某火车站预留地铁节点改造工程设计

慈立坤

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430000)

某火车站预留地铁节点改造工程设计

慈立坤

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430000)

苏州地铁4号线苏州火车站，在原国铁苏州火车站改造时主体结构已施工完毕，原地铁4号线苏州火车站按4辆编组进行设计，现4号线采取6辆编组的方案，因此该站要求进行改造满足地铁4号线的整体需求。文章重点研究了为加长有效站台长度采取的结构改造措施。通过计算和现场实测表明，车站改造工程安全、可靠，可为类似工程提供借鉴。

地铁车站； 改造； 外扩

1 工程概况

1.1 车站概况

苏州地铁4号线苏州火车站，位于国铁苏州站站房下，为国铁与地铁2号线、4号线换乘枢纽站，土建主体结构与国铁苏州火车站同期施工完成。原地铁4号线苏州火车站按4辆编组进行设计，车站内净长123m，有效站台长度74.04m，其中地下一层为国铁苏州火车站南北广场的连通道和2号线火车站站厅层，地下二层为2号线站台层和4号线站厅层，地下三层为4号线站台层，剖面关系见图1。现地铁4号线采取6辆编组的方案，因此该站要求进行改造满足地铁4号线的整体需求[1]。

图1 苏州火车站剖面关系

1.2 地质概况

据勘察结果，100m以内土层为第四系全新世至上更新世沉积的疏松沉积物，以黏性土为主，间夹砂性土。土层分布从上到下依次为：①1淤泥层、①2填土层、③1黏土层、③2粉质黏土层、④2粉质黏土层、④3粉土夹粉质黏土层、④5粉质黏土层、⑤1黏土层、⑤2粉质黏土层、⑥2粉土夹粉质黏土层、⑥3a粉质黏土层，均为不液化土层。抗震设防烈度为6度，地震加速度为0.05 g，特征周期为0.45s。属抗震不利地段，Ⅲ类场地。

2 改造方案与要求

2.1 改造方案

改造方案设计见图2～图5。

图2 设备区改造平面布置

图3 设备区改造剖面

图4 南端头外扩平面布置

图5 南端头外扩剖面

车站改造目的为增加有效站台长度，满足编组增加对站台长度的要求。改造工程主要包括两部分内容：(1)将部分设备区改造后并入公共区：D4-11至D4-14轴区域(原属设备区)原结构梁柱拆除，其内侧新做钢筋混凝土结构墙进行托换，增加侧站台宽度，使其满足公共区侧站台宽度要求。(2)车站南端头外扩：南端头井位于国铁站房下方，无地面加固施工条件，考虑采用冻结法加固后外扩施工。

2.2 改造要求

地铁车站结构自身安全性及耐久性要求：地下车站结构使用寿命为100a，对变形控制非常严格。为确保改造工程安全，车站结构沉降量及水平位移量均要求小于5mm，地铁结构既有构件尺寸及配筋须满足承载力极限状态和正常使用极限状态下的设计要求。

周边建、构筑物保护要求：改造地下车站上方为国铁站房，必须严格控制改造施工，特别是冻结加固过程中对地面隆沉的影响。

3 车站改造计算分析

3.1 设备区改造计算结果及分析

通过对改造前后地铁车站结构受力进行模拟计算表明，结构梁、板、柱内力变化较小。通过对原有构件截面尺寸及配筋进行验算[2]，原有构件能够满足使用工况设计要求，不需要进行额外加固处理。改造后分析结果见表1。

表1 设备区改造计算结果

3.2 南端头外扩计算结果及分析

通过对南端头外扩冻结施工过程中冻结加固工况进行有限元模拟计算，冻结施工引起的地表隆起、沉降值较小，在设计容许范围以内。计算结果见图6。

图6 南端头外扩冻结施工地表隆沉云图

4 车站改造施工

4.1 车站改造施工措施

设备区改造需要新做承重墙，并对原梁柱进行破除。为尽量减少车站改造对原结构的影响，结构构件破除采用无振动切割工艺，同时在改造过程中架设临时支撑系统。施工前在旧结构梁上布设直径609mm钢管并施加预应力，布置位置同底板抗拔桩桩位，以免使底板受力不均匀，千斤顶压力应根据实测的梁变形调整。此措施旨在保证施工时既有梁柱不会发生破坏或过大变形，同时可使结构产生反向挠度，以使新做结构墙在充分受力前不会产生过大变形。施工前应在改造区域布设脚手架(φ48，t=3mm普通钢管)，横断面满堂布设，纵向可按榀框架布设，间距按施工需要调整。搭设时脚手架上下两端尽量顶实，此措施旨在加强框架结构的整体性。

南端头外扩需在盾构施工前从车站端墙向外打设水平冻结管，盾构施工后从靠近车站的尾环向外打设径向冻结管进行冻结施工。冻结加固区边缘打设泄压管，减小冻结施工过程中孔隙水压力提高引起的地面隆起。待冻结体达到设计强度后按矿山法分步施工外扩段结构。冻结施工工序如图7。

4.2 车站改造实施情况

目前车站设备区改造已基本完成，改造区各监测点变形位移均小于2mm，均在设计容许范围内。现场部分监测数据见图8。

5 结束语

针对预留地铁车站节点由于车辆编组增加引起的有限站台长度不足的问题，本文研究了通过设备区改造及车站外

(a)设水平冻结管和泄压管 (b)设径向冻结管

(c)矿山法施工外扩段 (d)外扩段施工完毕 图7 冻结施工主要工序

图8 设备区改造监测数据

扩增加有效站台长度的方案，通过计算模拟了车站改造施工过程中既有结构构件受力改变情况，以及改造施工引起的结构构件变形和周边地面隆沉情况。计算结果及施工监测数据表明，改造后结构构件尺寸及配筋满足设计要求，改造引起的变形及地面隆沉均在设计容许范围内。

改造过程中通过布设临时支撑、分步施工等措施，保证了车站结构的受力及环境保护要求。

现场施工情况表明，站内局部改造和冻结外扩相结合的改造方案是相当成功的，可以为类似工程提供参考。

[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.苏州市轨道交通4号线及支线工程苏州火车站施工图设计文件[R].2013

[2] 高兴.地铁既有车站改建中的几个问题[J].铁道工程学报，2006,(5)[3] 姜忻良.天津地铁既有线路车站改造研究[J].岩土力学，2002,23(4)

[4] 乔京生，地铁隧道水平冻结施工地表变形特性的模拟研究[J]. 岩土力学与工程学报，2004，23(15)

慈立坤(1984～)，男，工程硕士，工程师，主要从事岩土、地下结构工程设计。

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[定稿日期]2015-01-29