劉辰陽,姚西平,張 存，倪吉棟

(1. 南京江北新區(qū)樞紐經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司 南京 211899； 2. 中鐵第六勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300308)

地鐵換乘站往往是兩條及兩條以上地鐵線路的交匯站點，通常位于城市的市中心或區(qū)域中心，對所在區(qū)域的交通、客流、商業(yè)、城市規(guī)劃建設(shè)等有著重要的影響。換乘站往往根據(jù)地鐵建設(shè)規(guī)劃，存在同期、分期和近線站建設(shè)遠(yuǎn)期預(yù)留建設(shè)3種方式。若幾條地鐵線均在近期建設(shè)規(guī)劃內(nèi)，往往同期建設(shè)。換乘站同期建設(shè)往往面臨如下問題：①前期線路路由研究深度不夠；②設(shè)計邊界條件復(fù)雜，收集難度大；③市中心交通繁忙，疏解難度大；④周邊商業(yè)綜合體集中，拆遷成本高；⑤環(huán)境要求高，施工與附屬用地緊張；⑥工程、水文地質(zhì)條件復(fù)雜；⑦施工難度大。換乘站的設(shè)計和施工通常是每個城市軌道交通建設(shè)中的重點工程。李舸鵬[1]從地鐵換乘車站不同換乘方式的主要特點及適用條件進(jìn)行論述，并列舉國內(nèi)工程實例進(jìn)行說明補(bǔ)充，總結(jié)了地下車站各種換乘形式的優(yōu)缺點。肖廣智[2]對國內(nèi)的明、暗挖結(jié)合地鐵車站進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和歸納。曹冬蒨等[3]從多方面對島式站臺與側(cè)式站臺方案進(jìn)行比較分析，詳細(xì)論述了地鐵車站建筑形式的選擇。利敏[4]強(qiáng)調(diào)地鐵車站建筑設(shè)計應(yīng)堅持以人為本的設(shè)計理念。

彭城廣場地鐵站是徐州地鐵1、2號線同期施工的換乘車站，是徐州地區(qū)施工環(huán)境最復(fù)雜、施工難度最大的換乘車站[5]。在彭城廣場地鐵站的站位及路由確定的前提下，設(shè)計須根據(jù)遠(yuǎn)期客流、換乘形式、周邊商業(yè)人流、路面交通及設(shè)計邊界條件等實際情況，從技術(shù)、風(fēng)險、車站功能、與周邊商業(yè)銜接、施工成本和工期等多個方面，對3個方案進(jìn)行詳細(xì)比選分析，進(jìn)而確定最優(yōu)的車站方案。

1 工程概況及設(shè)計邊界條件

1.1 站址環(huán)境

彭城廣場站位于淮海路與中山路、彭城路的交叉路口，其中淮海路和中山路為城市主干道，彭城路為次干道，該區(qū)域交通極其繁忙[6]。地鐵站周邊規(guī)劃以商業(yè)用地和廣場綠化用地為主，周邊地上和地下建構(gòu)筑物眾多。中心時尚大道，地下1層商業(yè)建筑，局部有2層，兼做過街通道，筏板基礎(chǔ)。彭城廣場地鐵站東南象限為百貨大樓，8層框架結(jié)構(gòu)，樁基；西南象限為鳳凰書城，21層框架結(jié)構(gòu)，樁基；西北象限為古彭大廈和盛佳大廈，前者地下2層，地上9層框架結(jié)構(gòu)，樁基，后者地下2層，地上18層框架結(jié)構(gòu)，樁基?；春Ｂ纺蟼?cè)為悠沃地下4層商場，筏板基礎(chǔ)；北側(cè)為既有古彭地下廣場，地下1層，局部2層，準(zhǔn)備拆除。彭城路東側(cè)為蘇寧廣場商業(yè)綜合體和富景廣場，前者地下3層，地上5幢塔樓，群樁基礎(chǔ)，后者地下2層，地上10層，筏板基礎(chǔ)；東南側(cè)為彭城飯店，磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)[6]。彭城廣場地鐵站周邊環(huán)境平面圖如圖1所示。

因相關(guān)部門要求，車站施工不可占用淮海路現(xiàn)存機(jī)動車道，時尚大道地下商業(yè)建筑拆遷存在很大難度。

1.2 客流分析

彭城廣場地鐵站的客流主要為商業(yè)和辦公客流，東北及東南象限客流量相對較大。遠(yuǎn)期高峰小時預(yù)測客流量如表1所示，遠(yuǎn)期高峰小時換乘預(yù)測客流量如表2所示，超高峰系數(shù)取值為1.35。

表1 遠(yuǎn)期高峰小時預(yù)測客流量 (人/h)

表2 遠(yuǎn)期高峰小時換乘預(yù)測客流量 (人/h)

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

彭城廣場地鐵站的施工范圍內(nèi)上部土層自上而下分布有：①1雜填土，松散；①1-2老城雜填土，松散；⑤3-3黏土，硬塑；⑤3-4黏土，硬塑。雜填土和老城雜填土厚度約11 m，硬塑狀黏土厚度約11 m。下部為(12)中風(fēng)化灰?guī)r、粉砂巖和頁巖，單軸飽和抗壓強(qiáng)度分別為40.9 MPa、22.31 MPa和4.28 MPa，呈條帶狀互層，南西-北東走向，傾角為65°～ 80°[6]。

地下水類型主要為上部土層中的潛水及基巖裂隙水。潛水位于地表以下3.8～5.5 m[6]，基巖裂隙水主要賦存于寒武系灰?guī)r溶洞和裂隙，具有承壓性，承壓水水位埋深為6.5～16.4 m。不同組的灰?guī)r條帶，承壓水水位不同，頁巖和砂頁均為隔水層，且與灰?guī)r之間的聯(lián)系很弱[6]。

在此類地層中?？紤]的工法主要有明挖法、暗挖法及明-暗挖結(jié)合法。

3 方案分析

結(jié)合上述兩個控制因素，車站設(shè)計應(yīng)盡量考慮與地下商業(yè)建筑聯(lián)通，對現(xiàn)有方案進(jìn)行優(yōu)化，形成如下3個方案。

3.1 方案一：明-暗挖結(jié)合分離島式站臺方案

1號線車站位于淮海路與彭城路的交岔路口西側(cè)，時尚大道范圍外左線、站廳及設(shè)備區(qū)部分為地下5層結(jié)構(gòu)，均采用明挖法施工；淮海路下方的右線站臺層、時尚大道下方的左線站臺層以及各站臺層之間的風(fēng)道、橫通道等均采用暗挖法施工；地鐵2號線車站沿彭城路下方敷設(shè)，為地下3層結(jié)構(gòu)，采用半蓋挖施工，兩線L形結(jié)點換乘。1號線蓋挖部分圍擋占用淮海路北側(cè)非機(jī)動車道。方案一總平面圖如圖1所示。

換乘車站共設(shè)置15個出入口、5個安全出入口及2個下沉廣場。1號下沉廣場位于1號線明挖廳區(qū)域內(nèi)，2號下沉廣場位于2號線車站西側(cè)彭城廣場內(nèi)。1號出入口位于淮海東路南側(cè)，解決南側(cè)客流，2號出入口設(shè)置在淮海東路南側(cè)，3號出入口與淮海東路南側(cè)悠沃地下商場銜接，4號出入口位于淮海東路北側(cè)、彭城路東側(cè)，解決東-南側(cè)客流，5號出入口位于淮海東路北側(cè)、彭城路東側(cè)，6號出入口設(shè)置在彭城路西側(cè)，7號出入口位于彭城路西側(cè)彭城廣場內(nèi)，解決彭城廣場西-北側(cè)客流，8、9、10號出入口設(shè)置在彭城路西側(cè)，接入2號下沉廣場解決北側(cè)客流。14號出入口設(shè)置在交叉路西北象限，解決西側(cè)客流。11、12、13、15號出入口設(shè)置在交叉路口西北象限，接入1號下沉廣場。與蘇寧綜合體地下商場接口共3個，預(yù)留有與時尚大道的接口，后期中山路與淮海路交叉口4個象限的客流均可通過時尚大道過街通道直接進(jìn)入地鐵。

1號線明挖廳長為139.55 m，寬為51.05 m，暗挖左線部分長為37.35 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為11.5 m，暗挖右線部分長為135.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為11.5 m，兩側(cè)站臺寬為3.5 m；2號線車站長為216.95 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為22.9 m，有效站臺寬為14 m；換乘站總建筑面積為50 990 m2，其中暗挖部分建筑面積為2 956 m2。受周邊既有建構(gòu)筑物影響，2號線軌面絕對標(biāo)高為11.7 m，1號線軌面標(biāo)高為4.2 m。

1號線明挖廳支撐平面布置圖如圖3所示。1號線明挖廳和2號線標(biāo)準(zhǔn)段為同一基坑，采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻。其中，1號線明挖廳采用平面桁架支撐體系，設(shè)置5道混凝土支撐；2號線標(biāo)準(zhǔn)段采用首道混凝土支撐和3道609鋼支撐；在1號線明挖廳和2號線標(biāo)準(zhǔn)段的相接地段，采用4道混凝土支撐扇形漸變，保證剛度和變形協(xié)調(diào)的連續(xù)性。暗挖主隧道為馬蹄形斷面，采用CRD法(交叉中隔墻法)施工。1號線明挖廳基坑及暗挖主隧道橫剖面圖如圖4所示。

換乘車站的主體施工工序分3步：①施工1號線明挖廳基坑、2號線基坑及主體結(jié)構(gòu)；②橫通道暗挖施工；③主隧道暗挖。

方案一的主要風(fēng)險為時尚大道下方主隧道暗挖施工。經(jīng)MIDAS-NX軟件的數(shù)值模擬[7],并考慮應(yīng)力釋放[8]，時尚大道底板的最大差異沉降為3.8 mm，傾斜率約0.4‰，變形滿足丙級建筑變形標(biāo)準(zhǔn)30 mm的限值要求[9]。主隧道暗挖施工完成后，土體豎向位移云圖如圖5所示。

方案一優(yōu)點為：①節(jié)點換乘，換乘距離短；②暗挖施工少，車站規(guī)模小，施工成本低；③出入口提升高度小，與悠沃地下商場、時尚大道銜接方便。

方案一缺點為：①需改遷淮海路北側(cè)部分市政管線；②線路線型較差，區(qū)間出站后局部下穿富景廣場地下室，拱頂距離地下室底板為11.86 m，施工存在一定風(fēng)險；③1號線車站西端無法設(shè)置活塞風(fēng)道，1號線東端右線和2號線南端左線的活塞風(fēng)道較長；④受時尚大道影響，站臺層樓扶梯布置不均勻。

3.2 方案二 明-暗挖結(jié)合分離島式站臺、斜通道暗挖方案

為避免區(qū)間局部下穿富景廣場和占用機(jī)動車道，在方案一的基礎(chǔ)上，將1號線站位南移4.5 m，站廳至站臺的樓扶梯通道位于道路下方，采用暗挖法施工，換乘站的其余明挖部分、暗挖部分同方案一。兩線L形換乘，設(shè)置“臺-臺”換乘通道，“臺-臺”換乘通道采用暗挖法施工。方案二總平面圖如圖6所示。

1號線明挖廳長為139.55 m，寬為52.9 m，左線暗挖段長為49.35 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為11.5 m，右線暗挖段長為147.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為11.5 m，兩側(cè)站臺寬為3.5 m；2號線車站長為212.55 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為22.9 m，有效站臺寬為14 m；換乘站總建筑面積為48 720 m2，其中暗挖建筑面積為4 806 m2。1、2號線軌面標(biāo)高同方案一。1號線明挖廳基坑和暗挖主隧道橫剖面圖如圖7所示。

1號線明挖廳和2號線標(biāo)準(zhǔn)段的地墻厚度、支撐體系以及道數(shù)同方案一，暗挖主隧道寬度、埋深以及工法與方案一相同，扶梯斜通道、橫通道以及換乘通道均采用CRD法施工。

換乘車站的主體施工工序分4步：①施工1號線明挖廳、2號線基坑和主體結(jié)構(gòu)；②橫通道暗挖施工；③主隧道暗挖施工；④扶梯斜通道和“臺-臺”換乘通道暗挖施工。

方案二存在較多小間距和立體交叉暗挖的問題，群洞效應(yīng)明顯，小間距、立體交叉隧道剖面圖如圖8所示。經(jīng)MIDAS-NX軟件數(shù)值模擬[7],并考慮應(yīng)力釋放[8]，暗挖施工完成后拱頂沉降達(dá) 52.1 mm，地表最大豎向沉降為42.1 mm，不滿足硬土區(qū)域地表沉降30 mm的限值要求[9]。主隧道和斜通道暗挖施工完成后，土體豎向沉降如圖9所示；橫通道及風(fēng)道施工完成后，土體豎向位移如圖10所示。

方案二優(yōu)點為：①可以實現(xiàn)站臺-站臺的換乘，但換乘距離稍長，一定程度上利于分散換乘客流；②1號線站廳層付費區(qū)有效面積大，客流組織較為順暢；③出入口提升高度小，與悠沃地下商城銜接方便。

方案二缺點為：①施工對淮海路交通有一定影響，需改遷淮海路北側(cè)部分市政管線；②線路線型較差，出站后需側(cè)穿富景廣場，區(qū)間施工有一定風(fēng)險；③1號線車站西端無法設(shè)置活塞風(fēng)道，1號線東端右線和2號線南端左線的活塞風(fēng)道較長；④暗挖橫通道及斜通道較多，且存在多處小間距、立體交叉暗挖施工，群洞效應(yīng)明顯，施工風(fēng)險極大；⑤施工組織復(fù)雜，工期較長。

有效控制地面沉降和群洞效應(yīng)，并保證時尚大道的正常運營，是該方案成立的關(guān)鍵。

3.3 方案三：PBA工法暗挖方案

1號線車站為地下2層，車站采用PBA法[2](洞樁法)施工，2號線車站為地下3層島式車站，采用半蓋挖法施工。兩線通過換乘廳換乘，換乘廳設(shè)于拆遷的古彭地下廣場內(nèi)，與2號線車站共坑，采用4道混凝土桁架支撐。2號線基坑采用首道混凝土支撐和3道609鋼支撐，車站西端風(fēng)道位于時尚大道下方，采用CRD法施工，施工不影響淮海路交通。方案三總平面圖如圖11所示。

1號線明挖廳長為102.9 m，寬為53.1 m，暗挖部分長為151.1 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為23.4 m，有效站臺寬為14.5 m；2號線車站長為216.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為22.9 m；換乘車站總建筑面積為48 399 m2，其中暗挖建筑面積為9 291 m2；1號線軌面標(biāo)高11.7 m，2號線軌面標(biāo)高3.9 m。

換乘車站的主體施工工序分4步：①豎井及橫通道施工；②1號線車站主體洞樁法施工；③1號線明挖廳、2號線車站基坑及主體結(jié)構(gòu)施工；④扶梯通道暗挖施工。1號線洞樁法施工橫剖面圖如圖12所示。

方案三的最大風(fēng)險在于洞樁法施工對時尚大道的影響，經(jīng)MIDAS-NX軟件數(shù)值模擬[7]分析，并考慮應(yīng)力釋放[8]，車站施工完成后，地表最大沉降為14.4 mm，時尚大道底板最大差異沉降為10.6 mm，傾斜率約6.6‰，變形滿足丙級建筑變形標(biāo)準(zhǔn) 30 mm 的限值要求[9]。模型及豎向位移云圖如圖13所示。

方案三優(yōu)點為：①1號線車站為島式站臺，站臺層空間效果較好；② 1號線進(jìn)出站乘客流和換乘客流組織有序，交叉少；③對淮海路交通基本無影響，不需改遷淮海路地下管線；④1號線線路順直，運營條件好，同時車站各區(qū)域功能相對獨立，管線布置順暢；⑤1號線東端和2號線南端的活塞風(fēng)道短，活塞風(fēng)比較順暢，運營條件好。

方案三缺點為：①1號線西端無法設(shè)置活塞風(fēng)道，運營條件較差；②1號線車站西端風(fēng)道下穿時尚大道部分地下2層，在時尚大道下方暗挖范圍增大，施工風(fēng)險較高；③換乘車站的暗挖及廢棄工程量大，造價高；④換乘站施工須增加多個豎井及橫通道，且PBA法工序多、工期長。

方案三的實施關(guān)鍵是車站主體采用PBA法大斷面暗挖的施工風(fēng)險和車站西端下穿時尚大道采用CRD工法暗挖風(fēng)道引起的沉降能否得到有效控制。

4 方案比選分析

結(jié)合本站設(shè)計邊界條件，從建筑功能、區(qū)間線路條件、工程風(fēng)險、工期及施工成本等方面對3個方案進(jìn)行綜合比選，方案綜合比選表如表3所示。

由表3可知，方案一換乘距離短，車站施工風(fēng)險小，工期短，工程經(jīng)濟(jì)性好；方案二換乘距離稍長，但可分散換乘客流，但存在較多小間距、立體交叉暗挖通道，群洞效應(yīng)顯著，車站施工風(fēng)險較高，工期較長，工程經(jīng)濟(jì)性一般；方案三換乘距離長，施工風(fēng)險比較高，且暗挖和廢棄工程量大，工期長，工程經(jīng)濟(jì)性差。綜上推薦方案一。

表3 方案綜合比選表

彭城廣場地鐵站在土建施工過程中，風(fēng)險均得到有效管控。土建完工后，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，淮海路的地表最大累計沉降為23 mm，時尚大道最大累計差異沉降5.4 mm，建筑物傾斜發(fā)生在富景廣場，最大傾斜2.1‰，車站周邊地表及建筑物的沉降和傾斜均滿足規(guī)范要求。目前彭城廣場地鐵站已開通運營2年多，作為連接徐州1、2號線的換乘站，串聯(lián)郊區(qū)、中心和兩大火車站，聯(lián)通地面各象限客流和商業(yè)綜合體，與地面公交系統(tǒng)無縫銜接，極大地方便了市民的出行。

5 結(jié)語

在地鐵車站方案設(shè)計過程中，對位于城市中心繁華地段的車站，周邊控制性因素較多，方案設(shè)計難度較大，外部控制條件影響甚至決定車站方案。本文通過對彭城廣場站方案的分析和比選，對此類車站的設(shè)計總結(jié)了一些經(jīng)驗，并提出以下幾點建議：

(1) 同期實施的換乘車站，應(yīng)同時充分收集兩線相關(guān)資料，確保建筑標(biāo)準(zhǔn)等設(shè)計輸入的準(zhǔn)確性，避免返工甚至影響車站方案。

(2) 仔細(xì)梳理車站周邊設(shè)計邊界條件，確定關(guān)鍵控制性因素。

(3) 可通過明-暗-蓋挖相結(jié)合的分離島式站臺的設(shè)計方案解決關(guān)鍵難題。

(4) 優(yōu)先考慮換乘距離簡短、出入口提升高度小的建筑方案。

(5) 需結(jié)合建筑功能、區(qū)間線路條件、與周邊商業(yè)建筑物銜接、工程風(fēng)險、工期及施工成本等相關(guān)因素，綜合考慮確定最優(yōu)方案。