大埋深多線換乘地鐵車站設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)

李明磊

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300308）

1 工程概況

東大橋站位于北京市朝陽區(qū)朝陽門外大街與東大橋路、工人體育場東路、關(guān)東店北街五岔路口處，沿朝陽門外大街大致呈東西向設(shè)置，與既有M6 號(hào)線東大橋站、在建M17 號(hào)線東大橋站以及M22 號(hào)線東大橋站形成四線換乘。

由于M22 號(hào)線與M28 號(hào)線為同期建設(shè)線，受周邊環(huán)境、道路寬度及前后區(qū)間影響，兩線上下疊摞設(shè)置，其中M28 號(hào)線在上，M22 號(hào)線在下。同期建設(shè)的M17 號(hào)線為暗挖端廳車站，其站臺(tái)層下穿M6 號(hào)線（暗挖法施工），同方向的M28 號(hào)線與M22 號(hào)線分別上跨和下穿M17 號(hào)線，底板埋深達(dá)到45m，在國內(nèi)地鐵建設(shè)領(lǐng)域?yàn)槁裆钭畲蟮拿魍诘罔F站。

2 建筑功能及四線換乘方案

2.1 建筑功能

車站為蓋挖5 層17m 島式車站，主體采用2 柱3 跨結(jié)構(gòu)，地下1 層為公共交通層，地下2 層為M28 站臺(tái)層，地下3 層為共用站廳層，地下4 層為設(shè)備層，地下5 層為M22 站臺(tái)層。

車站的出入口功能全部通過下沉廣場內(nèi)實(shí)現(xiàn)，M28 及M22 的風(fēng)亭部分通過下沉廣場、采光井及景觀井進(jìn)行消隱，部分風(fēng)亭設(shè)置為敞口低矮風(fēng)亭，并與綠化景觀融合。

2.2 四線換乘方案

M28 及M22 引入后，與在建M17 和既有M6 形成四線換乘，并結(jié)合三角地塊進(jìn)行附屬一體化設(shè)計(jì)，形成四線換乘方案，主要有以下2 個(gè)換乘思路。

2.2.1 地下3 層作為站廳層及換乘廳

換乘客流可以選擇向左通過換乘通道進(jìn)入M17 站廳層，向上通過2 組樓扶梯進(jìn)入M28 站臺(tái)層，向下通過5 組樓扶梯進(jìn)入M22 站臺(tái)層，向北通過換乘廳內(nèi)設(shè)置的2 組樓扶梯進(jìn)入M6 站廳層。換乘路徑清晰，換乘組織順暢（見圖1）。

圖1 換乘方案一：負(fù)3 層換乘廳

2.2.2 地下1 層作為站廳層

地下3 層為轉(zhuǎn)換及換乘層，M28 與其他線換乘客流需從M28 站臺(tái)爬升至站廳，選擇通向M6 方向的樓扶梯向下至M6站廳層，在站廳選擇通向轉(zhuǎn)換層的樓扶梯向下至轉(zhuǎn)換層，從轉(zhuǎn)換層再選擇向西通過換乘通道到達(dá)M17 站廳，向下通過樓扶梯到達(dá)M22 站臺(tái)層，即需通過2 次辨別換乘路線。M17、M22與M6 的換乘客流需通過換乘通道或樓扶梯到達(dá)轉(zhuǎn)換及換乘層，通過不同的導(dǎo)向換乘不同的線路【1】。換乘組織較為復(fù)雜，換乘路徑較長。

通過以上比選分析，換乘思路一換乘路徑簡潔，換乘組織順暢，功能較優(yōu)且便于運(yùn)營管理，故作為推薦方案。

3 超深基坑設(shè)計(jì)

3.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

工程地質(zhì)：本站區(qū)域上部為第四系松散沉積物，下伏基巖為第三系礫巖及泥巖，第四系覆蓋層厚度約50m，主要為第四系粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂～中粗砂層、卵石層，最大粒徑≥260mm，一般粒徑為100～150mm。

水文地質(zhì)：車站范圍內(nèi)有3 層水，為潛水和2 層承壓水。

3.2 支護(hù)方案及施工工法

3.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)北京市相關(guān)政策要求，施工期間不能降水，因此，本站采用地下連續(xù)墻進(jìn)行止水施工，地連墻嵌入黏土層，基坑內(nèi)進(jìn)行坑內(nèi)降水。

3.2.2 施工工法

考慮如下4 方面因素：（1）本工程北臨既有軌道交通6 號(hào)線，西臨在建軌道交通17 號(hào)線，南臨東大橋東里居民區(qū)，安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻；（2）基坑深度達(dá)到45m，為目前北京市最深基坑；（3）本工程地處北京市CBD 區(qū)域，周邊環(huán)境極其復(fù)雜；（4）本工程位于交通主干路（朝陽門外大街）正下方。因此，本站推薦采用縱向分幅蓋挖逆作法施工，以提高基坑及結(jié)構(gòu)施工的安全性，有效減少臨時(shí)結(jié)構(gòu)的廢除，大幅減少工程浪費(fèi)，施工空間相對(duì)封閉，減小噪聲、塵土對(duì)周邊環(huán)境的影響，保證了道路暢通。

3.2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

車站基坑深度45m，地連墻長度73m，厚度1.5m，利用6層中樓板及增加的3 道混凝土支撐作為基坑內(nèi)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。

采用理正深基坑、同濟(jì)啟明星基坑計(jì)算軟件，互為驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 基坑計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

4 車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)形式

本站雙柱三跨5 層框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸見表2。

4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

由于車站主體與附屬在地下1～3 層均有開洞，開洞處設(shè)置梁柱體系替代側(cè)墻，計(jì)算模型中通過對(duì)梁柱體系進(jìn)行等強(qiáng)度代換為薄墻，進(jìn)行建模計(jì)算。假定地連墻與主體結(jié)構(gòu)之間只傳遞徑向壓力，使用期間地連墻結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)以重合墻形式共同承受全部荷載。結(jié)構(gòu)構(gòu)件按承載力極限狀態(tài)及支撐使用極限狀態(tài)的要求，分別對(duì)施工階段、使用階段、地震工況、人防工況進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋采用各工況包絡(luò)性設(shè)計(jì)，構(gòu)件承載力和裂縫滿足規(guī)范要求。

表2 車站主體標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)參數(shù)表

5 設(shè)備選型

由于本工程地下連續(xù)墻深度73m，在北京地質(zhì)情況下施工此地連墻深度實(shí)屬少見，借鑒以往施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比液壓抓斗和雙輪銑槽機(jī)在砂卵石地層應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

5.1 抓斗式成槽機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：（1）低噪聲、低振動(dòng)；（2）抓斗挖槽能力強(qiáng)，施工效率高；（3）除早期的蚌式抓斗、索式導(dǎo)板抓板外，其余抓斗式挖槽機(jī)設(shè)有測(cè)斜及糾偏裝置，可隨時(shí)調(diào)控成槽垂直度；（4）成槽精度可達(dá)1/300 或更?。唬?）價(jià)格相對(duì)便宜。

缺點(diǎn)：（1）掘進(jìn)深度及遇硬層時(shí)受限，降低了成槽工效，需配合其他方法一道成槽；（2）根據(jù)北京既有工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)貙悠骄鶚?biāo)貫值N＞136 時(shí)，抓斗成槽極其困難。

5.2 雙輪銑槽機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：（1）成槽效率高，掘進(jìn)速度快，通常在松散地層中成槽效率可達(dá)20～40m3/h（較抓斗式成槽機(jī)高2～3 倍），中等硬度的巖石也能達(dá)1～2m3/h；（2）成槽精度高、孔形規(guī)則，利用電子測(cè)斜裝置和導(dǎo)向調(diào)節(jié)系統(tǒng)可調(diào)節(jié)角度的鼓輪旋銑器，可使垂直精度高達(dá)1%～3%；（3）成槽深度大，一般可達(dá)60m，特制機(jī)型可達(dá)150m；（4）能直接切割混凝土，在一、二序槽段的連接中無須專門的連接件，無須采取特殊封堵措施就能形成良好的墻體接頭；（5）排渣的同時(shí)即清孔換漿，減少了混凝土澆筑準(zhǔn)備時(shí)間；（6）設(shè)備自動(dòng)化程度高，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活操作方便，以電子指示儀監(jiān)控全施工過程，自動(dòng)記錄和保存測(cè)斜資料；（7）低噪聲、低振動(dòng)，可以貼近建筑物施工。

缺點(diǎn)：（1）設(shè)備價(jià)格昂貴、維護(hù)復(fù)雜且成本高；（2）對(duì)地層中的鐵器掉落或原有地層中存在的鋼筋等比較敏感；（3）設(shè)備自重較大，對(duì)場地硬化條件要求較傳統(tǒng)設(shè)備高。

綜合以上對(duì)比分析，雙輪銑作為一種先進(jìn)的地下連續(xù)墻成槽設(shè)備，其突出的優(yōu)點(diǎn)是在硬層中的施工速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)施工工藝，可有效解決本項(xiàng)目地層中存在較多致密卵石層導(dǎo)致掘進(jìn)困難的問題；并且其施工精度高、適應(yīng)性強(qiáng)的特性，可有效保障本項(xiàng)目成槽質(zhì)量，提高接縫止水效果。其低振動(dòng)、低噪聲等特性，有效地保證了鬧市區(qū)文明施工的要求，因此，本工程推薦采用雙輪銑槽機(jī)施工，并結(jié)合套銑工藝進(jìn)行接頭處理。

6 結(jié)語

綜上所述，得出以下結(jié)論：

1）上下疊摞的四線換乘車站，利用中間負(fù)3 層作為換乘大廳，可使換乘路徑簡潔、組織順暢、便于運(yùn)營管理；

2）通過計(jì)算分析，本站基坑標(biāo)準(zhǔn)段深45.05m，盾構(gòu)段深46.51m，采用1.5m 厚地下連續(xù)墻支護(hù)的蓋挖逆做法結(jié)構(gòu)，可保證基坑安全穩(wěn)定；

3）采用雙輪銑的成槽工藝，可解決傳統(tǒng)抓斗被動(dòng)挖掘在針對(duì)大埋深致密卵石層效率低下的問題，并配合套銑接頭，從構(gòu)造上提高了接縫處的止水效果。