地铁车站结构方案设计实例分析

地铁车站结构方案设计实例分析
夏阳;江朋
【摘要】本文以合肥轨道交通5号线工程休宁路站为工程背景,介绍了车站结构方案设计过程中遇到的一些包括周边建筑物保护、膨胀土处理、交通疏解及管线迁改等方面的重难点问题,针对这些问题,提出了研究思路,并最终确定了合理可行的设计方案,可为今后类似项目提供一些借鉴.
【期刊名称】《工程与建设》
【年(卷),期】2017(031)005
【总页数】4页(P606-609)
【关键词】地铁车站;建筑物保护;膨胀土;交通导改;管线迁改
【作者】夏阳;江朋
【作者单位】安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥 230088;安徽
省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥 230088
【正文语种】中文
【中图分类】U231+.4
0 引言
地铁因其运量大、环保、舒适、方便、快捷等优点，逐渐成为各城市优先发展的一种公共交通形式［1］。

目前，我国已步入了地铁的高速发展期，截止2016年末，国内共30个城市开通城市轨道交通运营。

共计133条线路，运营线路总长度约4
153km。

其中北京、上海都已经超过500km［2］。

地铁车站作为地铁线路的重要组成部分，通常设置在交通繁忙的路口、繁华的地段以及既有建筑物附近［3］。

其施工难度大、标准高、工期长，并且施工期间对周边环境和居民的生活影响也较大，因此在地铁车站施工时，要根据工程所在地的地质条件、周边环境、地表沉降控制要求、道路交通状况、施工技术水平等情况，因地制宜，进行技术经济比较，选择相对合理的方案。

既保证车站本身功能的实现，又保证施工过程的安全，同时还要最大限度减小对周边环境的影响［4］。

基于以上，本文介绍了合肥轨道交通5号线工程典型地下车站休宁路站在结构方案研究中遇到的一些重难点问题，并提出了解决思路，确定了实施方案。

1 工程概况
1.1 站址环境
休宁路站位于合肥市宿松路与规划休宁路交叉口，沿宿松路南北敷设，为地下二层11m岛式站台车站，主体总长度207.3m，标准段总宽度19.7m。

车站主体为地下二层单柱双跨、局部双柱三跨箱形框架结构，采用明挖法施工。

车站设2个风亭组及4个出入口，均为单层结构，也采用明挖法施工。

车站西侧为中铁科技大厦，其地下室与车站主体距离最近约9.1m，与附属距离最近约5.7m；车站北侧为高压走廊带，高压线与车站端头水平距离约10m。

宿松路路中有一道现状DN1600钢筋混凝土雨水管，沿车站自北向南走向，管底埋深约4.5m。

站址环境详见图1所示。

图1 车站总平面布置
1.2 工程地质与水文地质
（1）工程地质。

休宁路站沿线场地在深度50m范围内覆盖层由第四纪人工填土（Qml4）、第四纪晚更新世冲洪积层（Qal＋pl3 ）和第四纪晚更新世残积地层（Qel3）黏性土组成，下伏基岩为白垩纪上统张桥组地层（K2z）泥质砂岩。

场区
各地层分布较稳定，层面略有起伏。

车站地层分布如图2所示，自上而下分别为：①1杂填土层；①2素填土层。

⑥2黏土层；⑦1黏土层；⑨1全风化泥质砂岩层；
⑨2强风化泥质砂岩层；⑨3中风化泥质砂岩层，车站底板位于⑥2黏土层中，其
中⑥2、⑦1层黏性土呈弱膨胀性。

图2 车站地层分布
（2）水文地质。

本车站场地范围内的地下水主要为上层滞水和基岩孔隙、裂隙水。

浅部地下水主要赋存于人工填土中，以上层滞水为主，水量微弱。

勘探期间测得水位埋深为1.30～3.60m，平均埋深为2.37m。

基岩孔隙水主要赋存于⑨1层全风
化岩中，富水性及透水性较弱，基岩孔隙水总体不发育。

根据规范要求并结合地区经验，拟建场地地下水环境类别为Ⅱ类［5］。

2 设计重难点及对策
2.1 锚杆处理及风险源保护
车站西侧的中铁科技大厦为14层钢筋混凝土框剪结构，2层地下室，深度约
7.1m，筏板基础，基础埋深约8.2m；地下室边墙距离车站主体结构基坑最近约9.1m，主楼距离主体基坑最近约28.1m，距离附属出入口基坑5.7m。

中铁科技
大厦地下室围护形式为放坡＋预应力锚杆支护体系，锚杆为直径18的钢筋，间距1.5m，长度6～10m，侵入到主体围护桩及基坑范围内。

地下室及其围护与主体
基坑关系详见下图3所示。

图3 车站主体基坑与地下室围护关系示意图
（1）锚杆处理。

根据经验，现场处理侵入围护结构内的锚杆，常有两种方案：一是采用大直径钻孔灌注桩（一般不小于1m），钻进过程中遇到锚杆时，加钢护筒人工割除，此方案适用于地下水量小、锚杆埋深较浅的情况；另一种是直接利用钻机的冲击力将锚杆钢筋切断，适用于锚杆埋深大，人工割除困难的情况，该方案施工时对周围土体扰动较大，不利于周围环境的保护，且易将地下室周边肥槽中的潜
在上层滞水引入车站基坑。

中铁科技大厦地下室围护锚杆最深仅6m，且水量微弱，故采用人工割除锚杆的方案。

经计算分析并结合经验，临近地下室一侧车站主体及附属围护均采用直径1.0m间距1.3m的钻孔灌注（其余为直径0.8m间距
1.1m）。

加大桩径也加大了基坑围护结构刚度，有利于控制地表沉降及周边建筑
物变形。

（2）风险源保护。

中铁科技大厦地下室边墙距离主体基坑最近约9.1m＜0.7 H＝0.7×17＝11.9m（H为基坑开挖深度），根据基坑规范和相关技术要求中的相关
规定，基坑安全等级为一级，环境变形保护等级也为一级［6］。

设计采用的保护措施有：①采用大直径钻孔桩，增大围护刚度；②第一道钢筋混凝土内支撑加密至6m（标准段为9m），增大首道支撑体系刚度，有利于控制变形；③建筑物周围
预留一定数量的注浆管，施工时加强建筑物裂缝、变形监测，如果超报警值，采用注浆加固等措施控制其发展。

（3）风险源施工影响预估及评价。

根据风险源结构类型、保护级别、风险源与新建轨道交通的位置关系、风险源所处环境影响区的地质特点及施工工法等因素，并结合工程经验，对车站重要风险源在施工期间产生的影响进行预估及评价。

为合理反映基坑开挖卸载对周边环境产生的附加变形影响，采用二维弹塑性有限元分析方法，以模拟基坑体系非线性变形下的坑周地层应力场和位移场［7］。

围护和支撑结构均采用弹塑性BEAM单元模式来模拟。

土体采用十五节点平面单
元及硬化土（HS）材料模式来模拟［8］。

部分计算参数由以往同类工程实测数据反分析求得。

计算分析通过分荷载步求解来模拟施工工况，通过单元的“激活和冻结”手段来模拟土体开挖和结构浇筑。

计算模型及结果如图4～6所示。

图4 计算模型
图5 水平位移云图
图6 竖向位移云图
由计算结果可知，围护桩最大水平位移为15.2mm；地下室底板最大竖向位移约9.6mm，最大水平位移约1.2mm，建筑物沉降差约0.001 2，均满足一级基坑及建筑物保护要求［9］。

因此，只要严格按照设计方案精心施工，围护结构本身，基坑周围土体及周边建筑物变形均可控。

3.2 膨胀土处理
合肥是我国典型的膨胀土分布区，根据自由膨胀率试验结果，本站⑥2、⑦1层黏性土呈弱膨胀性。

膨胀土的性质会随其含水量的变化而发生显著变化，尤其是抗剪强度等力学指标，本场地膨胀土在天然状态下，呈硬塑～坚硬，力学性质良好，但是当土体含水量在急剧增加的情况下，土体强度则会大大降低，压缩性增大，抗剪强度指标也会迅速衰减［10］。

车站建设周期长，受气候、人为等因素影响，土体含水量可能会发生多次干湿循环变化。

因此轨道交通工程设计施工应结合膨胀土的特殊性质，重点考虑其带来的不利影响。

由于膨胀土的胀缩特性，在地铁车站基坑支护设计时，应从“短开挖、快封闭、强措施、防渗入、留基土”等结构措施方面入手最大程度的减少膨胀土的危害。

图7 桩间网喷做法
“短开挖”表示控制基坑分层开挖深度不宜过大，减少土体临空面暴露时间。

基坑开挖到底时应尽快浇筑垫层及底板，以缩短基底暴露时间。

“快封闭”指随挖随对桩间暴露土体进行挂网喷砼，保证土体的临空面最短时间内封闭。

“强措施”指由于桩间土体有膨胀性，为保证桩间土体的稳定，结合合肥地区基坑支护经验，设计采取对桩间挂网喷砼中增加横向拉筋的做法来处理，如图7所示。

“防渗入”指雨水、施工用水、管网漏水等水体不得流入基坑槽壁，从而造成膨胀土的含水量发生较大变化而发生危害。

“留基土”指基坑挖土接近基底设计标高时，宜在其上部预留150～300mm土层，待下一工序开始前人工挖除。

3.3 交通疏解
车站施工期间的交通导改的一般指导原则包括：①减小对现状交通通行能力的影响；
②保持旧路及进出小区（单位）道路的畅通；③加强施工车辆、施工人员与交通车辆之间的交通安全管理；④获得市政工程主管部门和公安交通部门批准后方可实施等［11］。

休宁站位于宿松路下，宿松路规划道路红线宽45m，现状为双向8条机动车道＋
2条非机动车道，交通较繁忙，经现场调研，早晚高峰时车流量较大，如图8所示（图中pcu／h表示等效通行能力，即单位时间内可能通过的最大交通实体数）。

另因5号线线路要求，车站偏道路西侧布置，车站主体轮廓已贴近道路红线，车
站施工期间，车站西侧的消防支队战勤保障大队主入口无法正常使用。

图8 宿松路晚高峰交通流量统计图
经现场核实，车站西侧已基本实现规划，东侧现状为空地，施工时可将宿松路交通导改至道路东侧，利用东侧未规划的空地作为临时车道，保证宿松路正常通行能力。

同时，为减少交通导改次数，将车站主体及道路西侧附属结构同期围挡，车站主体施工时可借用附属结构场地，施工可用场地面积增大，方便施工。

而为解决消防支队战勤保障大队大门通行问题，根据场地和周边环境条件，研究了两个方案：一是借用望湖美家居停车场一角，作为消防支队战勤保障大队进出通道；二是车站主体上方设置临时路面板。

两种方案平面布置如图9、10所示。

两方案
工程造价相当，但方案二围挡一分为二，施工效率大大降低，工期延长。

设计推荐方案一。

图9 导改方案一
图10 导改方案二
3.4 管线迁改
管线搬迁工作应结合规划管线布置和城市发展规划，动迁和搬迁工作应满足工程实施进度安排，力求以最少搬迁完成永久性管线迁移和设置［12］。

休宁路站场地的现状控制性管线主要为宿松路上一根DN1600砼雨水管，管底埋
深4.5m，位于车站主体上方（车站顶板覆土2.5～3.5m），沿车站纵向南北走向；休宁路为规划道路，虽未实施，但已完成施工图设计工作，前期与该道路设计单位对接获悉，休宁路上方规划有一根DN1500砼雨水管，埋深3.6m，横穿车站主体，与车站顶板冲突。

车站靠道路西侧布置，距离建筑物较近，无大管径深埋雨水管的改迁路径。

而沿车站纵向的雨水管，埋深与顶板冲突，即使增大车站埋深，施工期间也需要临时迁出车站范围，且加大车站埋深、重复搬迁大管径雨水管的代价太大。

经比选，并经管线权属单位、市政规划部门同意，该砼雨水管利用东侧未开发地块永久迁改，且路径选择时既考虑少占地块，又保证车站施工期间的管线安全。

休宁路路中设计规划的东西走向的雨水管与车站顶板标高也冲突，但考虑到其尚未实施，故经与休宁路建设方及设计方协调，同意从北侧绿化带绕行方案。

如图11
所示。

图11 控制性管线迁改图
4 结束语
为保证轨道交通顺利实施，设计过程中中不仅要运筹帷幄，还应未雨绸缪：方案研究中应综合考虑地质、环境、功能、线路、埋深等多种因素的制约，同时还要考虑到施工期间交通、工期、城市规划等的影响。

本文针对在休宁路站结构设计方案研究过程中遇到的重难点问题，提出了安全、经济、可行的解决方案，保证了工程顺利的推进，可供类似项目参考。

〔参考文献〕
【相关文献】
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