地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

鄭 君 廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué)專任教師，工程師

楊 斌 中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司工程師

張 琳 廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué)專任教師

廣州市地鐵14號(hào)線2期地鐵線主要經(jīng)過廣州市越秀區(qū)、白云區(qū)，加強(qiáng)了從化區(qū)與中心區(qū)的聯(lián)系，方便沿線居民出行，是緩解沿線道路交通壓力的重要交通線路。廣州市地鐵14號(hào)線2期工程的建設(shè)，能夠有效緩解白云區(qū)西北部地面的交通壓力，實(shí)現(xiàn)城市綜合交通規(guī)劃，使地鐵14號(hào)線成為連接從化區(qū)與廣州市中心城區(qū)的紐帶。地鐵14號(hào)線2期工程功能定位：加強(qiáng)地鐵覆蓋范圍，以解決沿線居民和通勤客流出行，緩解沿線道路交通壓力為主。

1 工程概況

1.1 火車站概況

廣州火車站位于廣州市環(huán)市西路、站前路以及人民路的交叉路口北側(cè)，是既有廣州地鐵2號(hào)線、5號(hào)線及在建11號(hào)線的地鐵換乘站。廣州火車站廣場北側(cè)為火車站站房、售票廳；廣場西側(cè)是廣州郵政局；東側(cè)為民航售票中心。地鐵站位于廣州火車站站前廣場，東西向布置，車站本次新增8個(gè)直出地面出入口，5處銜接口(11/14號(hào)線)、9組風(fēng)亭組（11/14號(hào)線合用，含改造）及9個(gè)安全出口（11/14號(hào)線合用，含改造）。

2 設(shè)計(jì)步驟

2.1 車站工法比選

火車站周邊為已經(jīng)建成地鐵2號(hào)線、5號(hào)線。地鐵14號(hào)線車站基坑標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度為34.2 m，開挖深度為31.31 m，地鐵11號(hào)線車站基坑標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度為40.9 m，開挖深度為42.86 m，地鐵站施工會(huì)對(duì)火車站周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響[1]。本站基坑保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，變形控制標(biāo)準(zhǔn)：地面最大沉降量≤0.15% H；支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.25% H，且≤30 mm。城市地下車站的施工方法主要可以概括為：明挖法、蓋挖法、暗挖法三種，這3種施工方法各有其適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)。由于站位位于廣州火車站廣場中心位置，人流量大，且鐵路部門要求春運(yùn)期間能夠在施工場地還原現(xiàn)場交通，因此，火車站主體擬采用蓋挖逆作法施工，而換乘大廳是下沉式廣場，蓋挖法施工預(yù)算較高，故采用明挖法施工，站房下方結(jié)構(gòu)為明挖法施工。經(jīng)過綜合比選，本站推薦采用明暗挖結(jié)合工法施工。（見表1）

2.2 明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選

廣州火車站主體基坑深度標(biāo)準(zhǔn)段約為35.11～43.06 m，基坑深度范圍內(nèi)從上向下依次為：雜填土層、粉質(zhì)粘土層、全中微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。經(jīng)比選，基坑施工對(duì)鄰近建筑與地下管線的影響較小，工藝成熟，采用工程造價(jià)較低的旋挖樁。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚度為1000～1200 mm旋挖樁[2]。附屬結(jié)構(gòu)及換乘大廳基坑深8.45～15.3 m，擬采用800 mm旋挖樁＋錨索＋內(nèi)支撐方案。

基坑施工對(duì)鄰近建筑與地下管線的影響較小，可與永久結(jié)構(gòu)結(jié)合為單層結(jié)構(gòu)，亦可與內(nèi)襯墻組成疊合結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)，共同受力。本地區(qū)若采用地下連續(xù)墻則要求可為單層結(jié)構(gòu)，亦可與內(nèi)襯墻組成疊合結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)共同受力，基坑深度較大，施工對(duì)環(huán)境的影響較小，需要使用大型挖槽機(jī)，在土層中施工速度較快，施工工藝與難度工藝成熟，施工難度較小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程造價(jià)較高。若采用旋挖樁則要求圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度較大、變形較小，設(shè)備需要采用大型鉆機(jī)，基坑施工對(duì)鄰近建筑與地下管線的影響較小，樁與內(nèi)部結(jié)構(gòu)共同承受水土壓力，工藝成熟，施工難度小。若采用灌注樁則基坑深度較大，施工對(duì)環(huán)境的影響小，機(jī)具設(shè)備要求使用大型旋挖鉆機(jī)，在土層中施工速度快，施工工藝與難度工藝稍欠成熟，施工難度大。經(jīng)過比選，火車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)推薦采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚度為1000～1200 mm旋挖樁。

2.3 明挖主體結(jié)構(gòu)方案比選

本站頂部覆土約1.5 m，車站主體、附屬結(jié)構(gòu)均采用鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑布置及其他相關(guān)系統(tǒng)專業(yè)的要求，主體結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空為：主體結(jié)構(gòu)負(fù)1層（除外掛段）結(jié)構(gòu)凈空為5.6 m；主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段負(fù)2層結(jié)構(gòu)凈空為5.6 m，負(fù)3層凈空為7.6 m，負(fù)4層凈空為7.65 m,負(fù)5層凈空為9.91 m。主體結(jié)構(gòu)基坑輪廓尺寸：基坑長度約270 m，基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬度約34.2 m，基坑深約31.31～40.9 m，施工方法為蓋挖逆作法。圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型1000 mm、1200 mm旋挖樁，無支撐體系，結(jié)構(gòu)抗浮措施，設(shè)置抗拔樁，圍護(hù)與內(nèi)襯為復(fù)合聯(lián)接關(guān)系。內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式為單柱雙跨矩形框架結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)件截面尺寸：頂板800 mm，中板600 mm，底板1400 mm，側(cè)墻1200 mm，柱直徑1500 mm，防水方案為全包防水。換乘大廳基坑輪廓尺寸基坑寬度約70 m，基坑深約15.3 m，施工方法為明挖順作法。圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型及嵌固深度旋挖樁，嵌固深度6 m，支撐體系豎向設(shè)5道錨索，結(jié)構(gòu)抗浮措施，設(shè)置抗拔樁，圍護(hù)與內(nèi)襯聯(lián)接關(guān)系為復(fù)合墻。內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式為箱型框架結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)件截面尺寸頂板：800 mm，底板1200 mm，側(cè)墻700 mm，防水方案為全包防水[3]。

表1 施工方法對(duì)比表

2.4 暗挖主體結(jié)構(gòu)方案比選

暗挖段隧道內(nèi)凈空尺寸應(yīng)根據(jù)限界的要求確定，隧道結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。計(jì)算時(shí)按照施工階段初支施工，承受全部圍巖壓力，使用階段二襯承擔(dān)全部水壓及土壓。暗挖主體結(jié)構(gòu)推薦采用單洞單線站臺(tái)、暗挖隧道，拱頂覆土約32.5 m，軌面埋深40 m，根據(jù)工程類比法，確定隧道支護(hù)參數(shù)[4]。

3 風(fēng)險(xiǎn)工程識(shí)別

3.1 工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

車站西側(cè)，基坑緊貼地鐵2號(hào)線、5號(hào)線，施工風(fēng)險(xiǎn)大，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一級(jí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，根據(jù)情況確定是否進(jìn)行加固處理；車站南側(cè)為市政工程，結(jié)構(gòu)占用部分過街通道，距離立交橋墩最近18.5 m，立交橋樁基長約16 m。初步判定為摩擦端承樁，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一級(jí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，根據(jù)施工監(jiān)測視情況確定是否進(jìn)行加固處理。廣州火車站北側(cè)，地鐵14號(hào)線蓋挖基坑距離火車站站房約8 m，地鐵11號(hào)線暗挖隧道在火車站底板正下方，下穿火車站軌道，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一級(jí)，火車站站房采用袖閥管注漿加固[5]。

3.2 工程自身風(fēng)險(xiǎn)分析

火車站周邊為已經(jīng)建成的地鐵2號(hào)線和5號(hào)線、環(huán)市路高架橋、火車站站房，車站長度為270 m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度為34.2 m。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度31.31 m，地鐵站施工將可能對(duì)火車站周邊環(huán)境將產(chǎn)生不利影響。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)工程影響分析

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源結(jié)構(gòu)類型、保護(hù)級(jí)別、風(fēng)險(xiǎn)源與新建軌道交通的位置關(guān)系、風(fēng)險(xiǎn)源所處環(huán)境影響區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)、施工工法等因素，結(jié)合廣州地鐵已開通線路的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本風(fēng)險(xiǎn)源在地鐵站施工期間可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

利用理正基坑計(jì)算軟件，對(duì)基坑開挖引起的地面沉降進(jìn)行計(jì)算。在基坑施工時(shí)，對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐及地面進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)監(jiān)測周邊重要的管線及建筑物的沉降變形，當(dāng)監(jiān)控管線及建筑物的沉降變形超標(biāo)時(shí)，及時(shí)采取跟蹤注漿等措施。

4 結(jié)語

本文以廣州市地鐵14號(hào)線2期的地鐵站為例，對(duì)地鐵站設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行探討，并做好結(jié)構(gòu)方案的比選工作，完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，順利完成地鐵站的建設(shè)工作。