带联络线及大三角区的换乘车站围护结构设计要点研究

徐乃芳,朱益龙,汪建良,彭孔曙

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122；2. 宁波市轨道交通集团有限公司建设分公司,浙江 宁波 315100)

带联络线及大三角区的换乘车站围护结构设计要点研究

徐乃芳1,朱益龙2,汪建良1,彭孔曙1

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122；2. 宁波市轨道交通集团有限公司建设分公司,浙江 宁波 315100)

随着城市地铁线网越来越密集,换乘站的型式也越来越多。今针对浙江省东部软土地区带联络线及大三角区的换乘站围护结构设计方面的问题,以宁波地铁5号线某换乘车站为例,从换乘节点围护结构设计、联络线与三角区坑中坑围护结构设计、承压水处理、对周边环境影响数值分析等方面,对该类型的换乘车站围护结构设计要点进行分析研究。此研究对国内类似环境下地铁车站具有借鉴意义。

换乘车站;联络线及大三角区;围护结构设计;承压水;数值分析

随着各大城市地铁建设的加速发展,换乘车站成为城市轨道交通网中的重要节点,带联络线的换乘车站之间形成大三角区的换乘型式也越来越多。在东部软土地区,该类型换乘车站的围护结构设计过程中,存在几个设计要点需要重点考虑[1],包括换乘节点处、联络线与三角区坑中坑处的围护结构设计,以及承压水处理和对周边建筑物的影响。本文以宁波地铁5号线某换乘车站为例,对这几个设计要点进行分析和研究,并总结出相应的设计和施工经验。

1 工程概况

1.1 地质概况

车站基坑开挖影响范围内自上而下地层分别为①1a层杂填土、①2层黏土、①3c层淤泥质粉质黏土、②2b层淤泥质黏土、②2c层淤泥质粉质黏土、③1b层粉砂、③2层粉质黏土、④2a层黏土、⑤1a层黏土、⑤2层粉质黏土、⑤3a层黏质粉土、⑤3c层中砂、⑥2层粉质黏土、⑥3a层粉质黏土、⑥3b层黏质粉土、⑧1层粉砂、⑧2层粉质黏土、⑧3a层粉砂,地下3层车站基底位于④2a层黏土层,地下2层(含大三角区)车站基底位于③1b层粉砂层中。孔隙承压水主要赋存于③1b层粉砂、⑤3c层中砂、⑧1及⑧3层砂土层中。

1.2 车站工程概况

宁波地铁5号线某换乘车站为5号线和6号线L型换乘站,5号线车站为地下3层岛式站台车站,主体标准段挖深约24.94 m,端头井挖深约27.04 m。6号线车站为地下2层岛式站台车站,主体标准段挖深约18.32 m,端头井挖深约20.43 m。车站在西南象限设置5、6号线联络线及三角区,三角区挖深16.762～16.902 m,联络线挖深19.481～24.354 m。见图1。

图1 宁波地铁5号线某换乘车站

2 换乘节点围护结构设计

换乘节点位于十字路口处,周边重要管线较多、距离较近,基坑挖深达26.6 m,从整体工筹安排考虑,将6号线东端头井与换乘节点作为一个整体基坑开挖,6号线端头井基坑挖深19.5 m。

换乘节点处基坑变形保护等级为一级,结合节点处结构型式、场地地质及周边环境保护要求,经计算分析,本站围护结构推荐采用1 200 mm厚地下连续墙[2],墙底位于⑥2层粉质黏土及⑧2层粉质黏土。换乘节点基坑竖向设置7道支撑,其中第一、三、五道支撑采用钢筋混凝土支撑,第二、四道支撑为φ609钢管支撑,第六、七道支撑为φ800钢管支撑。6号线东端头井竖向采用五道支撑,其中第一、三道支撑采用钢筋混凝土支撑,第二、四道支撑为φ609钢管支撑,第五道支撑为φ800钢管支撑。坑底采用φ850@600三轴搅拌桩裙边+抽条加固[3]。换乘节点基坑围护结构设计平、剖面见图2、图3。

图2 换乘节点围护结构平面图

3 联络线与大三角区坑中坑围护结构设计

联络线及大三角区位于公园绿地内,大三角区为地下2层结构,基坑挖深16.76～16.9 m,联络线为地下3层过渡到地下2层,基坑挖深19.48～24.35m。三角区及联络线东侧利用原5号线1 000 mm厚地连墙,北侧围护结构采用800 mm厚地连墙；联络线外侧采用1 000 mm厚地连墙,联络线内侧围护结构采用φ800@1000钻孔灌注桩+φ850@600三轴搅拌桩截水帷幕。三角区底板主要落于①1b粉砂层,联络线底板主要位于③2粉质黏土层,局部位于③1b粉砂层。大三角区竖向采用四道钢筋混凝土支撑,联络线坑中坑采用两道或一道φ609钢管支撑。坑底采用φ850@600三轴搅拌桩抽条加固。

4 承压水处理

对本工程具有影响的承压含水层为浅部第③1b粉砂承压水层、第I1层孔隙承压水层⑤3c层中砂、第I2层孔隙承压水层⑧1层粉砂、⑧3粉砂承压含水层。按最不利状态考虑,在车站基坑开挖时,5、6号线主体基坑抗承压水计算结果如下：

5号线地连墙虽然已经隔断③1b粉砂层,③1b粉砂层位于坑底以上,抗承压水安全系数满足要求。5号线车站⑤3c层中砂承压水层分布在基坑中部,被地连墙隔断,抗承压水安全系数满足要求。

对于抗承压水安全系数不满足要求处,在基坑外侧布置适当数量的降压井兼观测井,处理措施见表1。

图3 换乘节点围护结构剖面图

图4 联络线与三角区坑中坑围护结构剖面图

表1 承压水稳定性处理措施

5 换乘站基坑开挖对周边建筑物影响数值 分析

换乘节点东侧高层建筑距离车站基坑约30 m,采用JK-3E 1.0对基坑开挖造成环境影响进行分析,分析中土体采用三角形单元；围护结构、邻近基础、工程桩采用梁单元；内支撑采用弹簧。考虑围护结构、邻近基础、工程桩与土体共同作用,围护结构与土之间设接触面单元[4]。计算结果水平变形计算见图5,竖向变形计算见图6。

图5 水平变形云图

图6 竖向变形云图

从数值分析计算结果可知,基坑围护结构水平位移最大为21.1 mm,地表沉降最大为28.6 mm,均小于允许值30 mm。临近建筑物基础沉降3.1 mm,小于允许值10 mm；临近基础倾斜0.1‰,小于允许值2‰。采用合理的围护结构设计方案,能有效控制围护结构水平位移及地表沉降,对周边建筑物的影响也在安全允许范围内。

6 结 语

通过对宁波地铁5号线某带联络线及三角区的换乘车站围护结构设计方面的几个要点进行分析研究,得出以下结论：

1)在浙江省东部软土地区,针对带联络线的复杂换乘站,换乘节点及联络线坑中坑处等风险较大节点的基坑围护结构设计方案需要重点考虑, 结合地质特点、周边环境以及计算分析,选用合适的围护结构型式及支撑体系,保证基坑自身的安全。

2)对于基坑开挖范围内存在承压水层的基坑,首先要验算各层承压水土层的安全系数是否满足要求；对于被地连墙隔断的承压水层,利用疏干井及备用观测井能满足要求；对于地连墙下方未隔断的承压水层,不满足抗承压水要求的需要设置降压井,并加强观测。

3)换乘站周边存在建构筑物,需要分析基坑开挖对周边建构筑物的变形和沉降影响,而采用合理的围护结构设计方案,就能有效控制围护结构水平位移及地表沉降,控制周边建筑物的变形和沉降在安全允许范围内。

[1] 孙巍,陈绪禄,姚燕明. 确保地铁换乘车站安全的设计措施[J]. 地下工程与隧道,2004(4)：2- 8．

[2] 李胜强. 地铁车站换乘节点处深浅基坑支护方案研究[J]. 建材与装饰,2016(1)：13- 14．

[3] 李芳芳,王维. 地铁车站换乘节点结构设计[J]. 天津建设科技,2015(7)：61- 63．

[4] 黄胜平,韩明华. 地铁换乘车站深基坑支护体系测试研究[J]. 铁道工程学报,2012(5)：58-62．

Study on the Key Points of Enclosure Design for the Transfer Station with Link Line and Great Triangle Area

XUNaifang,ZHUYilong,WANGJianliang,PENGKongshu

2016- 05- 23

徐乃芳(1984—),男，江西上饶人，工程师，从事建筑结构设计工作。

U231+.4

B

1008- 3707(2017)04- 0020- 05