大型無(wú)柱式地鐵車站設(shè)計(jì)

【摘要】本文根據(jù)地面交通及環(huán)境要求采用了大跨無(wú)柱式地鐵車站結(jié)構(gòu)，并針對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。
【關(guān)鍵詞】無(wú)柱 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 車站結(jié)構(gòu) 連接節(jié)點(diǎn)
廣州地鐵二號(hào)線工程市二宮站位于廣州市海珠區(qū)江南大道北路與同福東路、小港路和規(guī)劃寶崗北路交叉的五岔路口下，呈南北走向，偏道路東側(cè)設(shè)置。
車站所處江南大道是廣州市連接珠江兩岸的重要交通干道，地面交通非常繁忙，現(xiàn)有路面寬約30m，其中快車道寬13．5m，為四車道，兩側(cè)為非機(jī)動(dòng)車道及人行道，江南大道規(guī)劃道路寬為40m，主要往東擴(kuò)展。車站周邊是高密集建筑區(qū)，幾乎沒(méi)有空地或綠地。東側(cè)多為二至三層的低矮房屋，東側(cè)北端有海珠電器城、江南大道郵政局及小港路夜市，東側(cè)南端有即將開發(fā)興建的益豐花園；西側(cè)多為新建的高層樓房及居住區(qū)，如西南側(cè)新建的18層商住樓、27層供銷大廈，以及廣州市第二工人文化宮等。站址范圍有近10條地面公交線路通過(guò)，并集中在交岔路口j喘設(shè)站。站址平面見圖1總平面圖。

圖1 總平面圖
根據(jù)以上地面交通及周邊環(huán)境情況，市二宮站首次采用了8m島式站臺(tái)、無(wú)柱式單跨結(jié)構(gòu)形式，
為地下兩層結(jié)構(gòu)。車站全長(zhǎng)168．2m，標(biāo)準(zhǔn)段寬17．7m，南盾構(gòu)井段寬20．32m，北端寬38．01m，軌面埋深14．2m。車站單跨最大凈寬達(dá)15．7m，基坑深16m，標(biāo)準(zhǔn)段采用上層站廳明挖、硼臺(tái)蓋挖的施工方法。

2 工程地質(zhì)條件
車站場(chǎng)區(qū)地勢(shì)平坦、開闊，所屬地層為白堊系上統(tǒng)三水組西濠段地層。站區(qū)范圍內(nèi)地層從上到下依次分布為：
(1)人工填土層，厚0．8-3．5m，松散-稍密狀，站內(nèi)皆有分布；
(2)海沖積淤泥層，厚0．4-6．7m，頂面埋深在0．8～3．5m，粘性好
站內(nèi)分布較廣；
(3)海沖積淤泥質(zhì)砂，厚0．5-4．1m，多為松散，伏，局部稍密；
(4)沖積粘性土層，厚0．5～5．0m，粘性一般，軟塑—可塑；
(5)沖積砂層，厚0．4—4．0m，呈松散-稍密狀；
(6)殘積土可塑層，厚1．1～3．3m，粘性好，可塑；
(7)殘積硬塑土層，厚0．8-3．4m，粘性一般，硬塑
(8)全風(fēng)化帶，厚0．4—9．7m，風(fēng)化成硬土狀；
(9)強(qiáng)風(fēng)化帶，厚0．6～16．20m，頂面埋深3．6～11．10m，鉆孔巖芯呈碎塊狀，完整性差；
(10)中風(fēng)化帶，頂面埋深5．8～28．50m，鉆孔巖芯呈柱狀，完整性好；
(11)微風(fēng)化帶，頂面埋深16．5—41．2m，鉆孔巖芯呈長(zhǎng)柱狀，普遍完整性好。
基巖主要為白堊系棕紅色泥質(zhì)粉細(xì)砂巖、砂巖，局部夾少量泥巖、泥灰?guī)r。基巖面起伏較大，基巖中局部夾風(fēng)化土軟弱夾層現(xiàn)象普遍，巖石裂隙不發(fā)育。泥巖，泥質(zhì)含量高的砂巖、粉砂巖遇水或開挖暴露后強(qiáng)度降低很快。
第四系地層中孔隙水及基巖裂隙水富水性較差，裂隙水較貧乏。地下水穩(wěn)定水位埋深多為2．5-5．5m，水質(zhì)對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。
3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選
根據(jù)市二宮站所處的地面環(huán)境、地下管線分布，隋況、基坑開挖深度和工程地質(zhì)特點(diǎn)，針對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式采用人工挖孔樁、鉆孔灌注樁和地下連續(xù)墻的方案進(jìn)行了綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較。斷面形式見圖2圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式
從站址環(huán)境來(lái)看，由于受江南大道交通的影響，現(xiàn)車站結(jié)構(gòu)雖已偏東設(shè)置，但仍占了慢車道，施工時(shí)不允許影響快車道。圍護(hù)結(jié)構(gòu)如采用地下連續(xù)墻，應(yīng)該說(shuō)是深基坑支護(hù)常用的方法，且其整體陛也較好，但由于連續(xù)墻槽段開挖及鋼筋籠吊裝設(shè)備較大，施工時(shí)勢(shì)必將影響江南大道的地面交通，而本工程的地質(zhì)條件又屬上軟下硬，地面以下12m就已進(jìn)人中等風(fēng)化巖層，地下連續(xù)墻施工難度加大，施工進(jìn)度受影響，因此不宜采用。如采用鉆孔灌注樁作為基坑支護(hù)，雖可以投入較多的沒(méi)備同時(shí)作業(yè)，加快施工進(jìn)度，但由于鉆孔灌注樁受施工工藝的限制，對(duì)于上軟下硬的地層，施工后軸線偏差較大，施工期間樁間滲水、滲泥現(xiàn)象難以避免，尤其是站址地下水位高，上覆地層較差，施工時(shí)對(duì)地層擾動(dòng)大，這些都使工程質(zhì)量受到影響，尤其是樁間滲水問(wèn)題最為突出。因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)也不宜采用鉆孔灌注樁。
由于車站范圍內(nèi)普遍存在厚0．4—6．7m海沖積淤泥層，為流塑～軟塑狀，局部還有1．Om左右的沖積砂層，從以往地鐵工程施工情況來(lái)看，人工挖孔樁并非不能穿越淤泥層，但人工挖孔樁大范圍穿越淤泥層時(shí)的施工安全性仍然較低，工期影響也較大，尤其人工挖孔樁穿越砂層時(shí)流沙、流水對(duì)工程及周邊環(huán)境的影響較大。為了解決人工挖孔樁的施工安全問(wèn)題，根據(jù)本工程地質(zhì)上軟下硬的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用了先對(duì)上覆軟土進(jìn)行攪拌樁加固，然后再人工開挖矩形樁，形成人工地下連續(xù)墻，既滿足施工的安全，又達(dá)到了止水的目的，且可大范圍同時(shí)施工，大大加快施工進(jìn)度，克服了上述地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁方案存在的不足。
4 車站結(jié)構(gòu)方案特點(diǎn)
根據(jù)車站所處的地理環(huán)境、地鐵車站功能要求和車站建筑布置的特點(diǎn)，車站設(shè)計(jì)為地下兩層框架式結(jié)構(gòu)，車站主體結(jié)構(gòu)分為兩部分：一部分是設(shè)置在車站兩端的設(shè)備布置區(qū)及管理用房區(qū)，采用多跨框架結(jié)構(gòu)(稱有柱區(qū))，另一部分為供乘客使用的公共區(qū)，采用單跨無(wú)柱式框架結(jié)構(gòu)(稱無(wú)柱區(qū))。
4．1無(wú)柱區(qū)頂板結(jié)構(gòu)
由于車站無(wú)柱區(qū)為單跨框架結(jié)構(gòu)，各層板(梁)跨度大，凈跨達(dá)到15．7m，建成后需上覆土體及承受汽車動(dòng)荷載，其受力和變形非常大，在以往的地下工程中這種大跨度結(jié)構(gòu)是不常見的。為了滿足結(jié)構(gòu)受力和變形的要求，在結(jié)構(gòu)形式選擇與計(jì)算分析時(shí)，針對(duì)頂板采用兩種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行比較：一是頂板為橫向T形梁體系的框架結(jié)構(gòu)，二是頂板為預(yù)應(yīng)力箱梁的結(jié)構(gòu)體系。斷面形式見圖3頂板結(jié)構(gòu)斷面形式。

圖3 頂板結(jié)構(gòu)斷面形式
通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：采用橫向T形梁體系時(shí)，為滿足頂板的受力和變形要求，T形梁高度要達(dá)到1400mm以上，這將加大車站結(jié)構(gòu)的埋深和規(guī)模，而當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力箱梁結(jié)構(gòu)體系時(shí)，箱梁高度為1 200mm，可滿足其受力、變形的要求。但由于地下工程采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)無(wú)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拉澆注的條件，只能采用預(yù)制構(gòu)件，這樣構(gòu)件之間的接縫防水處理成為最大的難題，尤其，是頂板結(jié)構(gòu)更不宜采用；對(duì)T／lg_,g~構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)采用變截面形式后，即可滿足結(jié)構(gòu)受力和變形的要求，同時(shí)不加大車站埋深，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)對(duì)防水也好處理。
4．2無(wú)柱區(qū)底板結(jié)構(gòu)
由于車站底板大部分位于中等風(fēng)化巖層，應(yīng)該說(shuō)基底條件較好，但無(wú)柱區(qū)底板的凈跨也達(dá)到15．7m，大跨度底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素在于地下水的浮力，為避免加大底板結(jié)構(gòu)厚度，節(jié)省投資，設(shè)計(jì)考慮在車站有柱區(qū)利用蓋挖逆筑法在中柱下設(shè)1200MM的端承樁，而在車站無(wú)柱區(qū)底扳跨中沿縱向每6m設(shè)中l(wèi) 200mm的抗拔樁，變大跨為小跨，使底板結(jié)構(gòu)受力大為改善，并滿足整體抗浮的要求。
4．9連接節(jié)點(diǎn)的處理
車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)為矩形人工挖孔樁，截面尺寸為1．0mxl．5m，樁問(wèn)采用了凹凸企口，并加設(shè)鋼邊止水帶，接縫防水及整體陛較好。為充分利用矩形人工挖孔樁墻的剛度，車站結(jié)構(gòu)首次采用丁單層墻形式，即在矩形人工挖孔樁墻施工時(shí)先在各層板標(biāo)高處予埋鋼筋接駁器，然后將各層板橫向鋼筋與墻內(nèi)鋼筋接駁器直接連接，以達(dá)到節(jié)點(diǎn)剛接的要求。沒(méi)計(jì)時(shí)為消除節(jié)點(diǎn)處采用鋼筋接駁器造成同一截面連接鋼筋超過(guò)50％的不利因素，同時(shí)將板的跨中彎矩增加10％進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4．4中板大開孔的處理
大跨中板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了平板結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于樓、扶梯開孔部位考慮了孔周設(shè)吊桿或型鋼組合梁兩種方案，最終設(shè)計(jì)采用了型鋼組合梁的形式，同時(shí)減薄孔洞兩側(cè)板的厚度，這樣可避免采用吊桿存在的耐久性和振動(dòng)影響問(wèn)題。
5施工方案及地下管線處理方案
5．1 施工方法
由于江南大道的交通十分繁忙，車站施工時(shí)路面交通不能中斷，因此車站布置時(shí)靠道路東側(cè)設(shè)置，這樣基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工基本不影響江南大道機(jī)動(dòng)車道的交通；同時(shí)，為了最大限度的減小車站施工對(duì)江南大道東側(cè)人流及非機(jī)動(dòng)車輛的影響，車站框架結(jié)構(gòu)兩端有柱區(qū)采用蓋挖逆筑法施工，中部無(wú)柱區(qū)采用站廳層明挖、站臺(tái)層蓋挖的施工方案。
5．2 管線處理
江南大道下方的地下管線較多，一般沿道路縱向布置，其中道路東側(cè)對(duì)車站施工有影響的主要有10kV地下電纜，DN400和DN800供水管，DN300排冰管，以及110kV高壓電纜，管線埋深一般在2．1m以內(nèi)。
由于車站所處的地面條件，施工場(chǎng)地有限，因此施工期間將沿車站結(jié)構(gòu)縱向管線改移至車站的一側(cè)或臨時(shí)人流和非機(jī)動(dòng)車道下，對(duì)于110kV地下電纜，由于其局部進(jìn)入車站jC端，為避免110kV地下電纜的改移困難及改移費(fèi)用充分利用車站蓋挖的有利條件，考慮將該電纜槽盒用桁架整體懸吊，待頂板做好后即可恢復(fù)覆土。
6 結(jié)束語(yǔ)
在城市交通繁忙地段修建地鐵要充分考慮工程施工對(duì)地面交通的影響，在滿足地鐵基本功能的基礎(chǔ)上壓縮車站規(guī)模，并在結(jié)構(gòu)方案上采用新技術(shù)、新材料、新工藝，對(duì)地鐵工程的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步具有積極作用。