毛武峰

(廣州地鐵設計研究院有限公司 廣州 510010)

地鐵車站下方預留隧道下穿條件設計

毛武峰

(廣州地鐵設計研究院有限公司 廣州 510010)

本文介紹了一種地鐵車站下方預留隧道下穿條件設計方法——樁承法，在下穿隧道通道兩側設置工程樁，加強通道上方車站主體，使其能承受后續(xù)通道施工時局部基底承載力減弱影響，該方法極大的減小后期隧道施工對車站的干擾，設計思路簡單，各工況下結構傳力明確，同時對后續(xù)隧道工法、埋深限制小，是一種安全可靠、經(jīng)濟適用的方法。

地鐵車站；下穿隧道；預留條件；樁承法

1 引言

隨著基礎建設的發(fā)展，我國城市軌道交通發(fā)展日趨完善，地鐵線網(wǎng)密度日趨提高，城市地下空間平面通道日益緊張，城市線網(wǎng)需向立體化發(fā)展。

對于先期建設的地鐵區(qū)間、車站預留后續(xù)線路敷設條件是地鐵規(guī)劃、設計必不可少的內容。本文將介紹明挖地鐵車站下方預留隧道下穿條件的一種設計方案。

2 方案介紹

2.1 地鐵車站下方預留隧道下穿條件的本質是解決地鐵線路立體交叉問題，具體設計目的為：

1）減小前序地鐵車站對后續(xù)線路的限制，如站位、隧道埋深等，方便線路間站點換乘、減少后續(xù)站點線路埋深從而節(jié)省工程造價。

2）減小后續(xù)線路施工對前序車站影響，保證前序線路運營安全。

3）適應后續(xù)線路微調，前序車站實施時，后續(xù)線路往往外界條件未最終穩(wěn)定，預留條件應能適應后續(xù)線路在一定范圍內調整。

預留設計方案設計原則為：以前序車站很小的經(jīng)濟代價盡量減少對后續(xù)線路敷設的限制。

2.2 地鐵車站下方預留隧道下穿條件具體設計方案如下：

1）后續(xù)隧道下穿段范圍車站圍護結構在底板以下采用玻璃纖維筋，避免限制后續(xù)隧道盾構施工。

2）前序車站采用樁承法進行下穿隧道條件預留，在下穿隧道通道兩側設置工程樁，加強通道上方車站底板、底板梁，使其能承受后續(xù)通道施工時局部基底承載力減弱影響。

3 案例分析

3.1 工程概況

福州火車站站為1號線第四個車站，為1、3號線的換乘車站，位于東浦路與站前路交叉路口東北側，站位北側為福州火車站鐵路線和福州客運段，南側為站前廣場和站前路，東側為25層高的福鐵大廈和福州火車站主樓，西側為東浦路和福州公交站場。車站位于規(guī)劃27米寬的東浦路東側和站前廣場地下空間以下。地鐵1號線福州火車站站為L型通道換乘車站（當前僅實施1號線部分，預留通道接口和3號線隧道下穿條件），采用14m島式站臺，雙排柱。北段地下車站為兩層，頂板上方覆土約4.6m，南段車站位于火車站地下空間下方，地下空間按破除還建處理，地鐵車站部分2層，上加地下空間1層，此范圍地下車站頂板即為地下空間底板，覆土約1.05m。

擬建場地地層巖性為：場地地層自上而下依次為（1）層雜填土、（3-1）淤泥層、（4）層粉（砂）質粘土層、（13b）層殘積土層、（14）層全風化巖、（15）層散體狀強風化巖、（16）層碎裂狀強風化巖、（17）層中等風化巖，本站基底處于（13b）層殘積土層和（14）全風化巖層。

圖1 站位總平

3.2 下穿節(jié)點設計及分析

地鐵1號線福州火車站站與3號線采用通道換乘，節(jié)點區(qū)預留3號線隧道下穿條件，具體方案如下：

a）節(jié)點區(qū)在3號線隧道兩側設置Φ1500支承樁兼抗拔樁，間距約5.5m，樁邊緣與3號線隧道中心距離保持在4.5m以上；b）3號線隧道中心線兩側4.5m范圍為隧道通行區(qū)域，侵入該范圍的連續(xù)墻在隧道中心上下4.5m范圍內采用玻璃纖維筋，便于3號線盾構穿越。

為了確定節(jié)點區(qū)結構整體受力情況及樁基受力情況，采用SAP2000建立簡化的整體模型。隧道通行區(qū)域底板按懸空考慮，不設地彈簧，豎向荷載由縱梁水平轉換。樁基采用彈簧模擬，受壓和受拉彈簧剛度取不同值。受壓彈簧剛度假設樁底零位移，根據(jù)樁長、直徑和混凝土彈性模量推算。受拉彈簧根據(jù)樁長、縱筋配筋量和鋼筋彈性模量推算。分析中考慮兩種工況：①枯水工況，水位下降在底板以下（3號線施工降水等影響），上部荷載取使用階段荷載，1號線地鐵行車荷載近似取20kN/m2，該工況模擬3號線隧道在1號線使用階段下穿，分析3號線下穿引起的車站下沉效應；②滿水工況，水位取洪水位，上部荷載取使用階段荷載，底板受水頭壓力，在3號線通行范圍內的底板還受隧道未平衡的水浮力，該工況模擬3號線完成后在洪水作用下的車站上浮效應。

車站整體模型如下圖所示：

圖2 節(jié)點區(qū)整體模型

枯水工況下節(jié)點反力如圖：

圖3 枯水工況-側墻節(jié)點反力圖

圖4 枯水工況-框架節(jié)點反力圖

滿水工況下節(jié)點反力如圖：

圖5 滿水工況-側墻節(jié)點反力圖

圖6 滿水工況-框架節(jié)點反力圖

根據(jù)以上分析，節(jié)點區(qū)框架梁下樁所承受的豎向下壓力為6756kN，豎向上拔力為2092kN；節(jié)點區(qū)墻下樁所承受的豎向下壓力為9701kN，豎向上拔力為879kN；每延米連續(xù)墻在滿水位作用下受到的上浮力為1250/8=156kN/m。

枯水工況下結構內力如圖：

圖7 枯水工況-底板彎矩圖

圖8 枯水工況-框架彎矩圖

滿水工況下結構內力如圖：

圖9 滿水工況-底板彎矩圖

圖10 滿水工況-框架彎矩圖

根據(jù)以上分析，枯水工況下隧道下穿節(jié)點區(qū)底板有向下變形，彎矩與普通段差異明顯，最大彎矩達到每延米 1150kN m；底板縱向框架梁內力明顯加大，起到轉換梁的作用，通道上方跨中最大正彎矩6950 kN m，最大負彎矩5770 kN m。

滿水工況下底板跨中有上浮變形，隧道下穿范圍有所加大，但較普通段增加幅度不大。底板跨中最大彎矩為每延米450kN m，內力絕對值不大；底板縱向框架梁下穿通道上方跨中最大正彎矩 2700 kN m，下穿通道兩側支座最大負彎矩4000 kN m。

通過以上結構分析可對車站隧道下穿區(qū)段工程樁、主體板、梁等進行相應設計，以滿足后續(xù)隧道下穿要求。

4 結論與建議

本文介紹了一種地鐵車站下方預留隧道下穿條件設計方法，即采用樁承法進行下穿隧道條件預留，在下穿隧道通道兩側設置工程樁，加強通道上方車站主體，使其能承受后續(xù)通道施工時局部基底承載力減弱影響。結合設計實例，該方法通過樁基支承，前序車站樁、梁及板柱形成轉換體系，能抵御后續(xù)隧道施工引起的地層沉降、車站地基失效影響，極大的減小了后期隧道施工對車站的干擾。設計思路簡單，各工況下傳力明確。同時，在該方法的預留條件下，后續(xù)隧道施工工法可選擇盾構、礦山法等，且不需考慮隧道與既有車站底板凈距要求，極大的方便了后續(xù)隧道施工、減小了相鄰車站埋深。因此是一種安全可靠、經(jīng)濟適用的方法。

[1]廣州地鐵設計研究院有限公司. 福州市軌道交通1號線工程(一期)福州火車站站施工圖設計. 福州, 2011；

[2]上海巖土工程勘察設計研究院有限公司、福建省建筑設計研究院. 福州市軌道交通1號線工程（一標段）--福州火車站站巖土工程詳勘報告. 福州, 2010；

[3]龔曉南. 深基坑工程設計施工手冊[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1998。

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1007-6344（2016）07-0080-02

毛武峰（1983-），湖南平江人，2008年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事地鐵結構工程設計。