市政地道與地鐵車站共建結構設計

申 淼

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

隨著大型、超大型城市建設的發展，市民對于各類基礎設施的需求迅速增加，其中又以出行需求最為常見和緊迫，常規城市出行以地面道路為主。但隨著地面土地空間日益被工商業、住宅開發所占用，越來越多的城市基礎設施建設在向地下要空間。地鐵作為典型的地下交通設施，以其“大運量、服務廣、速度快”的特點，有效滿足了城市通勤、綠色出行、刺激經濟等要求。地下道路則以疏解交通流量、避開城市堵點、設計車速快的特點，成為城市快速路的新選擇。為促進地下空間的高效集約利用、避免反復開挖，沿城市交通主干道地下空間豎向布置多個地下工程，并共同建設的情況正在成為一種趨勢。

目前對于不同地下工程共建的技術要點已有很多研究，如上海日月光中心地下綜合體工程實現了地鐵與地塊的共同開發建設，從工程組織、沉降 控制、環境保護等方面闡述了技術控制措施并取得良好的效果[1]。成都地鐵17號線白佛橋站與草金路快速化改造工程共同建設，橋梁墩柱落在車站頂板上方。作者認為可將地鐵結構視作橋梁的箱型基礎，對合建節點受力和變形分析方法進行了闡述，并介紹了合建節點的防水處理措施[2]。南京地鐵4號線草場門站與規劃草場門隧道合建，作者從圍護結構設計方案、圍護計算、工程銜接方面進行了介紹[3]。成都3號線省體育館站與一環路下穿隧道合建，通過在共用板中加設纖維類添加劑，提高混凝土抗裂性和耐久性；對合建段抗浮措施、費用分攤原則也進行了介紹[4]。

本文以地鐵與市政地道合建設計為研究對象，分析了合建節點設計、不同工程時序銜接、交通保障方案設計、環境保護措施等方面的思路。

1 工程概況

上海地鐵14號線是東西向橫穿上海主城區的重要線路，其中龍居路站位于浦東大道、德平路路口東側，浦東大道路中、跨龍居路，大致東西向布置，為地下三層島式車站。

東西通道工程西起延安東路隧道浦東出口，東至金橋路，隧道口至龍居路段由主線地下通道加地面道路組成，全長6.1 km；龍居路至金橋路為地面道路，全長約1.7 km。

浦東大道為東西向主干道，紅線寬度為50 m，地面道路為雙向4車道，現狀車流量較大。龍居路為南北向支路，規劃紅線浦東大道以北寬20 m，浦東大道以南寬16 m。

車站周邊區域以居住、廠房用地為主，附近建筑主要有上海申誠醫院、龍居大廈、興和苑、龍居苑、四八零五廠（申佳船廠）、居揚變電所、黃浦江泥漿沉淀池。

2 主要設計難點

2.1 與市政地道共建

東西通道出地面匝道與本站渡線段產生部分重疊，寬度約11.3 m，且匝道底板已侵入車站渡線段上方下一層空間，故該區段考慮匝道與車站結構共建，以減小工程實施難度，降低工程造價，同時提高下一層地下空間的使用效率。

東西通道在龍居路車站范圍為敞開段并逐步過渡為地面段，部分占用車站下一層空間，為典型的疊層結構。因此地道與車站共建分建位置的確定、施工時序及預留措施、差異沉降的控制、局部抗浮等問題需要重點解決。

2.2 道路交通保障

浦東大道為上海浦東東西向主干道，現狀車流量較大。施工期間要求交通滿足雙向4車道+2人非混行道，而車站寬度最寬處約30 m、最窄處約23 m，且周邊建筑物距離較近，施工的作業空間收到嚴重擠壓。

2.3 基坑開挖及周邊建筑保護

龍居路車站周邊既有建筑物較多，建筑層數高、基礎形式多樣、距離較近，同時基坑開挖深度大，最深處達24.8 m，很多建筑物的環境保護等級為一級，對基坑變形控制提出了很高的要求。

3 設計方案

3.1 共建結構設計方案

3.1.1 斷面設計方案

為減少東西通道與車站共建段的長度，其縱坡設計為5%，共建段長度為141 m、凈寬10.1 m。東西通道共建段縱斷面凈高5.8 m、擋墻高度0.85 m，線路接地點處斷面凈高0.4 m；車站標準段覆土厚度約2.9 m，在東西通道凈高2.1 m處底板與車站頂板脫開。共建段縱剖面見圖1。

圖1 地道與車站共建段縱剖面圖

3.1.2 局部抗浮

共建段范圍，特別是端頭井區段，車站頂板以上無覆土，結構的抗浮問題需要特別關注。考慮地墻摩阻力作用對于抗浮的有利影響，計算仍然不滿足抗浮安全系數1.1的要求[5]。因此考慮在底板增設鉆孔灌注樁作為額外的抗浮措施，同時該部分樁基兼作圍護立柱樁使用。

3.1.3 施工時序及節點措施

按照“先深后淺”的施工原則，先施工車站結構后施工車站以外東西通道結構，交界處地墻在盾構完成且東西通道底板強度達到要求后切割鑿除（減少對周邊環境影響）。車站外東西通道底板下地基加固結合車站端頭加固統一考慮。

東西通道引道段結構底板與其余部分的車站頂板不在同一標高。為保證施工期水平向的可靠傳力，西端頭井邊框梁在除車道范圍以外的車站頂板標高處形成閉合框架，且高出東西通道底板。

在盾構施工完成后且東西通道結構底板混凝土強度達到要求后切割鑿除邊框梁等構件，同時考慮到邊框梁鑿除后，使用階段側向力由懸臂側墻承受，對于側墻受力不利，因此考慮在懸臂側墻和頂板之間設置250 mm厚、間距2.5 m的鋼筋混凝土肋板，見圖2。

圖2 地道與車站共建段橫剖面圖（單位:mm）

3.2 交通保障方案

在車站南北兩側分別設置棧橋板作為施工車輛和正常出行車輛的臨時道路，結合管線搬遷和工程總體籌劃，施工場地布置及交通疏解可分為四個階段：

第一階段：本階段對車站北側主體實施圍擋，施工北側地墻及棧橋板，浦東大道交通導改至圍擋南側，滿足雙向4車道+2人非混行道。

第二階段：本階段分別對車站東西兩端車站主體實施圍擋，施工車站主體結構及棧橋板，浦東大道交通導改至圍擋南、北兩側，滿足雙向4車道+2人非混行道。

第三階段：本階段分別對余下車站主體實施圍擋，施工余下的車站主體結構，浦東大道交通同第二階段。

第四階段：本階段分別對車站南北兩側附屬結構實施圍擋，浦東大道交通恢復原狀，龍居路方向交通臨時封閉。

3.3 基坑設計方案

根據上述交通疏解方案及盾構籌劃方案，車站主體采用分區開挖的明挖順作法施工，圍護型式為1 000 mm厚地下連續墻（采用十字鋼板接頭），墻長50 m。具體基坑分為東西端頭基坑及標準段基坑。

標準段基坑深度約22.9 m，墻趾位于⑦2層粉砂中。沿基坑深度方向設置六道支撐，第一道、第四道為鋼筋混凝土支撐，其余為鋼支撐。端頭井基坑深度約24.6 m，墻趾位于⑦2層粉砂中。沿基坑深度方向設置7道支撐，第一道、第四道為鋼筋混凝土支撐，其余為鋼支撐。

為減少基坑開挖對周邊建筑物影響，對于距離基坑邊12 m范圍內有建筑物的位置，在第四道混凝土支撐底至坑底以下3 m范圍進行旋噴樁裙邊+抽條加固，裙邊寬度5 m，抽條寬度3 m。

4 變形影響分析

為了解基坑開挖對周邊建筑物的變形影響，以龍居苑位置處的基坑為對象，利用MIDAS軟件進行變形影響的有限元分析。

（1）計算模型

基坑開挖深度23.0 m，其中地墻長度43 m，厚1 m，彈性模量取60 GPa，重度取24 kN/m3，泊松比取0.3。建立計算模型時充分考慮邊界條件的影響，模型左側距基坑左側邊界78 m，右側邊界距基坑右側邊界78 m，模型底部距離基坑底部69 m。25層主樓寬10.5 m，與基坑距離為15.4 m，建筑物自重等效為375 kPa的均布荷載計。大樓樁基長25～31 m，樁頂標高為3.5～0.15 m，樁尖標高為-25.15～-27.5 m。

土體Mohr-Coulomb彈塑性本構模型，地下連續墻、混凝土支撐、建筑樁基采用線彈性模型。根據詳勘報告及經驗值，確定各土層參數見表1。

表1 地勘土體參數表

計算模型見圖3。

圖3 計算模型簡圖

（2）計算結果

計算結果見圖4，表明建筑最大差異沉降7.3 mm，傾斜率0.043%，根據規范[6]要求，傾斜率需小于0.25%（建筑物高度60 m＜H≤100 m），滿足建筑物安全要求；通過計算也表明，基坑開挖的整個過程，基坑周邊最大的附加沉降為9.6 mm≤23.0 mm（0.1%H），圍護最大水平位移為17.5 mm≤32.2 mm（0.14%H），滿足一級環境保護等級要求。

圖4 土體水平位移云圖

（3）監測結果

在龍居苑及基坑周邊布置監測點，對建筑物、基坑周邊地表沉降及地墻頂水平位移進行觀測，并在施工全過程持續進行。施工結束時，圍護最大水平位移為51.7 mm，超過控制值32.2 mm，主要原因應該是第五和第六層土體開挖過程中，基坑暴露時間偏長導致，但總體可控。

基坑周邊沉降監測數據見圖5，結果表明最大沉降值為13.23 mm，與數值模擬計算結果9.6 mm接近，沉降值滿足控制值要求。

圖5 周邊地表沉降圖（單位：mm）

將龍居苑靠近和遠離基坑的一組沉降監測數據相減，得到差異沉降值，見圖6。最大差異沉降值為9.5 mm，與數值模擬計算結果7.3 mm接近，傾斜率滿足控制值要求。

圖6 龍居苑差異沉降圖（單位：mm）

5 工程效果

東西通道與龍居路車站共建工程于2014年12月動工，14號線目前已開通運營，因出入口未全部完工，龍居路站暫未開通（過站運行），東西通道全線計劃2022年6月竣工。由于設計合理、施工組織措施得當，施工過程中基坑安全、周邊建筑物保護及交通保障都取得了預期的效果。

6 結語

本文以東西通道與龍居路車站共建為例，針對復雜地質、復雜周邊環境、地下共建結構的特點、難點，通過合理的共建節點設計、交通疏解及圍護設計，滿足了疊層共建結構施工、使用期間結構安全、交通保障和環境影響的諸多要求。本文涉及的項目已接近尾聲，通過實施過程中各項監測數據及實際反饋，基本達到了預期的效果。希望通過本工程案例的介紹，能為類似工程提供相應參考。