南京地铁南京站站结构设计与逆作法施工

欧阳冬

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉∥工程师)

1 工程概况

南京地铁3号线南京站站与规划的9号线南京站站为同站台平行换乘。该站址位于新建的沪宁高铁站的西北面，紧邻高铁站房及地下停车库，地铁线路平行于沪宁高铁站线。地铁南京站站采用地下四层多跨箱型框架结构，盖挖逆作法施工(局部明挖顺作施工)。车站总建筑面积47 280 m2，长249.7 m，标准段宽为50.1 m，标准段基坑深度为28.45 m;端头盾构井处基坑深度为29.88 m。车站站台平面图见图1。

图1 地铁南京站站平面图

本站场地属丘岗地貌单元，总体地质条件较好，地下水较少。车站范围内地层由上而下依次为:近期堆填①-1 杂填土，①-2 素填土;Q2-14冲积粉质黏土层，Q3风积冲积④-4e1 混合土，燕山期侵入岩δu-2 强风化闪长岩，δu-3 中风化闪长岩。基底所在土层为δu-2-1 中风化闪长岩(碎石状)，岩层起伏较大。

依据地下水的埋藏和赋存条件，可分为上层滞水、松散岩类孔隙潜水、松散岩类孔隙承压水、基岩裂隙水、岩溶水等。上层滞水局部分布于岗地，在雨期一般分布在填土中，其水量较小;孔隙潜水分布于岗地坳沟地带，其中岗间坳沟主要含水层为软土和粉土层;基岩裂隙水主要分布于基岩破碎带和裂隙发育带。

2 总体施工方案

综合基坑工程安全、工期、造价、环境保护、交通疏解等因素及本工程基坑特点，结合顺作法和逆作法施工的优缺点和适用条件，对地铁南京站各施工区段的施工方法进行了综合分析和选择比较［1-2］。地铁南京站站的施工分区如图2所示。

图2 地铁南京站站的施工分区图

本站分3 个施工区:

1)小里程端盾构井①～③轴因盾构工筹需要，设独立封闭基坑，采用明挖顺作法最先施工。

2)车站主体⑩～㉛轴区域上方为沪宁高铁南京站的站前广场，要求在沪宁高铁开通前交付使用。因时间紧张，明挖顺作在短期内无法完工，因此采用盖挖逆作法施工，顶板完成并覆土后即可走人行车，恢复广场功能。

3)车站主体③～⑩轴区域采用明挖顺作，兼作施工场地和盖挖逆作土方运输通道;土方开挖从③轴向㉛轴推进(保持一定坡度)，土方从㉛轴向③轴运出。

3 支护方案研究

3.1 围护结构选型

本站浅部以粉质黏土、强风化岩和中风化岩为主，车站主体基坑大部分坐落在强风化和中风化岩层上，岩石强度高;场地地下水较少，工程地质条件总体较好。鉴于本站场地岩层较浅，局部中风化岩石强度较高，地下连续墙成槽施工难度大、效率低、经济性差，结合本站地质情况及附近已建地铁车站基坑围护经验，本站主体基坑围护结构采用φ1 200 mm@1 400 mm 钻孔灌注桩。

3.2 支护方案

本站主体逆作施工区采用支护和主体结构部分相结合的支护方案［1-2］，支护与主体结构见图3、图4所示。

1)围护结构的钻孔灌注桩作为主体逆作施工阶段的挡土结构，在正常使用阶段与主体侧墙协同受力，以形成复合受力体系共同抵抗水土压力。

2)主体结构梁板系统作为基坑开挖阶段围护结构的水平支撑系统，在施工过程中应根据出土需要留设一定数量的临时出土孔。本站施工利用明挖段作为盖挖段的出土运输空间，开挖面形成一斜向运输通道。盖挖逆作区从上往下施工各层主体结构;明挖顺作区随挖随撑;盖挖段结构施工完毕后，再从下往上施工明挖段主体结构。

3)主体结构永久柱(钢管混凝土柱φ900 mm、壁厚20 mm，内填C50 高性能混凝土)兼作水平支撑的临时支承柱;钢管混凝土柱基础采用直径φ2 000 mm 的人工挖孔桩。

周围环境复杂、超大超深的车站基坑工程施工方法是决定工程安全、造价和工期的关键。同顺作法和半逆作法相比，逆作法施工最大的优点在于可以最大限度地控制基坑的变形，确保工程及周边环境的安全;同时，盖挖顶板完成后可以恢复地面交通运营。本工程充分利用围护结构和主体结构相结合的结构方案，逆作法施工，把支护结构变成永久结构的一部分，既节省了工程造价，又保护了周边的环境，确保了工程安全。

4 主体结构

4.1 主体结构设计

地铁南京站站的车站主体采用地下4 层箱型框架结构，从上至下依次为物业开发层、站厅层、设备层、站台层。车站纵向长度为249.7 m，其中盖挖段长174.3 m，明挖段长 75.4 m。纵向柱距为 9.12 m，横向柱跨为6.8～9.7 m。

图3 地铁南京站站结构横剖面图

图4 地铁南京站站结构逆作施工实景照

4.2 车站抗浮设计

本站基坑较深、水浮力大，为较好实现车站物业开发层与沪宁高铁北广场停车库的有效对接，覆土仅0.85 m，车站主体整体抗浮稳定性不足。因此，将车站主体顶板与围护桩冠梁连接成整体，利用围护桩抗浮;同时，在底纵梁跨中增设抗浮桩，根据计算，跨中抗浮桩长达20 m。本站基坑深度达28.45 m，从地面施工抗浮桩的空桩较长，施工难度和费用较大，同时滞后于主体顶板完工的节点工期。因此，采用车站主体逆作至基坑底，用人工挖孔桩方案施工底板下抗浮桩，这样既减少了抗浮桩空桩的浪费，又降低了人工挖孔桩的深度，有效控制了风险，节省了工程投资。

5 关键技术设计

5.1 钢管混凝土柱梁节点设计

钢管混凝土柱梁节点设计的目的就是要解决节点处框架梁弯矩和剪力的传递问题［3］，一般通过剪力传递构建(明暗牛腿、抗剪栓钉、抗剪贴焊钢筋等)和弯矩传递构建(内外环板、环梁、连续钢筋或抗弯牛腿等)来实现节点区弯矩和剪力的有效传递。若条件允许，尽量选择构造简单、传力明确、施工方便的节点方案。

本站受建筑功能及楼扶梯开洞制约，钢管混凝土柱距洞口边缘仅200 mm，无法设置双梁、混凝土环梁及劲性环梁节点。节点区增设上下加强环板和抗剪栓钉，以实现剪力传递;中纵梁纵筋部分贯通，无法贯通的钢筋应与上下加强环焊接，实现弯矩传递;同时在节点区设置纵横箍筋，约束节点区混凝土，以形成类似钢筋混凝土环梁节点的构造。通过加强结构的措施和精细有限元分析，保证了中纵梁节点安全可靠。

底纵梁位于站台板下。底纵梁柱节点处具备足够的空间设置钢筋混凝土环梁节点。环梁节点为在节点区柱边设置钢筋混凝土环梁来传递弯矩;通过在环梁中部设置抗剪栓钉和抗剪牛腿来传递剪力。钢筋混凝土环梁节点传力明确、受力较好，基本满足“强柱弱梁、强剪弱弯、更强节点”的抗震设计理念，施工也较为便利，是较为理想成熟的钢管混凝土节点。

车站钢管混凝土柱施工实景图见图5。钢管混凝土柱顶、中、底纵梁节点施工实景图分别见图6、图 7、图 8所示。

图5 车站钢管混凝土柱施工实景图

图6 钢管混凝土柱顶纵梁节点施工实景图

图7 钢管混凝土柱中纵梁节点施工实景图

图8 钢管混凝土柱底纵梁节点施工实景图

5.2 防水设计

本站主体结构采用补偿收缩混凝土，每隔60 m设置一道膨胀加强带。结合科学管理、精心施工、优化配比试验、加强振捣和养护，较好地解决了超长地下混凝土结构自收缩应力裂缝问题。膨胀加强带是一种旨在提高混凝土结构抗裂性能的技术措施。施工中采用膨胀加强带的目的是代替后浇带，进一步简化了施工工艺。实践证明，此方法是提高大体积混凝土结构抗裂性的较好措施，同时避免了设置变形缝(包括诱导缝)或后浇带，减少了渗漏水及施工不便等问题。

鉴于传统“雨衣式”防水方案容易窜水漏水的弊端，本站结构采用柔性全包“皮肤式”防水设计理念，顶板采用聚氨酯防水涂料，侧墙和底板采用反应性自粘型预铺防水卷材和预铺反粘法施工，卷材与后浇防水混凝土发生物理化学反应，真正实现了防水卷材与主体混凝土结构的“满粘”，其防水理念先进、防窜水效果好、防水性能优越。

主体工程逆作法施工的侧墙施工质量和细部构造防水设计是关键技术问题［4］。通过广泛调研，结合既有工程经验和本工程特点，采取如下保证侧墙混凝土浇筑质量和防水性能的措施:①侧墙受力和分布钢筋采用“细而密”的配筋方式，将侧墙钢筋模数调整为100 mm;②调整侧墙施工顺序，即车站主体结构从上往下逆作施工，侧墙位置预留浇注孔洞;底板完工后从下往上逐层顺作施工侧墙，通过预留的浇注孔洞，加强振捣和养护;③加强逆作施工缝防水处理措施，设置2 道遇水膨胀止水胶并预留注浆管。通过上述措施，侧墙有害裂缝得到有效控制，施工质量和防水效果得到有效保证。

6 施工经验总结

6.1 钢管混凝土柱施工方案

本站地质条件较好、岩层较浅、地下水较少，钢管混凝土柱桩基础采用人工挖孔桩。本站基坑较深，人工挖孔桩深度达32 m，为控制施工风险设置可靠的钢筋混凝土护壁见图9，以确保人工挖孔施工的安全。人工挖孔至桩底，浇注立柱桩基础，然后人工安装钢管混凝土柱柱脚定位器，见图10。最后，采用大型吊机吊装钢管柱，定位调垂后，浇注管内混凝土，见图11。实践证明，在工程地质允许的条件下，该方法是钢管混凝土柱定位施工非常经济有效的方法，且安装精度高，垂直度可达1/500。

6.2 结构逆作施工工序

本站顶板与围护冠梁结合成整体，逆作施工中地下一、二、三层中板外跨悬挑。为解决中板外跨悬挑的受力问题，在侧墙中心线处增设临时格构钢立柱和桩基础，协同钢管混凝土柱，支撑车站主体各层楼板结构从上往下逆作施工;底板完工后，从下往上顺作施工各层侧墙，混凝土浇注过程直接将临时钢立柱包进侧墙。侧墙的顺作施工便于混凝土的浇筑和养护，其防水性能更容易得到保证。

图9 人工挖孔桩施工实景照

图10 钢管混凝土柱的柱脚定位器施工实景照

图11 钢管混凝土柱钢管吊装实景照

6.3 梁柱节点区钢筋过密过多的处理措施

本站钢管混凝土柱与中纵梁节点，受控于楼扶梯开洞制约，故构造设计相对较复杂。方形环板定位偏差较大，焊接工作量大;节点区钢筋过多过密，纵横交错。通过现场绑扎试验和构造优化设计，强化焊接工艺和检测，加强施工浇注和振捣管理措施，保证了中纵梁节点的安全可靠。通过本工程现场经验总结，建议尽量选择构造简单、传力明确、施工方便的双梁、钢筋混凝土环梁或劲性环梁节点方案。

7 结语

1)本工程采用地面人工挖孔桩施工桩基础，人工安装钢管柱柱脚定位器，然后吊装钢管柱，保证了钢管混凝土柱的施工精度和承载能力。实践证明，在工程地质允许的条件下，该方法在钢管柱定位施工中非常经济有效。

2)地铁南京站站创造性地设置边跨临时立柱和桩基础，各层楼板从上往下逆作施工，侧墙从下往上顺作施工，实现了地下4 层逆作结构全包防水设计，降低了常规逆作工程采用“叠合墙”结构的渗水漏水风险。

3)本工程结构通过采用补偿收缩混凝土和膨胀加强带，结合科学管理和精心施工，较好地解决了地下超长混凝土结构自收缩裂缝问题。

4)本站采用柔性全包“皮肤式”防水设计理念，真正实现了防水卷材与主体结构满粘，防窜水效果良好。实践证明，卷材与结构发生物理化学反应满粘的“皮肤式”防水设计理念代表着先进的柔性防水设计发展方向。

［1］欧阳冬，沈婷，陈远洲，等.广深港高铁深圳福田站逆作法施工与设计［J］.建筑结构，2012(3):132.

［2］王卫东，王建华.深基坑支护结构与主体结构相结合的设计、分析与实例［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［3］王文达，王旭生，于清.地下工程钢管混凝土柱—RC 梁节点选型及力学性能研究［J］.铁道建筑，2009(9):66.

［4］徐致均，赵锡宏.逆作法设计与施工［M］.北京:机械工业出版社，2002.