大型無柱式地鐵車站設計

1、大型無柱式地鐵車站設計     【摘要】本文根據(jù)地交通及環(huán)境要求采用了大跨無柱式地鐵車站結(jié)構(gòu)，并針對其結(jié)構(gòu)特點進行了介紹?！娟P鍵詞】無柱  圍護結(jié)構(gòu)  車站結(jié)構(gòu)  連接節(jié)點      廣州地鐵二號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1

2、35m，為四車道，兩側(cè)為非機動車道及人行道，江南大道規(guī)劃道路寬為40m，主要往東擴展。車站周邊是高密集建筑區(qū)，幾乎沒有空地或綠地。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，以及廣州市第二工文化宮等。站址范圍有近10條地面公交線路通過，并集中在交岔路口j喘設站。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、無柱式單跨結(jié)構(gòu)形式

3、，為地下兩層結(jié)構(gòu)。車站全長1682m，標準段寬177m，南盾構(gòu)井段寬2032m，北端寬3801m，軌面埋深142m。車站單跨最大凈寬達157m，基坑深16m，標準段采用上層站廳明挖、硼臺蓋挖的施工方法。2 工程地質(zhì)條件      車站場區(qū)地勢平坦、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08-35m，松散-稍密狀，站內(nèi)皆有分布；(2)海沖積淤泥層，厚04-67m，頂面埋深在0835m，粘性好站內(nèi)分布較廣；(3)海沖積淤泥質(zhì)砂，厚05-41m，多為松散，伏，局部稍密；(4)沖積粘性土層，厚

4、0550m，粘性一般，軟塑可塑；(5)沖積砂層，厚0440m，呈松散-稍密狀；(6)殘積土可塑層，厚1133m，粘性好，可塑；(7)殘積硬塑土層，厚08-34m，粘性一般，硬塑(8)全風化帶，厚0497m，風化成硬土狀；(9)強風化帶，厚061620m，頂面埋深361110m，鉆孔巖芯呈碎塊狀，完整性差；(10)中風化帶，頂面埋深582850m，鉆孔巖芯呈柱狀，完整性好；(11)微風化帶，頂面埋深165412m，鉆孔巖芯呈長柱狀，普遍完整性好。      基巖主要為白堊系棕紅色泥質(zhì)粉細砂巖、砂巖，局部夾少量泥巖、泥灰?guī)r?；鶐r面起伏較大，基巖中局

5、部夾風化土軟弱夾層現(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25-55m，水質(zhì)對混凝土無侵蝕性。3  圍護結(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，針對基坑圍護結(jié)構(gòu)的形式采用人工挖孔樁、鉆孔灌注樁和地下連續(xù)墻的方案進行了綜合技經(jīng)濟分析比較。斷面形式見圖2圍護結(jié)構(gòu)形式。  

6、60;  圖2  圍護結(jié)構(gòu)形式           從站址環(huán)境來看，由于受江南大道交通的影響，現(xiàn)車站結(jié)構(gòu)雖已偏東設置，但仍占了慢車道，施工時不允許影響快車道。圍護結(jié)構(gòu)如采用地下連續(xù)墻，應該說是深基坑支護常用的方法，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備較大，施工時勢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就已進人中等風化巖層，地下連續(xù)墻施工難度加大，施工進度受影響，因此不宜采用。如采用鉆孔灌注樁作為基坑支護，雖可以投入較多的沒備同時作業(yè)

7、，加快施工進度，但由于鉆孔灌注樁受施工工藝的限制，對于上軟下硬的地層，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，施工時對地層擾動大，這些都使工程質(zhì)量受到影響，尤其是樁間滲水問題最為突出。因此，圍護結(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0467m海沖積淤泥層，為流塑軟塑狀，局部還有1Om左右的沖積砂層，從以往地鐵工程施工情況來看，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流沙、流水對工程及周邊環(huán)

8、境的影響較大。為了解決人工挖孔樁的施工安全問題，根據(jù)本工程地質(zhì)上軟下硬的特點，設計采用了先對上覆軟土進行攪拌樁加固，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，又達到了止水的目的，且可大范圍同時施工，大大加快施工進度，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      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，車站設計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：一部分是設置在車站兩端的設備布置區(qū)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公共區(qū)，采用

9、單跨無柱式框架結(jié)構(gòu)(稱無柱區(qū))。41無柱區(qū)頂板結(jié)構(gòu)      由于車站無柱區(qū)為單跨框架結(jié)構(gòu)，各層板(梁)跨度大，凈跨達到157m，建成后需上覆土體及承受汽車動荷載，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)形式選擇與計算分析時，針對頂板采用兩種結(jié)構(gòu)方案進行比較：一是頂板為橫向T形梁體系的框架結(jié)構(gòu)，二是頂板為預應力箱梁的結(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      通過計算發(fā)現(xiàn)：采用橫向T形梁體系

10、時，為滿足頂板的受力和變形要求，T形梁高度要達到1400mm以上，這將加大車站結(jié)構(gòu)的埋深和規(guī)模，而當采用預應力箱梁結(jié)構(gòu)體系時，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應力結(jié)構(gòu)無現(xiàn)場預拉澆注的條件，只能采用預制構(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Tlg_,g構(gòu)設計通過采用變截面形式后，即可滿足結(jié)構(gòu)受力和變形的要求，同時不加大車站埋深，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)對防水也好處理。42無柱區(qū)底板結(jié)構(gòu)      由于車站底板大部分位于中等風化巖層，應該說基底條件較好，但無柱區(qū)底板的凈跨也達到157m

11、，大跨度底板結(jié)構(gòu)設計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)投資，設計考慮在車站有柱區(qū)利用蓋挖逆筑法在中柱下設1200MM的端承樁，而在車站無柱區(qū)底扳跨中沿縱向每6m設中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。49連接節(jié)點的處理      車站圍護結(jié)構(gòu)為矩形人工挖孔樁，截面尺寸為10mxl5m，樁問采用了凹凸企口，并加設鋼邊止水帶，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先在各層板標高處予埋鋼筋接駁器，然后將各層板橫

12、向鋼筋與墻內(nèi)鋼筋接駁器直接連接，以達到節(jié)點剛接的要求。沒計時為消除節(jié)點處采用鋼筋接駁器造成同一截面連接鋼筋超過50的不利因素，同時將板的跨中彎矩增加10進行設計。44中板大開孔的處理      大跨中板結(jié)構(gòu)設計采用了平板結(jié)構(gòu)形式，對于樓、扶梯開孔部位考慮了孔周設吊桿或型鋼組合梁兩種方案，最終設計采用了型鋼組合梁的形式，同時減薄孔洞兩側(cè)板的厚度，這樣可避免采用吊桿存在的耐久性和振動影響問題。5施工方案及地下管線處理方案51  施工方法      由于江南大道的交通十分繁忙，車站施工時路面

13、交通不能中斷，因此車站布置時靠道路東側(cè)設置，這樣基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工基本不影響江南大道機動車道的交通；同時，為了最大限度的減小車站施工對江南大道東側(cè)人流及非機動車輛的影響，車站框架結(jié)構(gòu)兩端有柱區(qū)采用蓋挖逆筑法施工，中部無柱區(qū)采用站廳層明挖、站臺層蓋挖的施工方案。52  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21m以內(nèi)。      由于車站所處的地面條件，施工場地有限，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)或臨時人流和非機動車道下，對于110kV地下電