地鐵車站下方預(yù)留隧道下穿條件設(shè)計

毛武峰

(廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司 廣州 510010)

地鐵車站下方預(yù)留隧道下穿條件設(shè)計

毛武峰

(廣州地鐵設(shè)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(yù)留隧道下穿條件設(shè)計方法——樁承法，在下穿隧道通道兩側(cè)設(shè)置工程樁，加強(qiáng)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(shè)計思路簡單，各工況下結(jié)構(gòu)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(jì)適用的方法。

地鐵車站；下穿隧道；預(yù)留條件；樁承法

1 引言

隨著基礎(chǔ)建設(shè)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(shè)的地鐵區(qū)間、車站預(yù)留后續(xù)線路敷設(shè)條件是地鐵規(guī)劃、設(shè)計必不可少的內(nèi)容。本文將介紹明挖地鐵車站下方預(yù)留隧道下穿條件的一種設(shè)計方案。

2 方案介紹

2.1 地鐵車站下方預(yù)留隧道下穿條件的本質(zhì)是解決地鐵線路立體交叉問題，具體設(shè)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(diǎn)換乘、減少后續(xù)站點(diǎn)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(yùn)營安全。

3）適應(yīng)后續(xù)線路微調(diào)，前序車站實(shí)施時，后續(xù)線路往往外界條件未最終穩(wěn)定，預(yù)留條件應(yīng)能適應(yīng)后續(xù)線路在一定范圍內(nèi)調(diào)整。

預(yù)留設(shè)計方案設(shè)計原則為：以前序車站很小的經(jīng)濟(jì)代價盡量減少對后續(xù)線路敷設(shè)的限制。

2.2 地鐵車站下方預(yù)留隧道下穿條件具體設(shè)計方案如下：

1）后續(xù)隧道下穿段范圍車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)在底板以下采用玻璃纖維筋，避免限制后續(xù)隧道盾構(gòu)施工。

2）前序車站采用樁承法進(jìn)行下穿隧道條件預(yù)留，在下穿隧道通道兩側(cè)設(shè)置工程樁，加強(qiáng)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(cè)，站位北側(cè)為福州火車站鐵路線和福州客運(yùn)段，南側(cè)為站前廣場和站前路，東側(cè)為25層高的福鐵大廈和福州火車站主樓，西側(cè)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(cè)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(dāng)前僅實(shí)施1號線部分，預(yù)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(zhì)粘土層、（13b）層殘積土層、（14）層全風(fēng)化巖、（15）層散體狀強(qiáng)風(fēng)化巖、（16）層碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖、（17）層中等風(fēng)化巖，本站基底處于（13b）層殘積土層和（14）全風(fēng)化巖層。

圖1 站位總平

3.2 下穿節(jié)點(diǎn)設(shè)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(diǎn)區(qū)預(yù)留3號線隧道下穿條件，具體方案如下：

a）節(jié)點(diǎn)區(qū)在3號線隧道兩側(cè)設(shè)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(cè)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(nèi)采用玻璃纖維筋，便于3號線盾構(gòu)穿越。

為了確定節(jié)點(diǎn)區(qū)結(jié)構(gòu)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(shè)地彈簧，豎向荷載由縱梁水平轉(zhuǎn)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(shè)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(yīng)；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(nèi)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(yīng)。

車站整體模型如下圖所示：

圖2 節(jié)點(diǎn)區(qū)整體模型

枯水工況下節(jié)點(diǎn)反力如圖：

圖3 枯水工況-側(cè)墻節(jié)點(diǎn)反力圖

圖4 枯水工況-框架節(jié)點(diǎn)反力圖

滿水工況下節(jié)點(diǎn)反力如圖：

圖5 滿水工況-側(cè)墻節(jié)點(diǎn)反力圖

圖6 滿水工況-框架節(jié)點(diǎn)反力圖

根據(jù)以上分析，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jié)構(gòu)內(nèi)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(jié)構(gòu)內(nèi)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(diǎn)區(qū)底板有向下變形，彎矩與普通段差異明顯，最大彎矩達(dá)到每延米 1150kN m；底板縱向框架梁內(nèi)力明顯加大，起到轉(zhuǎn)換梁的作用，通道上方跨中最大正彎矩6950 kN m，最大負(fù)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(nèi)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(cè)支座最大負(fù)彎矩4000 kN m。

通過以上結(jié)構(gòu)分析可對車站隧道下穿區(qū)段工程樁、主體板、梁等進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計，以滿足后續(xù)隧道下穿要求。

4 結(jié)論與建議

本文介紹了一種地鐵車站下方預(yù)留隧道下穿條件設(shè)計方法，即采用樁承法進(jìn)行下穿隧道條件預(yù)留，在下穿隧道通道兩側(cè)設(shè)置工程樁，加強(qiáng)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(jié)合設(shè)計實(shí)例，該方法通過樁基支承，前序車站樁、梁及板柱形成轉(zhuǎn)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(shè)計思路簡單，各工況下傳力明確。同時，在該方法的預(yù)留條件下，后續(xù)隧道施工工法可選擇盾構(gòu)、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(jì)適用的方法。

[1]廣州地鐵設(shè)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(shè)計. 福州, 2011；

[2]上海巖土工程勘察設(shè)計研究院有限公司、福建省建筑設(shè)計研究院. 福州市軌道交通1號線工程（一標(biāo)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(shè)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(xué)，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事地鐵結(jié)構(gòu)工程設(shè)計。