地鐵車站結構設計分析

鄭 君 廣州科技職業技術大學專任教師，工程師

楊 斌 中鐵第六勘察設計院集團有限公司工程師

張 琳 廣州科技職業技術大學專任教師

廣州市地鐵14號線2期地鐵線主要經過廣州市越秀區、白云區，加強了從化區與中心區的聯系，方便沿線居民出行，是緩解沿線道路交通壓力的重要交通線路。廣州市地鐵14號線2期工程的建設，能夠有效緩解白云區西北部地面的交通壓力，實現城市綜合交通規劃，使地鐵14號線成為連接從化區與廣州市中心城區的紐帶。地鐵14號線2期工程功能定位：加強地鐵覆蓋范圍，以解決沿線居民和通勤客流出行，緩解沿線道路交通壓力為主。

1 工程概況

1.1 火車站概況

廣州火車站位于廣州市環市西路、站前路以及人民路的交叉路口北側，是既有廣州地鐵2號線、5號線及在建11號線的地鐵換乘站。廣州火車站廣場北側為火車站站房、售票廳；廣場西側是廣州郵政局；東側為民航售票中心。地鐵站位于廣州火車站站前廣場，東西向布置，車站本次新增8個直出地面出入口，5處銜接口(11/14號線)、9組風亭組（11/14號線合用，含改造）及9個安全出口（11/14號線合用，含改造）。

2 設計步驟

2.1 車站工法比選

火車站周邊為已經建成地鐵2號線、5號線。地鐵14號線車站基坑標準段基坑寬度為34.2 m，開挖深度為31.31 m，地鐵11號線車站基坑標準段基坑寬度為40.9 m，開挖深度為42.86 m，地鐵站施工會對火車站周邊環境產生不利影響[1]。本站基坑保護等級為一級，變形控制標準：地面最大沉降量≤0.15% H；支護結構最大水平位移≤0.25% H，且≤30 mm。城市地下車站的施工方法主要可以概括為：明挖法、蓋挖法、暗挖法三種，這3種施工方法各有其適用條件和優缺點。由于站位位于廣州火車站廣場中心位置，人流量大，且鐵路部門要求春運期間能夠在施工場地還原現場交通，因此，火車站主體擬采用蓋挖逆作法施工，而換乘大廳是下沉式廣場，蓋挖法施工預算較高，故采用明挖法施工，站房下方結構為明挖法施工。經過綜合比選，本站推薦采用明暗挖結合工法施工。（見表1）

2.2 明挖基坑圍護結構方案比選

廣州火車站主體基坑深度標準段約為35.11～43.06 m，基坑深度范圍內從上向下依次為：雜填土層、粉質粘土層、全中微風化泥質粉砂巖。經比選，基坑施工對鄰近建筑與地下管線的影響較小，工藝成熟，采用工程造價較低的旋挖樁。圍護結構采用厚度為1000～1200 mm旋挖樁[2]。附屬結構及換乘大廳基坑深8.45～15.3 m，擬采用800 mm旋挖樁＋錨索＋內支撐方案。

基坑施工對鄰近建筑與地下管線的影響較小，可與永久結構結合為單層結構，亦可與內襯墻組成疊合結構或復合結構，共同受力。本地區若采用地下連續墻則要求可為單層結構，亦可與內襯墻組成疊合結構或復合結構共同受力，基坑深度較大，施工對環境的影響較小，需要使用大型挖槽機，在土層中施工速度較快，施工工藝與難度工藝成熟，施工難度較小，圍護結構工程造價較高。若采用旋挖樁則要求圍護結構剛度較大、變形較小，設備需要采用大型鉆機，基坑施工對鄰近建筑與地下管線的影響較小，樁與內部結構共同承受水土壓力，工藝成熟，施工難度小。若采用灌注樁則基坑深度較大，施工對環境的影響小，機具設備要求使用大型旋挖鉆機，在土層中施工速度快，施工工藝與難度工藝稍欠成熟，施工難度大。經過比選，火車站圍護結構推薦采用圍護結構采用厚度為1000～1200 mm旋挖樁。

2.3 明挖主體結構方案比選

本站頂部覆土約1.5 m，車站主體、附屬結構均采用鋼筋混凝土矩形框架結構。根據建筑布置及其他相關系統專業的要求，主體結構內凈空為：主體結構負1層（除外掛段）結構凈空為5.6 m；主體結構標準段負2層結構凈空為5.6 m，負3層凈空為7.6 m，負4層凈空為7.65 m,負5層凈空為9.91 m。主體結構基坑輪廓尺寸：基坑長度約270 m，基坑標準段寬度約34.2 m，基坑深約31.31～40.9 m，施工方法為蓋挖逆作法。圍護結構選型1000 mm、1200 mm旋挖樁，無支撐體系，結構抗浮措施，設置抗拔樁，圍護與內襯為復合聯接關系。內部結構形式為單柱雙跨矩形框架結構，主要構件截面尺寸：頂板800 mm，中板600 mm，底板1400 mm，側墻1200 mm，柱直徑1500 mm，防水方案為全包防水。換乘大廳基坑輪廓尺寸基坑寬度約70 m，基坑深約15.3 m，施工方法為明挖順作法。圍護結構選型及嵌固深度旋挖樁，嵌固深度6 m，支撐體系豎向設5道錨索，結構抗浮措施，設置抗拔樁，圍護與內襯聯接關系為復合墻。內部結構形式為箱型框架結構，主要構件截面尺寸頂板：800 mm，底板1200 mm，側墻700 mm，防水方案為全包防水[3]。

表1 施工方法對比表

2.4 暗挖主體結構方案比選

暗挖段隧道內凈空尺寸應根據限界的要求確定，隧道結構采用復合式襯砌結構。計算時按照施工階段初支施工，承受全部圍巖壓力，使用階段二襯承擔全部水壓及土壓。暗挖主體結構推薦采用單洞單線站臺、暗挖隧道，拱頂覆土約32.5 m，軌面埋深40 m，根據工程類比法，確定隧道支護參數[4]。

3 風險工程識別

3.1 工程環境風險分析

車站西側，基坑緊貼地鐵2號線、5號線，施工風險大，風險等級一級，應加強監測，根據情況確定是否進行加固處理；車站南側為市政工程，結構占用部分過街通道，距離立交橋墩最近18.5 m，立交橋樁基長約16 m。初步判定為摩擦端承樁，風險等級一級，應加強監測，根據施工監測視情況確定是否進行加固處理。廣州火車站北側，地鐵14號線蓋挖基坑距離火車站站房約8 m，地鐵11號線暗挖隧道在火車站底板正下方，下穿火車站軌道，風險等級一級，火車站站房采用袖閥管注漿加固[5]。

3.2 工程自身風險分析

火車站周邊為已經建成的地鐵2號線和5號線、環市路高架橋、火車站站房，車站長度為270 m，標準段基坑寬度為34.2 m。車站標準段基坑開挖深度31.31 m，地鐵站施工將可能對火車站周邊環境將產生不利影響。

3.3 風險工程影響分析

根據風險源結構類型、保護級別、風險源與新建軌道交通的位置關系、風險源所處環境影響區的地質特點、施工工法等因素，結合廣州地鐵已開通線路的工程經驗，對本風險源在地鐵站施工期間可能產生的影響進行分析。

利用理正基坑計算軟件，對基坑開挖引起的地面沉降進行計算。在基坑施工時，對基坑圍護結構、支撐及地面進行監測，同時監測周邊重要的管線及建筑物的沉降變形，當監控管線及建筑物的沉降變形超標時，及時采取跟蹤注漿等措施。

4 結語

本文以廣州市地鐵14號線2期的地鐵站為例，對地鐵站設計階段應考慮的結構方案進行探討，并做好結構方案的比選工作，完善設計內容，順利完成地鐵站的建設工作。