險，基坑圍護結構采用地下連續墻隔斷承壓含水層+墻縫旋噴樁止水的支護方案及混凝土內支撐體系。圍護結構主要采用1 000 mm厚地下連續墻，局部小里程端圍護結構采用1 200 mm厚地下連續墻，連續墻的接縫處采用3根直徑為800 mm的旋噴樁止水，支撐體系采用4道混凝土對撐。基坑實施效果較好，基坑變形及滲漏水得到了很好控制。

K9物業開發地塊基坑平面尺寸較大，支撐體系采用2道混凝土桁架支撐+局部角撐的方案。圍護結構采用φ1 000@1 200 mm鉆孔樁，樁外采用三軸攪拌樁止水或高壓旋噴樁止水，坑中坑采用800 mm厚地下連續墻，支撐體系采用2道混凝土桁架支撐+1道混凝土對撐+2道鋼支撐對撐。物業開發基坑三維圖及平面圖分別如圖10和圖11所示。

圖10 物業開發基坑三維圖Fig. 10 3D sketch of foundation pit

圖11 物業開發基坑平面圖Fig. 11 Plan of foundation pit

3.4 大跨度、大中庭結構設計復雜

徐家棚站作為3線換乘車站，對車站使用功能及空間效果要求很高，結構型式復雜多變，具有大跨度、大空間、大中庭等特點，為結構設計增加了極大的困難和風險。車站結構有效站臺范圍主體結構外輪廓寬31.5 m、長約153 m，采用單柱雙跨箱型框架結構，結構板跨約15 m寬； 中二板采用中庭全開洞結構型式，站臺層結構凈高13.55 m，結構側墻跨度約14.65 m。如何采取有效的計算方法和構造措施保證結構受力體系合理、安全可行，是車站結構設計的難點。結構橫剖面圖(使用階段)如圖12所示。

設計方案： 為改善大跨度結構頂中板、側墻的彎矩和剪力過大問題，通過分析計算，比較密肋梁方案、大加腋變截面方案、拱形頂板3種方案，綜合考慮管線、頂板覆土、建筑功能、施工及工程投資，底板跨中設置抗拔樁調整底板結構內力分布，從而改善其受力性能，并增大底板與側墻節點位置加腋尺寸，提高節點抗彎及抗剪能力，減小底板結構尺寸；通過增大頂中板和側墻節點處的加腋尺寸，對結構受力非常有利，并能減小結構構件的整體尺寸。站臺層和站廳層完成效果圖分別如圖13和圖14所示。

圖12 結構橫剖面圖(使用階段)(單位： mm)Fig. 12 Structural cross-section during service stage (unit: mm)

圖13 站臺層完成效果圖Fig. 13 Effect of platform layer after completion

圖14 站廳層完成效果圖Fig. 14 Effect of station hall floor after completion

3.5 結構板開孔大且多，施工階段結構體系臨時轉換設計復雜、風險大

徐家棚站作為越江大盾構始發站，整體始發后配套要求空間高。負2層板結構臨時開孔并設計臨時轉換結構體系，且負1層板扶梯及軌排井開孔大且多，削弱了結構板的整體剛度，尤其對分期施工階段期間結構的側墻和板受力很不利，需采取臨時措施保證施工期結構的受力安全。

設計方案： 盾構始發段負2層板臨時開孔，結構板和中隔墻后澆，通過設置臨時轉換結構梁柱體系保證始發期間結構安全；中庭結構區域負1層板通過在扶梯孔及軌排孔周邊設置大剛度加強梁和臨時水平支撐，保證結構受力體系的穩定。結構橫剖面圖(施工階段)如圖15所示。

3.6 細部結構設計創新

為增大站臺層公共區的有效使用寬度，提高乘客的使用舒適度和增大空間利用率，盡量優化結構構件的布置和設計。如徐家棚站的Y型扶梯支撐柱，如圖16所示； 懸吊人行天橋，如圖17所示。既保證了結構的安全，又滿足了建筑功能空間高標準的要求，對武漢待建線路的地下車站結構設計具有很好的指導和借鑒意義。

圖15 結構橫剖面圖(施工階段)(單位： mm)Fig. 15 Structural cross-section during construction stage (unit: mm)

圖16 Y型扶梯支撐柱效果圖Fig. 16 Effect of Y-type column after completion

圖17 懸吊人行天橋效果圖Fig. 17 Effect of suspension overpass after completion

4 結論與建議

本文依托武漢軌道交通8號線徐家棚站工程特點和設計思路，對車站整體的特色建筑空間及技術難點進行探討，得出如下結論及建議。

1)軌道交通大型換乘車站應長遠考慮客流影響和乘客使用舒適度，在充分利用內部空間的情況下，可盡量引入中庭、大柱距、無柱和加大公共區層高等設計思路，以提升地下空間的通透性和便捷性。

2)多線換乘車站應統籌考慮流線和換乘便捷性，減少換乘距離。

3)通過底板設置抗拔樁、板墻節點加腋、密肋梁等結構措施，可以解決大跨度結構受力問題。

4)為了減少次要構件對空間的占用，提高空間效果，可以創新結構構件設計。

5)對于地塊內的換乘車站，在有條件減小覆土厚度的情況下，應盡量提高站廳公共區的層高，與橫向大跨度空間相匹配。