南京地鐵南京站站結構設計與逆作法施工

歐陽冬

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢∥工程師)

1 工程概況

南京地鐵3號線南京站站與規(guī)劃的9號線南京站站為同站臺平行換乘。該站址位于新建的滬寧高鐵站的西北面，緊鄰高鐵站房及地下停車庫，地鐵線路平行于滬寧高鐵站線。地鐵南京站站采用地下四層多跨箱型框架結構，蓋挖逆作法施工(局部明挖順作施工)。車站總建筑面積47 280 m2，長249.7 m，標準段寬為50.1 m，標準段基坑深度為28.45 m;端頭盾構井處基坑深度為29.88 m。車站站臺平面圖見圖1。

圖1 地鐵南京站站平面圖

本站場地屬丘崗地貌單元，總體地質條件較好，地下水較少。車站范圍內地層由上而下依次為:近期堆填①-1 雜填土，①-2 素填土;Q2-14沖積粉質黏土層，Q3風積沖積④-4e1 混合土，燕山期侵入巖δu-2 強風化閃長巖，δu-3 中風化閃長巖?；姿谕翆訛棣膗-2-1 中風化閃長巖(碎石狀)，巖層起伏較大。

依據地下水的埋藏和賦存條件，可分為上層滯水、松散巖類孔隙潛水、松散巖類孔隙承壓水、基巖裂隙水、巖溶水等。上層滯水局部分布于崗地，在雨期一般分布在填土中，其水量較小;孔隙潛水分布于崗地坳溝地帶，其中崗間坳溝主要含水層為軟土和粉土層;基巖裂隙水主要分布于基巖破碎帶和裂隙發(fā)育帶。

2 總體施工方案

綜合基坑工程安全、工期、造價、環(huán)境保護、交通疏解等因素及本工程基坑特點，結合順作法和逆作法施工的優(yōu)缺點和適用條件，對地鐵南京站各施工區(qū)段的施工方法進行了綜合分析和選擇比較［1-2］。地鐵南京站站的施工分區(qū)如圖2所示。

圖2 地鐵南京站站的施工分區(qū)圖

本站分3 個施工區(qū):

1)小里程端盾構井①～③軸因盾構工籌需要，設獨立封閉基坑，采用明挖順作法最先施工。

2)車站主體⑩～?軸區(qū)域上方為滬寧高鐵南京站的站前廣場，要求在滬寧高鐵開通前交付使用。因時間緊張，明挖順作在短期內無法完工，因此采用蓋挖逆作法施工，頂板完成并覆土后即可走人行車，恢復廣場功能。

3)車站主體③～⑩軸區(qū)域采用明挖順作，兼作施工場地和蓋挖逆作土方運輸通道;土方開挖從③軸向?軸推進(保持一定坡度)，土方從?軸向③軸運出。

3 支護方案研究

3.1 圍護結構選型

本站淺部以粉質黏土、強風化巖和中風化巖為主，車站主體基坑大部分坐落在強風化和中風化巖層上，巖石強度高;場地地下水較少，工程地質條件總體較好。鑒于本站場地巖層較淺，局部中風化巖石強度較高，地下連續(xù)墻成槽施工難度大、效率低、經濟性差，結合本站地質情況及附近已建地鐵車站基坑圍護經驗，本站主體基坑圍護結構采用φ1 200 mm@1 400 mm 鉆孔灌注樁。

3.2 支護方案

本站主體逆作施工區(qū)采用支護和主體結構部分相結合的支護方案［1-2］，支護與主體結構見圖3、圖4所示。

1)圍護結構的鉆孔灌注樁作為主體逆作施工階段的擋土結構，在正常使用階段與主體側墻協同受力，以形成復合受力體系共同抵抗水土壓力。

2)主體結構梁板系統作為基坑開挖階段圍護結構的水平支撐系統，在施工過程中應根據出土需要留設一定數量的臨時出土孔。本站施工利用明挖段作為蓋挖段的出土運輸空間，開挖面形成一斜向運輸通道。蓋挖逆作區(qū)從上往下施工各層主體結構;明挖順作區(qū)隨挖隨撐;蓋挖段結構施工完畢后，再從下往上施工明挖段主體結構。

3)主體結構永久柱(鋼管混凝土柱φ900 mm、壁厚20 mm，內填C50 高性能混凝土)兼作水平支撐的臨時支承柱;鋼管混凝土柱基礎采用直徑φ2 000 mm 的人工挖孔樁。

周圍環(huán)境復雜、超大超深的車站基坑工程施工方法是決定工程安全、造價和工期的關鍵。同順作法和半逆作法相比，逆作法施工最大的優(yōu)點在于可以最大限度地控制基坑的變形，確保工程及周邊環(huán)境的安全;同時，蓋挖頂板完成后可以恢復地面交通運營。本工程充分利用圍護結構和主體結構相結合的結構方案，逆作法施工，把支護結構變成永久結構的一部分，既節(jié)省了工程造價，又保護了周邊的環(huán)境，確保了工程安全。

4 主體結構

4.1 主體結構設計

地鐵南京站站的車站主體采用地下4 層箱型框架結構，從上至下依次為物業(yè)開發(fā)層、站廳層、設備層、站臺層。車站縱向長度為249.7 m，其中蓋挖段長174.3 m，明挖段長 75.4 m?？v向柱距為 9.12 m，橫向柱跨為6.8～9.7 m。

圖3 地鐵南京站站結構橫剖面圖

圖4 地鐵南京站站結構逆作施工實景照

4.2 車站抗浮設計

本站基坑較深、水浮力大，為較好實現車站物業(yè)開發(fā)層與滬寧高鐵北廣場停車庫的有效對接，覆土僅0.85 m，車站主體整體抗浮穩(wěn)定性不足。因此，將車站主體頂板與圍護樁冠梁連接成整體，利用圍護樁抗浮;同時，在底縱梁跨中增設抗浮樁，根據計算，跨中抗浮樁長達20 m。本站基坑深度達28.45 m，從地面施工抗浮樁的空樁較長，施工難度和費用較大，同時滯后于主體頂板完工的節(jié)點工期。因此，采用車站主體逆作至基坑底，用人工挖孔樁方案施工底板下抗浮樁，這樣既減少了抗浮樁空樁的浪費，又降低了人工挖孔樁的深度，有效控制了風險，節(jié)省了工程投資。

5 關鍵技術設計

5.1 鋼管混凝土柱梁節(jié)點設計

鋼管混凝土柱梁節(jié)點設計的目的就是要解決節(jié)點處框架梁彎矩和剪力的傳遞問題［3］，一般通過剪力傳遞構建(明暗牛腿、抗剪栓釘、抗剪貼焊鋼筋等)和彎矩傳遞構建(內外環(huán)板、環(huán)梁、連續(xù)鋼筋或抗彎牛腿等)來實現節(jié)點區(qū)彎矩和剪力的有效傳遞。若條件允許，盡量選擇構造簡單、傳力明確、施工方便的節(jié)點方案。

本站受建筑功能及樓扶梯開洞制約，鋼管混凝土柱距洞口邊緣僅200 mm，無法設置雙梁、混凝土環(huán)梁及勁性環(huán)梁節(jié)點。節(jié)點區(qū)增設上下加強環(huán)板和抗剪栓釘，以實現剪力傳遞;中縱梁縱筋部分貫通，無法貫通的鋼筋應與上下加強環(huán)焊接，實現彎矩傳遞;同時在節(jié)點區(qū)設置縱橫箍筋，約束節(jié)點區(qū)混凝土，以形成類似鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點的構造。通過加強結構的措施和精細有限元分析，保證了中縱梁節(jié)點安全可靠。

底縱梁位于站臺板下。底縱梁柱節(jié)點處具備足夠的空間設置鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點。環(huán)梁節(jié)點為在節(jié)點區(qū)柱邊設置鋼筋混凝土環(huán)梁來傳遞彎矩;通過在環(huán)梁中部設置抗剪栓釘和抗剪牛腿來傳遞剪力。鋼筋混凝土環(huán)梁節(jié)點傳力明確、受力較好，基本滿足“強柱弱梁、強剪弱彎、更強節(jié)點”的抗震設計理念，施工也較為便利，是較為理想成熟的鋼管混凝土節(jié)點。

車站鋼管混凝土柱施工實景圖見圖5。鋼管混凝土柱頂、中、底縱梁節(jié)點施工實景圖分別見圖6、圖 7、圖 8所示。

圖5 車站鋼管混凝土柱施工實景圖

圖6 鋼管混凝土柱頂縱梁節(jié)點施工實景圖

圖7 鋼管混凝土柱中縱梁節(jié)點施工實景圖

圖8 鋼管混凝土柱底縱梁節(jié)點施工實景圖

5.2 防水設計

本站主體結構采用補償收縮混凝土，每隔60 m設置一道膨脹加強帶。結合科學管理、精心施工、優(yōu)化配比試驗、加強振搗和養(yǎng)護，較好地解決了超長地下混凝土結構自收縮應力裂縫問題。膨脹加強帶是一種旨在提高混凝土結構抗裂性能的技術措施。施工中采用膨脹加強帶的目的是代替后澆帶，進一步簡化了施工工藝。實踐證明，此方法是提高大體積混凝土結構抗裂性的較好措施，同時避免了設置變形縫(包括誘導縫)或后澆帶，減少了滲漏水及施工不便等問題。

鑒于傳統“雨衣式”防水方案容易竄水漏水的弊端，本站結構采用柔性全包“皮膚式”防水設計理念，頂板采用聚氨酯防水涂料，側墻和底板采用反應性自粘型預鋪防水卷材和預鋪反粘法施工，卷材與后澆防水混凝土發(fā)生物理化學反應，真正實現了防水卷材與主體混凝土結構的“滿粘”，其防水理念先進、防竄水效果好、防水性能優(yōu)越。

主體工程逆作法施工的側墻施工質量和細部構造防水設計是關鍵技術問題［4］。通過廣泛調研，結合既有工程經驗和本工程特點，采取如下保證側墻混凝土澆筑質量和防水性能的措施:①側墻受力和分布鋼筋采用“細而密”的配筋方式，將側墻鋼筋模數調整為100 mm;②調整側墻施工順序，即車站主體結構從上往下逆作施工，側墻位置預留澆注孔洞;底板完工后從下往上逐層順作施工側墻，通過預留的澆注孔洞，加強振搗和養(yǎng)護;③加強逆作施工縫防水處理措施，設置2 道遇水膨脹止水膠并預留注漿管。通過上述措施，側墻有害裂縫得到有效控制，施工質量和防水效果得到有效保證。

6 施工經驗總結

6.1 鋼管混凝土柱施工方案

本站地質條件較好、巖層較淺、地下水較少，鋼管混凝土柱樁基礎采用人工挖孔樁。本站基坑較深，人工挖孔樁深度達32 m，為控制施工風險設置可靠的鋼筋混凝土護壁見圖9，以確保人工挖孔施工的安全。人工挖孔至樁底，澆注立柱樁基礎，然后人工安裝鋼管混凝土柱柱腳定位器，見圖10。最后，采用大型吊機吊裝鋼管柱，定位調垂后，澆注管內混凝土，見圖11。實踐證明，在工程地質允許的條件下，該方法是鋼管混凝土柱定位施工非常經濟有效的方法，且安裝精度高，垂直度可達1/500。

6.2 結構逆作施工工序

本站頂板與圍護冠梁結合成整體，逆作施工中地下一、二、三層中板外跨懸挑。為解決中板外跨懸挑的受力問題，在側墻中心線處增設臨時格構鋼立柱和樁基礎，協同鋼管混凝土柱，支撐車站主體各層樓板結構從上往下逆作施工;底板完工后，從下往上順作施工各層側墻，混凝土澆注過程直接將臨時鋼立柱包進側墻。側墻的順作施工便于混凝土的澆筑和養(yǎng)護，其防水性能更容易得到保證。

圖9 人工挖孔樁施工實景照

圖10 鋼管混凝土柱的柱腳定位器施工實景照

圖11 鋼管混凝土柱鋼管吊裝實景照

6.3 梁柱節(jié)點區(qū)鋼筋過密過多的處理措施

本站鋼管混凝土柱與中縱梁節(jié)點，受控于樓扶梯開洞制約，故構造設計相對較復雜。方形環(huán)板定位偏差較大，焊接工作量大;節(jié)點區(qū)鋼筋過多過密，縱橫交錯。通過現場綁扎試驗和構造優(yōu)化設計，強化焊接工藝和檢測，加強施工澆注和振搗管理措施，保證了中縱梁節(jié)點的安全可靠。通過本工程現場經驗總結，建議盡量選擇構造簡單、傳力明確、施工方便的雙梁、鋼筋混凝土環(huán)梁或勁性環(huán)梁節(jié)點方案。

7 結語

1)本工程采用地面人工挖孔樁施工樁基礎，人工安裝鋼管柱柱腳定位器，然后吊裝鋼管柱，保證了鋼管混凝土柱的施工精度和承載能力。實踐證明，在工程地質允許的條件下，該方法在鋼管柱定位施工中非常經濟有效。

2)地鐵南京站站創(chuàng)造性地設置邊跨臨時立柱和樁基礎，各層樓板從上往下逆作施工，側墻從下往上順作施工，實現了地下4 層逆作結構全包防水設計，降低了常規(guī)逆作工程采用“疊合墻”結構的滲水漏水風險。

3)本工程結構通過采用補償收縮混凝土和膨脹加強帶，結合科學管理和精心施工，較好地解決了地下超長混凝土結構自收縮裂縫問題。

4)本站采用柔性全包“皮膚式”防水設計理念，真正實現了防水卷材與主體結構滿粘，防竄水效果良好。實踐證明，卷材與結構發(fā)生物理化學反應滿粘的“皮膚式”防水設計理念代表著先進的柔性防水設計發(fā)展方向。

［1］歐陽冬，沈婷，陳遠洲，等.廣深港高鐵深圳福田站逆作法施工與設計［J］.建筑結構，2012(3):132.

［2］王衛(wèi)東，王建華.深基坑支護結構與主體結構相結合的設計、分析與實例［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［3］王文達，王旭生，于清.地下工程鋼管混凝土柱—RC 梁節(jié)點選型及力學性能研究［J］.鐵道建筑，2009(9):66.

［4］徐致均，趙錫宏.逆作法設計與施工［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002.