地鐵建筑專業對洞樁法暗挖車站的方案優化

臧紅昊

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

1 引言

軌道交通地下車站一般常采用明挖法及蓋挖法，在設計邊界條件有限，交通狀況復雜的情況下，往往會考慮采用暗挖工法。常見的暗挖車站施工工法有洞樁法、一次性扣拱、棚蓋法等。長春市城市軌道交通5 號線一期工程亞泰大街站所處地層自上而下分別為雜填土層、粉質黏土層、中粗砂層、全風化泥巖、強風化巖層、中風化巖層，其中中粗砂層含水量較大。本站由于設計邊界條件受限，不具備交通導改條件，管線改遷難度大，管線改遷工期不可控，通過對此車站在埋深選擇、風道布置、進洞方式等相關設計問題進行分析，最終考慮采用洞樁法為最優方案。

2 暗挖車站建筑設計的基本注意事項

城市軌道交通車站施工工法一般采用明挖法、蓋挖法和暗挖法。明挖法具有施工簡單、快捷、經濟、安全的優點，但對周圍環境的影響較大，一般適用于周邊條件較好，具有管線改遷及交通導改條件的車站。蓋挖法相對明挖法，施工場地較小，對道路交通等環境的影響有所降低，一般適用于市區繁忙的道路交通，管線可以改遷及交通可以分幅導改。相對于明挖法及蓋挖法施工，暗挖法對車站周邊的影響相對較小，一般適用于一些管線改遷難度極大、基本無法實現交通導改的車站，但暗挖法對地層條件有一定要求，且相對于明挖法及蓋挖法，施工風險略高[1]。

2.1 合理選擇車站埋深

通過對亞泰大街站的設計邊界條件進行分析，在滿足合理設置出入口位置的條件下，車站主體覆土應按照小于10m控制，故車站采用淺埋暗挖法施工較為合理。

淺埋暗挖具有不拆遷、不影響地面交通、不改遷主要管線的特點，適用于北京、長春、沈陽、青島等地層條件較好的城市。車站覆土主要在0.4～1.5 倍開挖跨度，一般控制在7～10m，具體埋深應根據控制性管線、車站附屬布置條件及地層條件綜合等因素考慮[2]。

2.2 合理選擇風道與車站主體的關系

暗挖車站風道與車站主體結合的關系主要分主體包風道（雙層風道）和風道包主體（3 層風道）2 種形式。

主體包風道（雙層風道）布置形式，在北京、青島地區應用較多，排風系統采用雙活塞系統，活塞風道、排風道合并為地下1 層風道布置，新風道與另一活塞風道合并為地下2 層風道布置，風道凈寬一般約為8.5m，高度一般約為12～14m，車站主體高度一般約為16m。特點是附屬高度低于車站主體高度，有效降低附屬風道高度，風道不控制車站埋深，施工風險較低。

風道包主體（3 層風道）布置形式，是結合長春地鐵特有排風系統（單活塞單事故風機，活塞事故風機與車站排煙事故風機互為備用）布置，新風道通過站廳夾層布置在地下1 層，活塞風道及排風道布置在站廳層風道及站臺層風道內。風道凈寬一般約為9m，高度一般約為19～20m，主體高度一般約為16m，風道在站廳層以上的起拱高度約為10～11m，風道高于車站主體，車站的埋深不僅由主體本身控制，還受制于暗挖風道的埋深。特點是新風布置在夾層，車站規模可優化減少2～3m，但車站埋深受控于兩側風道，故風道施工難度較大，風險較高。

風道與主體結合形式需要根據周邊環境，地質及管線，經濟性、可實施性、施工風險等因素綜合考慮。

3 亞泰大街站方案分析

3.1 車站工程概況

長春市城市軌道交通5 號線一期工程亞泰大街站位于長春大街與亞泰大街交匯處，沿長春大街路中東西向布置，車站上方有沿亞泰大街南北向敷設的高架橋跨過，車站為地下2層13m 島式站臺車站。亞泰大街規劃道路紅線寬60m，路中有高架橋，目前已實現道路規劃，長春大街規劃道路紅線寬50m，目前已經實現道路規劃。

亞泰大街站所在地為長春市老城區，周邊既有建、構筑物較多，附屬布置期間需要考慮與周邊建、構筑物的防火間距及防火措施。車站位于在亞泰大街和長春大街路口交匯處，管線較多，改遷難度極大，改遷工期不可控，地面交通繁忙、復雜，交通導改條件非常困難，基本不具備明、蓋挖條件，所以車站考慮采用暗挖法施工（見圖1）。

圖1 亞泰大街站總圖

3.2 結合車站范圍內地質條件及管線情況合理選擇風道布置

亞泰大街站地層在埋深8～15m 處含有砂層（含水量較大），車站范圍內的主要控制性管線為1 根埋深5m，直徑1.2m的雨污干管，平行于車站敷設。如采用長春地區特有的風道包主體的高風道形式，受周邊場地限制，車站埋深需控制在在15m 以下，方可躲避砂層，但會導致出入口提升高度較大，服務功能較差，且后期運營成本較高，地面布置條件較差，且后期運營成本較高。若車站盡量考慮減少埋深，受埋深約5m 的重力流管線影響，風道埋深至少要保證6m 以上，則主體埋深將約在10m（見圖2），導致主體導洞拱部完全處于砂層中，施工風險極高，需要對拱部進行全斷面注漿，措施費約5 000 萬元。

圖2 風道包主體車站縱斷面

所以經過對比分析，且充分結合長春地區特有的排風系統及處在砂層的地質條件，考慮采用主體包風道的形式來降低車站埋深，從而使車站拱部有效躲避砂層，同時優化車站出入口的功能及建設、運營費用。從目前的車站設計邊界條件分析，本車站若采用主體包風道的形式，風道需考慮采用單層布置的方案更為合理，既排風道與活塞風道為一個風道，新風道單獨一個風道，風道凈跨度一般在8～9m，單層風道高度一般在5～6m，主體站廳層高度一般在7～8m。綜合考慮車站上方DN1200 埋深約5m 雨污管線，車站整體覆土可控制在8m，車站主體導洞拱部可以有效避開砂層（見圖3、圖4），施工風險大大降低，注漿的措施費僅為2 000 萬元，但單層風道需要對施工豎井進行部分回填，費用約為300 萬元，較高風道方案措施費仍可減少約2 700 萬元。

圖3 主體包風道車站縱斷面

圖4 主體包風道車站橫斷面

3.3 綜合考慮施工豎井與車站附屬的有效結合

暗挖車站的附屬布置應盡量考慮與車站施工豎井相結合，在最大程度上避免工程量的浪費，亞泰大街站目前共考慮設置3 處施工豎井，1 處與車站東側大里程端新風井結合設置、1 處與車站西側2 號出入口垂直電梯結合設置，還有1 處與西側小里程端新風井及消防水池結合設置，由于地面受風井布置條件的限制，本站采用雙層風道在經濟性和施工風險上均高于單層風道的布置，故本站在永臨結合上存在一定工程量的浪費，但目前的永臨結合方案已是最經濟、合理、可行的方案。

3.4 洞樁法施工對車站建筑布置影響

一般建筑設計應以保證功能最優為原則，但暗挖車站的設計不能僅考慮建筑功能優先的原則，而是應充分與結構專業配合，考慮車站埋深的合理性和施工的安全性；內部布置時應考慮結構鋼管柱、法蘭盤及中縱梁對車站內部樓、扶梯布置及中板孔洞的影響；外部布置應考慮永、臨結合的原則，充分利用既有風井作為結構的施工豎井，最大限度地避免工程量的浪費[3]。

4 結語

對于采用洞樁法施工的暗挖車站，建筑需要在不影響使用功能的前提下盡量優化布置，通過優化主體與風道結合的形式來優化車站埋深；通過優化風道斷面來降低結構施工風險；通過合理的永、臨結合方式減少工程量的浪費。對于暗挖車站而言，只有安全可靠、合理可行的車站方案，才是最優的設計方案，若任何專業僅考慮自己的制約因素，都可能會造成不必要的工程量浪費或者帶來施工風險的提高。