特殊環(huán)境下地鐵車站設(shè)計(jì)———上海市軌道交通8號(hào)線人民廣場(chǎng)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘　要　概括介紹軌道交通8號(hào)線人民廣場(chǎng)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),探討鄰近運(yùn)營(yíng)車站邊進(jìn)行深基坑設(shè)計(jì)所采用的計(jì)算方法以及對(duì)構(gòu)筑物所采取的保護(hù)性措施。關(guān)鍵詞　地下連續(xù)墻　位移控制　保護(hù)措施1車站概況 上海市軌道交通8號(hào)線人民廣場(chǎng)車站位于上海市中心人民廣場(chǎng)的西藏中路上,界于南京西路與人民大道之間,緊貼1號(hào)線人民廣場(chǎng)站,平行換乘,并能夠與2號(hào)線人民公園站換乘。 人民廣場(chǎng)站為地下二層島式站,設(shè)有3個(gè)盾構(gòu)工作井,其中北端頭井緊貼1號(hào)線人民廣場(chǎng)站北端頭井,與2號(hào)線區(qū)間圓隧道相距約11ｍ;南端頭井位于人民大道與西藏中路交叉口上。 本車站為地下二層四跨結(jié)構(gòu),車站總長(zhǎng)約為360ｍ,寬約25～32ｍ。站臺(tái)中心處底板埋深約為13.5ｍ,車站頂板覆土約為1.0ｍ。由于運(yùn)營(yíng)需要,站內(nèi)設(shè)置一條存車線。車站埋置于飽和淤泥質(zhì)軟土層中,車站總平面圖見圖1。 本車站周圍環(huán)境保護(hù)要求較高,東側(cè)為西藏中路,南側(cè)為人民大道,北側(cè)為運(yùn)營(yíng)中2號(hào)線區(qū)間隧道,西側(cè)為運(yùn)營(yíng)中1號(hào)線人民廣場(chǎng)車站,施工時(shí)必須確保1號(hào)線的正常運(yùn)營(yíng)。同時(shí)由于原1號(hào)線采用800厚單層地下連續(xù)墻側(cè)墻,且墻縫接頭采用的是普通鎖口管接頭,車站縱向剛度相對(duì)較差,且地下墻接頭承受變形能力也較弱。 根據(jù)車站的使用功能及周圍環(huán)境的情況,在車站位置選擇時(shí)將兩座車站緊貼平行設(shè)置,線路布置緊湊,換乘路線最短。由于兩座車站共用同一側(cè)墻,在設(shè)計(jì)中必須考慮降低工程實(shí)施期間對(duì)西藏路和人民廣場(chǎng)地區(qū)環(huán)境影響,尤其施工期間必須保證1號(hào)線人民廣場(chǎng)車站的安全正常運(yùn)營(yíng)。同時(shí)也必須考慮在車站建成后可能給原1號(hào)線車站帶來的不利影響,故本車站設(shè)計(jì)和施工難度都較大。 現(xiàn)該車站土建結(jié)構(gòu)已完成,情況良好,確保了1號(hào)線人民廣場(chǎng)站的正常運(yùn)營(yíng)并最大程度減小了對(duì)西藏路和人民廣場(chǎng)地區(qū)環(huán)境影響。本文將車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況以及對(duì)原1號(hào)線人民廣場(chǎng)所采取的主要技術(shù)性保護(hù)措施作一概括介紹。2車站范圍內(nèi)工程地質(zhì)概述 根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,車站范圍內(nèi)主要土層有②粉質(zhì)粘土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④淤泥質(zhì)粘土、⑤1粘土、⑤3.4粉質(zhì)粘土、⑦2層粉細(xì)砂。根據(jù)地質(zhì)剖面圖,車站底板位于④淤泥質(zhì)粘土層中,下臥層為⑤1粘土層,屬高壓縮性土層。圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻墻趾位于⑤3粉質(zhì)粘土。3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1　車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 (1)本車站采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 (2)車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿足車輛、限界及施工工藝要求并考慮施工誤差、結(jié)構(gòu)變形及車站后期的沉降影響。 (3)本車站所處周圍環(huán)境較為復(fù)雜,西側(cè)同原1號(hào)線人民公園站共用側(cè)墻,車站設(shè)計(jì)和基坑開挖對(duì)地面變形及1號(hào)線車站變形控制保護(hù)等級(jí)按一級(jí)考慮。 (4)根據(jù)車站環(huán)境條件、工程水文地質(zhì)條件、埋置深度及使用要求車站采用二層三柱四跨框架結(jié)構(gòu)。 (5)為減小對(duì)已運(yùn)行車站的影響,本車站主體結(jié)構(gòu)采用逆筑法施工。車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)逆筑法施工工藝采用增量法計(jì)算,并分別按施工階段和使用階段進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定計(jì)算。按主要荷載、附加荷載、地震荷載等最不利荷載組合,并按裂縫開展寬度驗(yàn)算、滿足防水、防雜散電流、耐久性等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 (6)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)烈度為7度。3.2　車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載(1)永久荷載 結(jié)構(gòu)自重、頂板覆土荷載、水土側(cè)壓力、底板水反力(2)可變荷載 地面超載、車站內(nèi)部人群荷載、設(shè)備荷載、施工荷載(3)偶然荷載 地震荷載、人防荷載3.3　圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體思想由于本車站與原1號(hào)線人民廣場(chǎng)站平行且共用一道地下墻,根據(jù)本車站周圍環(huán)境情況及本車站的具體特點(diǎn),在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮各種不利因素,采取安全可靠的技術(shù)措施。綜合多方面因素分析及比較,圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體思想如下: ①采用地下墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),考慮施工階段車站變形控制等級(jí)較高,并結(jié)合使用階段要求,確定采用800厚地下連續(xù)墻單層襯砌結(jié)構(gòu)。 ②為控制基坑開挖變形,采用逆筑法施工。 ③結(jié)合車站范圍內(nèi)土性特點(diǎn),為減小工程實(shí)施過程中對(duì)原車站的影響,設(shè)計(jì)考慮采取必要的地基加固措施。 ④為減小結(jié)構(gòu)后期沉降,對(duì)地下墻墻址土體進(jìn)行注漿加固。 ⑤充分利用“時(shí)空效應(yīng)”的作用,減少由于地層流變及蠕動(dòng)效應(yīng)而引起的結(jié)構(gòu)變形,采取分段、分層、分步、限時(shí)開挖、及時(shí)支撐,分段實(shí)施結(jié)構(gòu)頂、中、底板。(2)車站主體部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①基坑支撐平面設(shè)計(jì) 根據(jù)建筑所確定的工程總平面,車站總長(zhǎng)約360ｍ,寬約25～32ｍ,支撐平面布置時(shí)除兩端部區(qū)域采用斜撐,中間區(qū)域均采用 609鋼支撐對(duì)撐型式,支撐水平間距約為3ｍ,考慮為無圍囹支撐體系,原則上每幅地下墻上布設(shè)兩根鋼支撐。由于支撐長(zhǎng)度較長(zhǎng)及逆筑法施工的需要,沿車站寬度范圍內(nèi)設(shè)置立柱樁。②基坑支撐豎向設(shè)計(jì) 根據(jù)基坑開挖深度,標(biāo)準(zhǔn)段區(qū)域約為13.2ｍ,端部區(qū)域約為15.7ｍ。結(jié)合周邊環(huán)境情況,經(jīng)分析計(jì)算,采用4道鋼支撐全逆筑施工,支撐豎向布置見圖2。基坑實(shí)施順序如下: 工況一:掏槽撐第一道鋼支撐,向下挖土至頂板底面下; 工況二:澆筑頂板,待頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,拆除第一道鋼撐,向下挖土至第二道鋼支撐下; 工況三:撐第二道支撐,向下挖土至中板底面下; 工況四:澆筑中板,待中板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,拆除第二道鋼支撐,向下挖土至第三道支撐面下; 工況五:撐第三道鋼支撐,向下挖土至第四道支撐面下; 工況六:撐第四道鋼支撐,向下挖土至底板下50ｃｍ,施工倒濾層并澆筑結(jié)構(gòu)底板,待底板達(dá)到設(shè)計(jì)度后拆除第三、四道鋼支撐; 工況七:澆筑其余部分結(jié)構(gòu),鑿除側(cè)墻邊臨時(shí)格構(gòu)柱。③地基加固設(shè)計(jì) 由于基坑最終開挖面位于④淤泥質(zhì)土層中,且基坑開挖最終面與原1號(hào)線底板下表面持平,基坑開挖勢(shì)必對(duì)原車站會(huì)產(chǎn)生一定的側(cè)移。為使原1號(hào)線車站,側(cè)移限制在規(guī)定的范圍內(nèi),必須根據(jù)④層土體特性,選擇合適的加固方法以及加固形式和加固后土體的強(qiáng)度。根據(jù)本工程的具體特點(diǎn),綜合各方面因素,考慮采用旋噴樁加固,加固型式主要為裙邊加固。本加固之所以沒有采用常規(guī)的抽條地基加固的方式,主要是為了防止旋噴抽條地基加固可能在旋噴的過程中對(duì)原車站產(chǎn)生較大的影響,因此加固方式采用裙邊加固。車站地基加固平面布置見圖3。④中間豎向支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于采用逆筑法施工,設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮結(jié)構(gòu)底板完成前作用在頂板、中板上的豎向荷載如何通過有效的結(jié)構(gòu)傳力體系,傳給地基的問題。一般有兩種型式:一是直接利用基坑兩側(cè)的圍護(hù)墻傳遞豎向力,但僅適用基坑寬度較小的基坑;二是設(shè)置中間立柱,通過中間立柱及兩側(cè)圍護(hù)墻共同傳遞豎向力的方法。 結(jié)合本車站特點(diǎn),由于寬度較寬,因此必須設(shè)置中間立柱。結(jié)合車站永久柱一并考慮,所以采用 700鋼管柱。本工程圍護(hù)墻一側(cè)是利用原車站的地下墻,為減小由于豎向荷載對(duì)原車站的單層地下墻側(cè)墻產(chǎn)生的不均勻沉降,因此在原車站外側(cè)設(shè)置臨時(shí)格構(gòu)柱,通過格構(gòu)柱將新建車站的頂板荷載直接傳至下部樁基。立柱及臨時(shí)格構(gòu)柱布置見圖2。車站中間立柱采用鋼管柱,考慮車站結(jié)構(gòu)縱梁與鋼管柱為剛性連接。鋼管柱與車站結(jié)構(gòu)縱梁連接構(gòu)造節(jié)點(diǎn)見圖4。⑤結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì) 本車站頂板上覆土厚度為1.0ｍ左右,結(jié)構(gòu)抗浮系數(shù)僅僅為0.8<1.05,不滿足要求,需采取相關(guān)抗浮措施。經(jīng)對(duì)倒濾層及抗拔樁二種技術(shù)措施的從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比較分析,并結(jié)合該地區(qū)原1號(hào)線人民廣場(chǎng)車站和2號(hào)線地下三層人民公園車站所采取的抗浮措施的經(jīng)驗(yàn),采用倒濾層抗浮的技術(shù)措施。 施工時(shí)首先挖土至倒濾層底后,首先用50ｍｍ中粗砂找平,隨后在其上鋪設(shè)土工布,再在土工布上鋪設(shè)200ｍｍ厚中粗砂倒濾層,沿車站縱向鋪設(shè)兩條集水濾管,沿車站縱向每隔25ｍ左右設(shè)置橫向集水管與窨井相連,最終將水集中排向車站兩端的污水泵房。3.4結(jié)構(gòu)計(jì)算 本站除端頭井區(qū)域外,均采用單層側(cè)墻,即地下連續(xù)墻即作為施工階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu),又是永久結(jié)構(gòu)的受力結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),模擬結(jié)構(gòu)施工各不同階段及使用階段不同受力情況,采用增量法計(jì)算結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算。根據(jù)本站支撐豎向設(shè)置以及支撐架設(shè)、拆除、結(jié)構(gòu)澆筑的順序,模擬施工階段受力情況,進(jìn)行分析計(jì)算各階段結(jié)構(gòu)。各階段計(jì)算受力工況如圖5。4 有關(guān)地鐵保護(hù)要求及保護(hù)1號(hào)線車站所采取的主要技術(shù)措施4.1上海有關(guān)地鐵保護(hù)要求 在已建車站兩側(cè)進(jìn)行的工程活動(dòng),都會(huì)引起原結(jié)構(gòu)受力及位移的變化。位移變化的大小與原結(jié)構(gòu)所處的地層以及結(jié)構(gòu)型式都有密切關(guān)系。上海地層的上部土層主要為高靈敏度、具有流變效應(yīng)的飽和淤泥質(zhì)土層或粘性土層,對(duì)埋置于這種土層中的結(jié)構(gòu)邊進(jìn)行大規(guī)模的深基坑開挖,勢(shì)必會(huì)對(duì)原車站產(chǎn)生較大的影響。由于本車站北端距2號(hào)線區(qū)間隧道僅為11ｍ,根據(jù)上海有關(guān)地鐵保護(hù)要求如下: (1)隧道中心線兩側(cè)各50ｍ的范圍內(nèi),應(yīng)作為隧道控制區(qū),該范圍內(nèi)地面超載或卸載不得大于20ｋＰａ,在進(jìn)行有礙隧道安全的工程活動(dòng)(如基坑開挖、打樁、井點(diǎn)降水等)時(shí),必須慎重地采取可靠的技術(shù)措施對(duì)各種建筑活動(dòng)引起區(qū)間隧道的移動(dòng),控制到允許的限度內(nèi),以確保隧道的安全運(yùn)行。 (2)在已建隧道兩側(cè)頂上進(jìn)行加載或卸載建筑施工時(shí),必須采取可靠的技術(shù)措施,并對(duì)新建的建、構(gòu)筑物對(duì)地鐵區(qū)間隧道的影響進(jìn)行可靠的分析計(jì)算,滿足如下隧道保護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 ①任意點(diǎn)的附加位移和沉降≤2ｃｍ。 ②施工引起的隧道的附加曲率半徑大于15000ｍ,相對(duì)彎曲<1/2500。 ③由打樁產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)隧道引起的峰值質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度小于2.5ｍ/ｓ。 ④由于各因素所引起的地鐵隧道外壁附加荷載≤20ｋＰａ。4.2主要技術(shù)措施針對(duì)本工程具體情況,分析在本新建工程實(shí)施過程中可能對(duì)原人民廣場(chǎng)車站及區(qū)間隧道可能產(chǎn)生影響主要有以下幾點(diǎn): (1)新建車站基坑開挖過程中,由于單側(cè)開挖卸載,原車站兩側(cè)土壓力失去平衡,可能會(huì)導(dǎo)致原車站結(jié)構(gòu)側(cè)移以及原車站的兩側(cè)不均勻沉降。 (2)在工程實(shí)施過程中,原車站結(jié)構(gòu)受力狀況將會(huì)發(fā)生變化。 (3)新建車站與原車站之間的差異沉降處理。根據(jù)上述初步分析,必須采取針對(duì)性措施來減小和控制在新建車站實(shí)施過程中可能帶來的不利影響。經(jīng)計(jì)算分析針對(duì)上述可能產(chǎn)生的影響,采用下述措施: ①結(jié)構(gòu)實(shí)施過程中,采用分段實(shí)施,同時(shí)采用全逆筑法施工以減小原車站側(cè)移。 ②為解決施工過程中原車站可能存在的單側(cè)不均勻沉降,在原車站外側(cè)設(shè)置樁基臨時(shí)豎向支撐措施,并在原車站外側(cè)設(shè)置鋼牛腿,有效解決了新建車站的豎向荷載直接傳遞至下部樁基,避免由于車站單側(cè)挖土可能引起的不均勻沉降問題,通過該措施有效解決原車站單側(cè)不均勻沉降。具體構(gòu)造見圖7。 ③為解決使用階段兩車站可能產(chǎn)生的差異變形,在設(shè)計(jì)逆筑法立柱樁時(shí),充分考慮該因素,合理選擇和布置下部樁基。 目前本車站結(jié)構(gòu)施工基本完畢,通過采取上述一系列措施,確保在施工期間的原車站正常使用。5結(jié)構(gòu)防水處理 結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)原則以防為主,多道防線,因地制宜,綜合治理。本車站結(jié)合具體實(shí)際情況,采取的主要技術(shù)措施有:①采用抗?jié)B標(biāo)號(hào)為Ｓ8混凝土,提高結(jié)構(gòu)自身的抗?jié)B能力;②車站頂板及誘導(dǎo)縫、施工縫處設(shè)加強(qiáng)防水構(gòu)造措施;③新舊車站連接位置采用相關(guān)的防水技術(shù)措施。6結(jié)語 本車站是目前上海唯一的一座與以建車站平行換乘且共用同一側(cè)墻的地下車站,通過采取科學(xué)合理的技術(shù)措施,確保了工程實(shí)施過程中周邊結(jié)構(gòu)的安全,為今后類似工程的實(shí)施提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。