地铁车站下方预留隧道下穿条件设计

毛武峰

(广州地铁设计研究院有限公司 广州 510010)

地铁车站下方预留隧道下穿条件设计

毛武峰

(广州地铁设计研究院有限公司 广州 510010)

本文介绍了一种地铁车站下方预留隧道下穿条件设计方法——桩承法，在下穿隧道通道两侧设置工程桩，加强通道上方车站主体，使其能承受后续通道施工时局部基底承载力减弱影响，该方法极大的减小后期隧道施工对车站的干扰，设计思路简单，各工况下结构传力明确，同时对后续隧道工法、埋深限制小，是一种安全可靠、经济适用的方法。

地铁车站；下穿隧道；预留条件；桩承法

1 引言

随着基础建设的发展，我国城市轨道交通发展日趋完善，地铁线网密度日趋提高，城市地下空间平面通道日益紧张，城市线网需向立体化发展。

对于先期建设的地铁区间、车站预留后续线路敷设条件是地铁规划、设计必不可少的内容。本文将介绍明挖地铁车站下方预留隧道下穿条件的一种设计方案。

2 方案介绍

2.1 地铁车站下方预留隧道下穿条件的本质是解决地铁线路立体交叉问题，具体设计目的为：

1）减小前序地铁车站对后续线路的限制，如站位、隧道埋深等，方便线路间站点换乘、减少后续站点线路埋深从而节省工程造价。

2）减小后续线路施工对前序车站影响，保证前序线路运营安全。

3）适应后续线路微调，前序车站实施时，后续线路往往外界条件未最终稳定，预留条件应能适应后续线路在一定范围内调整。

预留设计方案设计原则为：以前序车站很小的经济代价尽量减少对后续线路敷设的限制。

2.2 地铁车站下方预留隧道下穿条件具体设计方案如下：

1）后续隧道下穿段范围车站围护结构在底板以下采用玻璃纤维筋，避免限制后续隧道盾构施工。

2）前序车站采用桩承法进行下穿隧道条件预留，在下穿隧道通道两侧设置工程桩，加强通道上方车站底板、底板梁，使其能承受后续通道施工时局部基底承载力减弱影响。

3 案例分析

3.1 工程概况

福州火车站站为1号线第四个车站，为1、3号线的换乘车站，位于东浦路与站前路交叉路口东北侧，站位北侧为福州火车站铁路线和福州客运段，南侧为站前广场和站前路，东侧为25层高的福铁大厦和福州火车站主楼，西侧为东浦路和福州公交站场。车站位于规划27米宽的东浦路东侧和站前广场地下空间以下。地铁1号线福州火车站站为L型通道换乘车站（当前仅实施1号线部分，预留通道接口和3号线隧道下穿条件），采用14m岛式站台，双排柱。北段地下车站为两层，顶板上方覆土约4.6m，南段车站位于火车站地下空间下方，地下空间按破除还建处理，地铁车站部分2层，上加地下空间1层，此范围地下车站顶板即为地下空间底板，覆土约1.05m。

拟建场地地层岩性为：场地地层自上而下依次为（1）层杂填土、（3-1）淤泥层、（4）层粉（砂）质粘土层、（13b）层残积土层、（14）层全风化岩、（15）层散体状强风化岩、（16）层碎裂状强风化岩、（17）层中等风化岩，本站基底处于（13b）层残积土层和（14）全风化岩层。

图1 站位总平

3.2 下穿节点设计及分析

地铁1号线福州火车站站与3号线采用通道换乘，节点区预留3号线隧道下穿条件，具体方案如下：

a）节点区在3号线隧道两侧设置Φ1500支承桩兼抗拔桩，间距约5.5m，桩边缘与3号线隧道中心距离保持在4.5m以上；b）3号线隧道中心线两侧4.5m范围为隧道通行区域，侵入该范围的连续墙在隧道中心上下4.5m范围内采用玻璃纤维筋，便于3号线盾构穿越。

为了确定节点区结构整体受力情况及桩基受力情况，采用SAP2000建立简化的整体模型。隧道通行区域底板按悬空考虑，不设地弹簧，竖向荷载由纵梁水平转换。桩基采用弹簧模拟，受压和受拉弹簧刚度取不同值。受压弹簧刚度假设桩底零位移，根据桩长、直径和混凝土弹性模量推算。受拉弹簧根据桩长、纵筋配筋量和钢筋弹性模量推算。分析中考虑两种工况：①枯水工况，水位下降在底板以下（3号线施工降水等影响），上部荷载取使用阶段荷载，1号线地铁行车荷载近似取20kN/m2，该工况模拟3号线隧道在1号线使用阶段下穿，分析3号线下穿引起的车站下沉效应；②满水工况，水位取洪水位，上部荷载取使用阶段荷载，底板受水头压力，在3号线通行范围内的底板还受隧道未平衡的水浮力，该工况模拟3号线完成后在洪水作用下的车站上浮效应。

车站整体模型如下图所示：

图2 节点区整体模型

枯水工况下节点反力如图：

图3 枯水工况-侧墙节点反力图

图4 枯水工况-框架节点反力图

满水工况下节点反力如图：

图5 满水工况-侧墙节点反力图

图6 满水工况-框架节点反力图

根据以上分析，节点区框架梁下桩所承受的竖向下压力为6756kN，竖向上拔力为2092kN；节点区墙下桩所承受的竖向下压力为9701kN，竖向上拔力为879kN；每延米连续墙在满水位作用下受到的上浮力为1250/8=156kN/m。

枯水工况下结构内力如图：

图7 枯水工况-底板弯矩图

图8 枯水工况-框架弯矩图

满水工况下结构内力如图：

图9 满水工况-底板弯矩图

图10 满水工况-框架弯矩图

根据以上分析，枯水工况下隧道下穿节点区底板有向下变形，弯矩与普通段差异明显，最大弯矩达到每延米 1150kN m；底板纵向框架梁内力明显加大，起到转换梁的作用，通道上方跨中最大正弯矩6950 kN m，最大负弯矩5770 kN m。

满水工况下底板跨中有上浮变形，隧道下穿范围有所加大，但较普通段增加幅度不大。底板跨中最大弯矩为每延米450kN m，内力绝对值不大；底板纵向框架梁下穿通道上方跨中最大正弯矩 2700 kN m，下穿通道两侧支座最大负弯矩4000 kN m。

通过以上结构分析可对车站隧道下穿区段工程桩、主体板、梁等进行相应设计，以满足后续隧道下穿要求。

4 结论与建议

本文介绍了一种地铁车站下方预留隧道下穿条件设计方法，即采用桩承法进行下穿隧道条件预留，在下穿隧道通道两侧设置工程桩，加强通道上方车站主体，使其能承受后续通道施工时局部基底承载力减弱影响。结合设计实例，该方法通过桩基支承，前序车站桩、梁及板柱形成转换体系，能抵御后续隧道施工引起的地层沉降、车站地基失效影响，极大的减小了后期隧道施工对车站的干扰。设计思路简单，各工况下传力明确。同时，在该方法的预留条件下，后续隧道施工工法可选择盾构、矿山法等，且不需考虑隧道与既有车站底板净距要求，极大的方便了后续隧道施工、减小了相邻车站埋深。因此是一种安全可靠、经济适用的方法。

[1]广州地铁设计研究院有限公司. 福州市轨道交通1号线工程(一期)福州火车站站施工图设计. 福州, 2011；

[2]上海岩土工程勘察设计研究院有限公司、福建省建筑设计研究院. 福州市轨道交通1号线工程（一标段）--福州火车站站岩土工程详勘报告. 福州, 2010；

[3]龚晓南. 深基坑工程设计施工手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1998。

TU7

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1007-6344（2016）07-0080-02

毛武峰（1983-），湖南平江人，2008年毕业于哈尔滨工业大学，硕士研究生，工程师，现从事地铁结构工程设计。