地铁下沉广场结构方案综合设计

董赛帅

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037）

1 引言

多数城市在地铁建设过程中，会根据周边环境、客流需求、商业情况等结合地铁方案设计设置下沉广场，如无锡地铁1号线太湖广场站下沉广场、南京地铁1 号线鼓楼站下沉广场、北京地铁8号线奥林匹克公园站下沉广场、上海地铁2号线静安寺站下沉广场等。下沉广场在为地铁乘客提供舒适、安全的乘车体验时，也结合周边商业创造出了不同高差的立体化空间广场，提升了周边商业等级和城市形象。

本文以南通地铁1号线海霞路站为例，结合周边商业、自身方案设计、客流需求等综合考虑[1]，增设合围空间并设计为下沉式露天广场。同时，通过有限元三维计算分析，对结构设计进行优化设置，从而使方案合理可行且经济，以期为其他相似工程提供参考。

2 工程概况

2.1 项目概况

南通地铁1号线海霞路站为地下两层岛式车站，车站全长220 m，位于崇川路与海霞路交叉口，沿崇川路设置。车站北侧主要有南通大学产研院大楼、南通大学综合配套服务区、妇幼保健医院，南侧为南通大学校区，如图1所示。

根据周边商业需求，海霞路站2号出入口需设置预留通道为远期的南通大学产研院、妇幼保健医院和瑞德朗驰地块接入做准备，因此2号出入口设置于海霞路与崇川路交叉口西北象限，车站小里程端头北侧设1号风亭，1号风亭与2号出入口之间设置1座消防水池。

3个附属结构（2号出入口、1号风亭、消防水池）相互不连续，需分为3个独立基坑进行开挖施工，其围护结构设计繁琐，整体工程量较大。同时，各附属结构分别设置，对中间区域的土地开发造成浪费，不利于资源整合。因此，提出将1号风亭及2号出入口、消防水池进行结合设置，中间合围空间采用地下下沉式露天广场的设计方案，在保证远期接口需求的同时，提高周边商业等级，加大客流吸引和商业联系[2-3]，调整后方案平面布置图如图2所示，下沉广场效果如图3所示。

2.2 结构方案设计重难点

根据优化后设计方案，下沉广场露天范围长36 m，宽15 m，侧墙悬臂约10.6 m，敞口范围内不设结构柱，1号风亭及2号出入口结合的附属结构在抗浮、结构受力、耐久性验算等方面均充满了挑战，从结构设计角度考虑，优化后的设计方案主要重难点包括：

（1）结构整体抗浮不满足，局部抗浮严重不够，结构存在差异变形，容易产生裂缝及渗漏；

（2）由于露天敞口段底板跨度较大，因此负弯矩较大，单纯增加底板厚度至1.5 m方可验算通过，但此种方法过于笨重且不经济；

（3）悬臂段侧墙由于悬臂长度较大，侧向水土压力较大，导致耐久性验算难以满足；

（4）附属结构距离北侧南通大学产研院大楼地下室边线净距仅5.6 m，且中间需要预留1个直径为600 mm的污水干管通道，结构可调整空间有限；

（5）敞口面积较大，侧墙大面积悬臂，整体抗变形能力弱。

2.3 结构方案优化设计思路

针对2.2章节所列的重难点，从该工程周边空间狭小、埋深较深、悬臂较大、敞口面积较大等特点出发，对结构方案设计进行优化，具体优化措施包括以下几个方面。

（1）敞口段底板增设工程桩[4-5]，采用直径为1 000 mm的钻孔灌注桩，桩长为30 m。工程桩主要起到抗浮作用，使结构满足整体抗浮及局部抗浮要求，改善底板差异变形，避免结构开裂及渗漏；同时能改善敞口段底板受力，减小负弯矩，确保底板在不加厚的情况下满足受力要求，以减轻底板厚度，降低工程造价。

（2）悬臂段侧墙厚度调整为0.6～1.1 m变截面设置，以解决侧墙底部弯矩及剪力较大的问题，使之满足受力及耐久性要求，同时加大了敞口段侧墙整体抗变形能力。

（3）敞口段设置趾压板，保留污水管预留通道，改善附属结构整体抗浮及敞口段局部抗浮能力，可优化抗拔桩设置，同时也改善了底板与侧墙受力。

通过以上3种措施相互结合，可以有效解决附属结构抗浮不足、结构受力及耐久性验算不满足等问题，具体断面布置如图4所示。

3 有限元三维计算

3.1 计算模型

本文采用SAP 2000进行三维有限元数值计算，对1号风亭及2号出入口整体模拟分析，验证其受力及耐久性是否满足规范要求。计算模型及荷载简图如图5、图6所示，进行模拟时的荷载输入如表1所示。

表1 荷载输入一览表 kPa

3.2 计算结果分析

结构底板及侧墙受力计算结果如图7～图9所示。

根据对三维数值计算结果的汇总，分别对悬臂段侧墙及敞口段底板受力、耐久性进行验算，验算结果如表2、表3所示。根据计算结果可知，采取措施后，侧墙及底板受力及耐久性满足规范要求。同时，根据抗浮验算，在考虑趾压板、工程桩后，整体抗浮满足规范要求。侧墙墙顶最大水平位移为4.5 cm，满足悬臂端挠度要求。

表2 结构受力验算

表3 耐久性验算

4 结语

通过采取增设工程桩、趾压板、调整侧墙厚度等综合性措施，解决了下沉广场结构设计重难点，使设计方案能够满足结构抗浮、受力及耐久性的要求，同时也保障了结构整体抗变形能力。相关经验可为类似深埋下沉式露天广场的设计提供参考。