地铁车站结构设计分析

郑 君 广州科技职业技术大学专任教师，工程师

杨 斌 中铁第六勘察设计院集团有限公司工程师

张 琳 广州科技职业技术大学专任教师

广州市地铁14号线2期地铁线主要经过广州市越秀区、白云区，加强了从化区与中心区的联系，方便沿线居民出行，是缓解沿线道路交通压力的重要交通线路。广州市地铁14号线2期工程的建设，能够有效缓解白云区西北部地面的交通压力，实现城市综合交通规划，使地铁14号线成为连接从化区与广州市中心城区的纽带。地铁14号线2期工程功能定位：加强地铁覆盖范围，以解决沿线居民和通勤客流出行，缓解沿线道路交通压力为主。

1 工程概况

1.1 火车站概况

广州火车站位于广州市环市西路、站前路以及人民路的交叉路口北侧，是既有广州地铁2号线、5号线及在建11号线的地铁换乘站。广州火车站广场北侧为火车站站房、售票厅；广场西侧是广州邮政局；东侧为民航售票中心。地铁站位于广州火车站站前广场，东西向布置，车站本次新增8个直出地面出入口，5处衔接口(11/14号线)、9组风亭组（11/14号线合用，含改造）及9个安全出口（11/14号线合用，含改造）。

2 设计步骤

2.1 车站工法比选

火车站周边为已经建成地铁2号线、5号线。地铁14号线车站基坑标准段基坑宽度为34.2 m，开挖深度为31.31 m，地铁11号线车站基坑标准段基坑宽度为40.9 m，开挖深度为42.86 m，地铁站施工会对火车站周边环境产生不利影响[1]。本站基坑保护等级为一级，变形控制标准：地面最大沉降量≤0.15% H；支护结构最大水平位移≤0.25% H，且≤30 mm。城市地下车站的施工方法主要可以概括为：明挖法、盖挖法、暗挖法三种，这3种施工方法各有其适用条件和优缺点。由于站位位于广州火车站广场中心位置，人流量大，且铁路部门要求春运期间能够在施工场地还原现场交通，因此，火车站主体拟采用盖挖逆作法施工，而换乘大厅是下沉式广场，盖挖法施工预算较高，故采用明挖法施工，站房下方结构为明挖法施工。经过综合比选，本站推荐采用明暗挖结合工法施工。（见表1）

2.2 明挖基坑围护结构方案比选

广州火车站主体基坑深度标准段约为35.11～43.06 m，基坑深度范围内从上向下依次为：杂填土层、粉质粘土层、全中微风化泥质粉砂岩。经比选，基坑施工对邻近建筑与地下管线的影响较小，工艺成熟，采用工程造价较低的旋挖桩。围护结构采用厚度为1000～1200 mm旋挖桩[2]。附属结构及换乘大厅基坑深8.45～15.3 m，拟采用800 mm旋挖桩＋锚索＋内支撑方案。

基坑施工对邻近建筑与地下管线的影响较小，可与永久结构结合为单层结构，亦可与内衬墙组成叠合结构或复合结构，共同受力。本地区若采用地下连续墙则要求可为单层结构，亦可与内衬墙组成叠合结构或复合结构共同受力，基坑深度较大，施工对环境的影响较小，需要使用大型挖槽机，在土层中施工速度较快，施工工艺与难度工艺成熟，施工难度较小，围护结构工程造价较高。若采用旋挖桩则要求围护结构刚度较大、变形较小，设备需要采用大型钻机，基坑施工对邻近建筑与地下管线的影响较小，桩与内部结构共同承受水土压力，工艺成熟，施工难度小。若采用灌注桩则基坑深度较大，施工对环境的影响小，机具设备要求使用大型旋挖钻机，在土层中施工速度快，施工工艺与难度工艺稍欠成熟，施工难度大。经过比选，火车站围护结构推荐采用围护结构采用厚度为1000～1200 mm旋挖桩。

2.3 明挖主体结构方案比选

本站顶部覆土约1.5 m，车站主体、附属结构均采用钢筋混凝土矩形框架结构。根据建筑布置及其他相关系统专业的要求，主体结构内净空为：主体结构负1层（除外挂段）结构净空为5.6 m；主体结构标准段负2层结构净空为5.6 m，负3层净空为7.6 m，负4层净空为7.65 m,负5层净空为9.91 m。主体结构基坑轮廓尺寸：基坑长度约270 m，基坑标准段宽度约34.2 m，基坑深约31.31～40.9 m，施工方法为盖挖逆作法。围护结构选型1000 mm、1200 mm旋挖桩，无支撑体系，结构抗浮措施，设置抗拔桩，围护与内衬为复合联接关系。内部结构形式为单柱双跨矩形框架结构，主要构件截面尺寸：顶板800 mm，中板600 mm，底板1400 mm，侧墙1200 mm，柱直径1500 mm，防水方案为全包防水。换乘大厅基坑轮廓尺寸基坑宽度约70 m，基坑深约15.3 m，施工方法为明挖顺作法。围护结构选型及嵌固深度旋挖桩，嵌固深度6 m，支撑体系竖向设5道锚索，结构抗浮措施，设置抗拔桩，围护与内衬联接关系为复合墙。内部结构形式为箱型框架结构，主要构件截面尺寸顶板：800 mm，底板1200 mm，侧墙700 mm，防水方案为全包防水[3]。

表1 施工方法对比表

2.4 暗挖主体结构方案比选

暗挖段隧道内净空尺寸应根据限界的要求确定，隧道结构采用复合式衬砌结构。计算时按照施工阶段初支施工，承受全部围岩压力，使用阶段二衬承担全部水压及土压。暗挖主体结构推荐采用单洞单线站台、暗挖隧道，拱顶覆土约32.5 m，轨面埋深40 m，根据工程类比法，确定隧道支护参数[4]。

3 风险工程识别

3.1 工程环境风险分析

车站西侧，基坑紧贴地铁2号线、5号线，施工风险大，风险等级一级，应加强监测，根据情况确定是否进行加固处理；车站南侧为市政工程，结构占用部分过街通道，距离立交桥墩最近18.5 m，立交桥桩基长约16 m。初步判定为摩擦端承桩，风险等级一级，应加强监测，根据施工监测视情况确定是否进行加固处理。广州火车站北侧，地铁14号线盖挖基坑距离火车站站房约8 m，地铁11号线暗挖隧道在火车站底板正下方，下穿火车站轨道，风险等级一级，火车站站房采用袖阀管注浆加固[5]。

3.2 工程自身风险分析

火车站周边为已经建成的地铁2号线和5号线、环市路高架桥、火车站站房，车站长度为270 m，标准段基坑宽度为34.2 m。车站标准段基坑开挖深度31.31 m，地铁站施工将可能对火车站周边环境将产生不利影响。

3.3 风险工程影响分析

根据风险源结构类型、保护级别、风险源与新建轨道交通的位置关系、风险源所处环境影响区的地质特点、施工工法等因素，结合广州地铁已开通线路的工程经验，对本风险源在地铁站施工期间可能产生的影响进行分析。

利用理正基坑计算软件，对基坑开挖引起的地面沉降进行计算。在基坑施工时，对基坑围护结构、支撑及地面进行监测，同时监测周边重要的管线及建筑物的沉降变形，当监控管线及建筑物的沉降变形超标时，及时采取跟踪注浆等措施。

4 结语

本文以广州市地铁14号线2期的地铁站为例，对地铁站设计阶段应考虑的结构方案进行探讨，并做好结构方案的比选工作，完善设计内容，顺利完成地铁站的建设工作。