具有特色建筑空间的徐家棚车站设计技术探讨

蔡建鹏， 余 晶

(中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北 武汉 430063)

0 引言

随着城市建设规模的不断扩展，为最大程度地吸引客流及方便乘客出行，城市轨道交通线网规划随着城市总体规划调整不断发展加密。轨道交通车站的使用功能及建设条件越来越复杂，建设难度也越来越大，城市中大量的复杂换乘车站应运而生,如已经开通运营的武汉洪山广场站和王家墩商务区站、上海人民广场站、无锡三阳广场站等。

地铁换乘车站一般位于城市中心，地处商业区和人口密集区，客流量大，用地空间紧张，周边环境复杂，车站受控因素多[1]。车站设计需综合考虑道路红线、周边用地规划、客流量、工程可实施性、工程投资及换乘方便快捷等因素，选择合理的站位、规模及换乘方式，同时对建筑功能及运营使用提出了更高的标准和要求，结构型式也更复杂。更好地提升换乘车站建筑功能、改善乘车舒适度及解决复杂结构型式难题，是换乘车站设计的关键。林作忠[2]对无柱大跨度地铁结构进行了分析； 吴敏慧等[3]对地铁换乘方案进行了研究； 刘学军[4]对换乘方式及换乘车站布置进行了探讨与分析； 徐军林等[5]对地下车站中庭结构进行了有限元分析和计算，分析结构受力特性，并采取了相关的结构措施； 李舸鹏[6]对地铁车站换乘型式进行了探讨； 何瑞[7]对盾构端头井结构进行了分析和关键技术研究； 江建红等[8]结合中庭地下车站和以往设计经验，对结构设计方案进行了优化； 尹涛[9]对地下结构顶板开孔进行了有限元分析； 徐涛[10]对各大型轨道交通换乘车站存在的运营风险进行了分析，并提出相应的对策； 帅六妹等[11]以北京地铁车站为例，重点分析研究了未预留换乘节点的换乘车站方案； 崔淦[12]详细探讨了轨道交通换乘枢纽站空间换乘及组织设计； 金思维[13]对如何设计地铁车站轨排井进行了探讨。

以上文献主要是针对轨道交通工程车站的换乘方式或结构方案进行单一论述，很少对兼作越江大盾构始发站的大型3线换乘车站的设计进行全方面的探讨。武汉地铁8号线徐家棚站作为大型特色车站，具有特色的建筑空间、多层次的立体空间布局和结构受力复杂等特点，工程的成功实践对类似工程具有借鉴和指导意义。

1 工程概况

武汉地铁徐家棚站位于武昌区和平大道与徐东大街、秦园路交汇处，为轨道交通5、7、8号线3线换乘车站。其中： 5号线车站沿和平大道布置，为地下2层岛式站台车站； 7号线车站沿秦园路走行，为地下4层岛式站台车站； 8号线车站沿徐家棚街斜穿和平大道,在湖北省储备局三三七处地块内沿东西向设地下3层侧式站台车站。7号线与5、8号线通过通道换乘， 5、8号线通过节点换乘。徐家棚站立体效果图如图1所示。

图1 徐家棚站立体效果图Fig. 1 3D effect of Xujiapeng Station

地铁8号线徐家棚站作为黄浦路站—徐家棚站越江大盾构区间(大盾构区间外径为12.1 m，线间距为5.3 m)的始发站。为满足盾构始发条件，车站采用侧式站台布置方式，埋深约为地下25 m，设计为地下3层站，主体结构外包总长572.296 m，总宽30.1 m(标准段)，两侧站台宽度均为10 m，车站总建筑面积为49 225.55 m2。8号线徐家棚站总图如图2所示。

图2 8号线徐家棚站总图Fig. 2 General layout of Xujiapeng Station on Line No. 8

2 设计构思

2.1 换乘方案比选

7号线与5、8号线间通过通道换乘的换乘方式基本稳定，5、8号线间存在“L”型和“T”型2种换乘方案，如图3所示。“T”型换乘方案相较于“L”型换乘方案，换乘较为便捷，但车站站位向小里程端移动20 m左右，车站规模增加，同时车站小里程端西侧区间隧道转弯半径需从700 m调整到650 m，对过江盾构影响较大。因此，“T”型换乘方案不可行，故5、8号线间采用“L”型换乘方案。

2.2 建筑方案

徐家棚站在设计过程中利用自身建设条件因地制宜打造地上、地下一体化的复合空间，整个建筑方案呈现出“高、大、上”的空间特点。8号线徐家棚站剖视图如图4所示。

(a) “L”型换乘方案

(b) “T”型换乘方案图3 5、8号线换乘方案Fig. 3 Comparison of transfer schemes between Line No. 5 and Line No. 8

(a)

(b)图4 8号线徐家棚站剖视图Fig. 4 Profile of Xujiapeng station on Line No. 8

其中： “高”主要是指站台空间高。设计中利用车站埋深大的特点，取消站台层公共区上方地下2层底板，打造一个高大、通透的站台空间效果，同时设置在站台上的过轨通道以及楼扶梯等设施使整个站台更具空间层次。

“大”主要是指站台宽度大、车站规模大。徐家棚站为3线换乘车站，同时也是过江的第1站，车站客流大，远期高峰小时设计客流约4.6万人次。为满足客流需求，侧站台净宽取4.1 m, 每侧站台设置3组楼扶梯(2扶1楼)直达站厅，站台宽达10 m。徐家棚站为侧式站，由于站后设置单渡线、联络线等原因，车站长度较长、宽度较大，整个车站长约572 m,标准段宽约30.1 m，总建筑面积达49 225.55 m2，3线换乘总建筑面积达13.6万m2。

“上”主要是指在车站上方设置有上盖物业开发。上盖物业开发地上2层，局部4层，建筑高度23.9 m，总建筑面积22 028 m2，地铁局部出入口、风井位于上盖物业开发内，同时上盖开发充分利用地下结构与车站合理衔接。

2.3 装修方案

以“都市森林”为设计主题，以整体空间艺术化的手法打造出一个不一样的地铁车站。

整个车站通过柱子造型，把树木的形态演变到设计中，柱面通过采用GRG和冲孔铝单板结合形式以树冠形状延伸至吊顶，顶面、墙面采用白色与深灰色冲孔铝条板组合排列，塑造空间整体性。车站灯具采用节能环保、时间长、光衰小的条形LED灯光照明系统，结合吊顶条形铝板与柱面铝单板组合排列，空间环境更显温润通透，展现和谐统一的感觉。带给乘客的不仅是一个功能完善，更是一个文化与艺术共生的车站乘车环境。装修效果图如图5所示。

(a)

(b)图5 装修效果图Fig. 5 Decoration effect

3 技术特点及难点

3.1 3线换乘，换乘关系复杂

徐家棚站位于武昌滨江商务区范围内，车站所在位置属于武昌核心区，周边规划以商业、办公和住宅为主。5号线是1条服务于武昌镇内的轨道交通骨架线路，7、8号线为贯穿长江两岸经济带的重要发展轴。徐家棚站作为地铁换乘站，换乘客流非常大，如何提升徐家棚站换乘方式的便捷性和品质是工程的重难点。

设计方案： 8号线与5号线在地下1层(站厅层)付费区与非付费区连通，8号线在地下3层(站台层)通过换乘楼梯与5号线地下2层(站台层)连通，既缩短了换乘距离，又扩大了换乘断面，能使客流换乘效率显著提升。换乘流线图如图6所示。

图6 换乘流线图Fig. 6 Transfer streamline

8号线与7号线通过付费区通道换乘，极大地方便了乘客的换乘，同时利用联络线上方空间作为换乘通道，提高了7、8号线间的换乘效率。

3.2 使用功能及空间要求高

8号线徐家棚站作为地下3层换乘车站和越江盾构始发站，车站体量大、埋深大、换乘客流多，提高车站的使用功能和改善乘客的乘车环境，是车站创新的出发点和亮点。

设计方案： 站厅层结合站台层空间布置特点，加大车站站厅层纵横向柱跨，提高站厅空间视野及通透性；站台层利用车站埋深较大的特点，在有效站台范围内采用大中庭空间，增大站台层竖向空间，使候车空间更开阔。通过多个开阔和通透的中庭，打造立体观感，为乘客创造一个舒适的候车环境。

站厅层纵横向柱跨约15 m,装修后净高3.7 m；站台层层高12.15 m，装修后净高约10 m； 两侧10 m站台范围内均为无柱空间。车站建筑横剖面图和空间效果图分别如图7和图8所示。

图7 车站建筑横剖面图(单位： m)Fig. 7 Cross-section of station structure (unit: m)

3.3 车站基坑规模大、深度深，水文地质条件及周边环境复杂

基坑规模大，长约575 m，宽13.9～66.7 m，开挖深度25～29 m。其中车站大里程端区间以坑中坑的型式与K9物业开发地块3层地下室基坑合建，形成110 m(长)×53 m(宽)×24.7 m(深)的超大超深基坑。

基坑承压含水层埋深浅、水位高，距离长江大堤约600 m，场地位于长江一级阶地，水文地质条件复杂。承压水主要赋存于〈3-5〉混合层及〈4〉砂层中，孔隙承压水与长江水力联系密切，呈互补关系，水量较为丰富，承压水水位很高。基坑开挖范围内为近代人工填土层(Qml)、第四系全新统河流冲积土层(〈3-4〉粉质黏土、〈3-5〉粉土夹粉质黏土粉砂互层土、〈4-1〉细砂、〈4-2-1〉细砂)，基底位于〈4-2-1〉细砂层中。基坑地质纵剖面图如图9所示。

(a) (b)图8 车站建筑空间效果图Fig. 8 Spatial effect of station structure

图9 基坑地质纵剖面图Fig. 9 Geological profile of foundation pit

基坑周边环境复杂，汉飞滨江国际大厦为32层高层建筑，距离K9物业开发地块基坑约16.6 m； 武昌区电信局徐东路分局为4层砖混房屋、1层地下室结构，距离K9物业开发地块基坑约11.3 m； 鹏凌苑小区建筑为7层砖混房屋，距离K9物业开发地块基坑约7.6 m； 鹏凌苑小区一侧1栋4层砖混房屋距离K9物业开发地块基坑约6 m。

围护结构及支撑体系方案： 由于基坑深度深、规模大，且承压含水层厚、水头高，为降低基坑涌水涌砂风险，基坑围护结构采用地下连续墙隔断承压含水层+墙缝旋喷桩止水的支护方案及混凝土内支撑体系。围护结构主要采用1 000 mm厚地下连续墙，局部小里程端围护结构采用1 200 mm厚地下连续墙，连续墙的接缝处采用3根直径为800 mm的旋喷桩止水，支撑体系采用4道混凝土对撑。基坑实施效果较好，基坑变形及渗漏水得到了很好控制。

K9物业开发地块基坑平面尺寸较大，支撑体系采用2道混凝土桁架支撑+局部角撑的方案。围护结构采用φ1 000@1 200 mm钻孔桩，桩外采用三轴搅拌桩止水或高压旋喷桩止水，坑中坑采用800 mm厚地下连续墙，支撑体系采用2道混凝土桁架支撑+1道混凝土对撑+2道钢支撑对撑。物业开发基坑三维图及平面图分别如图10和图11所示。

图10 物业开发基坑三维图Fig. 10 3D sketch of foundation pit

图11 物业开发基坑平面图Fig. 11 Plan of foundation pit

3.4 大跨度、大中庭结构设计复杂

徐家棚站作为3线换乘车站，对车站使用功能及空间效果要求很高，结构型式复杂多变，具有大跨度、大空间、大中庭等特点，为结构设计增加了极大的困难和风险。车站结构有效站台范围主体结构外轮廓宽31.5 m、长约153 m，采用单柱双跨箱型框架结构，结构板跨约15 m宽； 中二板采用中庭全开洞结构型式，站台层结构净高13.55 m，结构侧墙跨度约14.65 m。如何采取有效的计算方法和构造措施保证结构受力体系合理、安全可行，是车站结构设计的难点。结构横剖面图(使用阶段)如图12所示。

设计方案： 为改善大跨度结构顶中板、侧墙的弯矩和剪力过大问题，通过分析计算，比较密肋梁方案、大加腋变截面方案、拱形顶板3种方案，综合考虑管线、顶板覆土、建筑功能、施工及工程投资，底板跨中设置抗拔桩调整底板结构内力分布，从而改善其受力性能，并增大底板与侧墙节点位置加腋尺寸，提高节点抗弯及抗剪能力，减小底板结构尺寸；通过增大顶中板和侧墙节点处的加腋尺寸，对结构受力非常有利，并能减小结构构件的整体尺寸。站台层和站厅层完成效果图分别如图13和图14所示。

图12 结构横剖面图(使用阶段)(单位： mm)Fig. 12 Structural cross-section during service stage (unit: mm)

图13 站台层完成效果图Fig. 13 Effect of platform layer after completion

图14 站厅层完成效果图Fig. 14 Effect of station hall floor after completion

3.5 结构板开孔大且多，施工阶段结构体系临时转换设计复杂、风险大

徐家棚站作为越江大盾构始发站，整体始发后配套要求空间高。负2层板结构临时开孔并设计临时转换结构体系，且负1层板扶梯及轨排井开孔大且多，削弱了结构板的整体刚度，尤其对分期施工阶段期间结构的侧墙和板受力很不利，需采取临时措施保证施工期结构的受力安全。

设计方案： 盾构始发段负2层板临时开孔，结构板和中隔墙后浇，通过设置临时转换结构梁柱体系保证始发期间结构安全；中庭结构区域负1层板通过在扶梯孔及轨排孔周边设置大刚度加强梁和临时水平支撑，保证结构受力体系的稳定。结构横剖面图(施工阶段)如图15所示。

3.6 细部结构设计创新

为增大站台层公共区的有效使用宽度，提高乘客的使用舒适度和增大空间利用率，尽量优化结构构件的布置和设计。如徐家棚站的Y型扶梯支撑柱，如图16所示； 悬吊人行天桥，如图17所示。既保证了结构的安全，又满足了建筑功能空间高标准的要求，对武汉待建线路的地下车站结构设计具有很好的指导和借鉴意义。

图15 结构横剖面图(施工阶段)(单位： mm)Fig. 15 Structural cross-section during construction stage (unit: mm)

图16 Y型扶梯支撑柱效果图Fig. 16 Effect of Y-type column after completion

图17 悬吊人行天桥效果图Fig. 17 Effect of suspension overpass after completion

4 结论与建议

本文依托武汉轨道交通8号线徐家棚站工程特点和设计思路，对车站整体的特色建筑空间及技术难点进行探讨，得出如下结论及建议。

1)轨道交通大型换乘车站应长远考虑客流影响和乘客使用舒适度，在充分利用内部空间的情况下，可尽量引入中庭、大柱距、无柱和加大公共区层高等设计思路，以提升地下空间的通透性和便捷性。

2)多线换乘车站应统筹考虑流线和换乘便捷性，减少换乘距离。

3)通过底板设置抗拔桩、板墙节点加腋、密肋梁等结构措施，可以解决大跨度结构受力问题。

4)为了减少次要构件对空间的占用，提高空间效果，可以创新结构构件设计。

5)对于地块内的换乘车站，在有条件减小覆土厚度的情况下，应尽量提高站厅公共区的层高，与横向大跨度空间相匹配。