蘇州軌道交通蘇州火車站站結構設計

蘇州軌道交通蘇州火車站站結構設計

【摘要】介紹了蘇州軌道交通2號線蘇州火車站的結構設計特點,探討了新型的國鐵車站與地鐵車站合建時所采用的施工方法、結構方案的合理性,成果對多層軌道交通交匯點設計有參考價值?！娟P鍵詞】深基坑;逆作法;地下連續(xù)墻;垂直承載

1、車站概況

蘇州軌道交通蘇州火車站,為2、4號線的換乘站,兩線垂直相交,“T”型換乘。整個車站均位于新建滬寧城際鐵路蘇州火車站城際站房正下方,與國鐵車站同期建設。2號線東西向沿國鐵北站房布置,位于北站房下方,外包總長為118.30m,標準段外包總寬為28.7m;4號線南北向垂直國鐵站場布置,外包總長為124.2m,外包總寬為26.4m。車站總平面圖見圖1。

根據(jù)建筑方案,國鐵車站與地鐵車站采用無縫對接,以做到零距離換乘:地下一層為國鐵車站的出站廳及城市通道、2號線蘇州火車站的站廳層;地下二層為2號線的站臺層及4號線站廳層;地下三層為4號線站臺層。地下一層基坑深約9.6m;地下二層(2號線)基坑深約17m,地下三層基坑深約23.4m。剖面關系見圖2。2、車站范圍內工程地質及水文地質概述

根據(jù)地質詳勘報告,基坑開挖深度范圍內的土層主要為人工填土、③1層硬~可塑粘土、③2層軟~可塑粉質粘土、④2層軟~流塑粉質粘土、④3層稍~中密粉砂夾粉質粘土、④5層軟~流塑粉質粘土及⑤1層粘土;圍護結構插入土層為⑥3層粉質粘土夾粉土或⑦2層粉質粘土。

根據(jù)埋藏特征,可將地下水分為孔隙潛水含水層、微承壓含水層、承壓含水層。

地下連續(xù)墻作為擋土結構是個相當成熟的工藝,其設計過程不再贅述。但用于豎向承載,國內對它的設計尚缺乏足夠的試驗依據(jù)和理論分析,使工程應用受到很大限制[2~4]。在設計時,參照樁基設計規(guī)范進行,并進行了三幅地下連續(xù)墻靜載試驗,其中兩幅“一”字幅,一幅“L”幅。

試驗墻墻厚800mm,幅寬6000mm,墻長為60m,極限承載力為27050kN。錨樁采用8根Φ850灌注樁。布置如圖5。

在上部荷載作用下,其墻體累計沉降量很小,最大沉降量僅5.34mm,卸荷回彈率高,墻端處于彈性變形階段。從U-δ曲線來看,為緩變型,墻體的極限承載力不低于30000kN。另考慮到具體實施的過程中槽段之間采用剛性接頭,且槽底通過注漿加固處理,其豎向承載力及沉降等要求均應比試驗墻為好,故地下墻能滿足作為結構豎向承重構件的要求。4.1.3中間豎向立柱設計

本工點的逆作系統(tǒng)由兩側地下墻及中間立柱組成。中間立柱結合永久柱一并考慮。立柱采用H型鋼(500×300),鋼材種類為Q345。每永久柱位布設1根,縱向間距為8.5m,橫向間距為6.9m。柱頂焊有矩形蓋板與頂梁連接;立柱與負2、3層底板梁結構處,設有抗拉鋼板(用于與縱梁主筋的連接)、傳遞剪力的牛腿(兼抗拉鋼板的支承板);縱梁主筋盡量從立柱兩邊繞行,中間無法繞過時焊在抗拉鋼板上,各層板縱向主筋通過腹板上的預留孔穿過鋼立柱,中板梁構造如圖6[5]。

過大的偏心會造成H型柱應力增加,在柱的設計中必須根據(jù)施工允許誤差計入偏心的影響。根據(jù)計算,當按1/300控制時,H型鋼立柱應力增加28%;當按1/500控制時,立柱應力增加為16.8%。根據(jù)相關工程實例,通過精心組織,立柱垂直度均可控制在1/500以內[6],故在設計中要求不垂直度小于1/500,既方便施工,同時也做到了經(jīng)濟合理。

立柱樁采用Φ1000鉆孔灌注樁,樁徑的選擇綜合考慮了經(jīng)濟性及H型鋼柱施工的方便兩方面。根據(jù)結構使用階段的需要,立柱樁還作為使用期間的抗浮樁。4.2主體結構設計

車站采用逆作法施工,地下墻與內襯墻為疊合式構造。標準段計算時,模擬結構施工各不同階段及使用階段不同受力情況,采用增量法計算[7]。在各階段計算中,最難控制的是站房附加荷載作用在地鐵結構上的時機,該工況必須根據(jù)施工組織來明確,并且在實施中得到嚴格的遵守,在設計中還應留有余量。各階段受力工況如圖7。

根據(jù)結構計算,在水浮力作用下,3層板跨中均向上變形,而側墻角點在上部站房下傳荷載的作用下產(chǎn)生沉降,立柱與側墻角點之間的不均勻沉降較大。為控制不均勻沉降并改善3層板的受力,將立柱樁作為使用期間的抗浮樁使用。立柱樁的設置除考慮3層板的受力需要外,還需控制立柱向上位移的絕對值[8],使之與側墻角點的沉降差不大于15mm。根據(jù)試算及靜載抗拔試驗,除立柱樁外,每斷面(縱向柱跨范圍內)增加了4根抗拔樁。5、實施與監(jiān)測5.1連續(xù)墻施工

根據(jù)靜載試驗及荷載,4號線連續(xù)墻有效墻深為44.79m,施工從既有地面開始施工,地墻的成槽深度近56m。在初期施工中,坍孔現(xiàn)象較為嚴重,發(fā)生了因坍孔而將槽壁機埋入的事故?？紤]地下墻是作為上部站房結構的基礎,其位置是唯一的,一旦在鋼筋籠吊裝過程出現(xiàn)坍塌,柱位損失后將無法補救,因此必須采取有力措施保證連續(xù)墻成槽。經(jīng)過現(xiàn)場實測,坍槽主要發(fā)生在粉土、粉砂層。同時有限元分析也表明:①由于④3層土的粉砂性較重,在微承壓水作用下,槽壁出現(xiàn)較大的水平變形,槽壁周圍土體出現(xiàn)破壞,主要發(fā)生的④3的頂部和底部;②槽段較深,成槽時長時間、高頻次的對側壁產(chǎn)生吸附、沖擊,導致④3粉土夾粉砂層松動、坍孔。綜合周邊場地條件,決定采用旋噴樁對粉土夾粉砂層段進行槽壁加固處理,加固后未出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象,成墻速度明顯加快。

施工完成后,在基坑內進行了抽水試驗,用以檢查連續(xù)墻是否隔斷承壓水及墻縫滲漏水情況。經(jīng)過一年半的觀測,承壓水位僅上升了2m;說明連續(xù)墻接縫、垂直度均控制得較好,有效的隔斷了承壓水,為后期開挖提供了良好的條件。5.2圍護結構的監(jiān)測

施工期間,對圍護結構的水平位移及沉降、以及鋼支撐軸力等進行了監(jiān)測。底板澆筑完工后,地下連續(xù)墻的最大水平位移δhm變形形態(tài)與計算基本一致,隨著土向下開挖,圍護結構的最大變形位置也不斷下降,最大變形出現(xiàn)在負1層板下12m(臨時鋼支撐處),與計算相同;但δhm僅為6.54mm,小于設計的15.4mm。臨時鋼支撐軸力為872kN,小于設計值1450kN。冠梁頂(墻頂)基本上沒有沉降(或隆起)。其中原因有如下幾點:

(1)位于連續(xù)墻外側的站房樁基及橋梁樁基與連續(xù)墻通過負1層底板組成了一個類似于雙排樁的圍護結構,樁基分擔了部分荷載;

(2)負1層大基坑降水后,土體的力學性質有了提高,水頭高度降低;設計中為了穩(wěn)妥起見,未考慮該部分影響。

現(xiàn)在站房及地鐵車站土建結構已完工,設備安裝也即將結束。結構體系各項監(jiān)測指標均在安全、可控的狀況下。6、結語

現(xiàn)在,鐵路及軌道交通正處于高速發(fā)展的時期,鐵路站房所在的區(qū)域往往會成為集國鐵、地鐵、公交、長途、旅游車等于一體的綜合交通換乘樞紐。在“以人為本”的設計理念下,為方便旅客換乘、縮短乘客的換乘距離,往往要做到“零換乘”,如新建的廣州站、武漢站、北京南站、蘇州站等。這些站房都將地鐵站房直接修在國鐵站房下面,就往往需要在建筑、結構、工法上做出各種創(chuàng)新。

本站通過采取選取國鐵明挖順作、地鐵逆作的工法,解決了施工工期問題;將地下連續(xù)墻做為站房基礎,降低了工程造價,為將地下連續(xù)墻作為基礎承載作出了有益的嘗試;為今后類似工程的實施提供了一定的借鑒經(jīng)驗。參考文獻:[1]王衛(wèi)東,翁其平.“兩墻合一”設計關鍵技術問題研究[J].地下空間與工程學報,2005,1(4):574-578.[2]常紅,夏明耀,傅德明.地下連續(xù)墻垂直承載力室內模擬試驗研究[J].同濟大學學報,1998,26(3):279-283.[3]傅德明,王慶國,夏明耀.地下連續(xù)墻垂直承載力現(xiàn)場試驗研究[J].地下工程與隧道,1997,(2):24-31.[4]常紅,鄭越.豎向承載地下連續(xù)墻的沉降計算[J].中國公路學報,2003,16(3):73-76.[5]閆麗娟.型鋼混凝土結構梁柱節(jié)點研究[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2007,17(33):258-259.[6