賈永剛

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司　北京　100037)

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合肥地鐵大東門站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新與應(yīng)用

賈永剛

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司北京100037)

合肥市軌道交通1、2號(hào)線在大東門站呈十字交叉。大東門1、2號(hào)線均為14 m寬島式站臺(tái)，采用T型換乘方式。大東門站為具有臨河、超深、異型、地質(zhì)復(fù)雜、緊鄰高層、偏載等特點(diǎn)的復(fù)雜車站，在此情況下修建地鐵車站國(guó)內(nèi)較為罕見。車站設(shè)計(jì)采用全蓋挖逆作法施工，同時(shí)采用地下連續(xù)墻十字鋼板接頭、AM基礎(chǔ)樁、HPE液壓垂直插入鋼管柱工法、板墻榫槽連接等新做法。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)周邊環(huán)境采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施并建立了三維有限元模型進(jìn)行整體分析，分析結(jié)果表明，以上新做法可以滿足規(guī)范及周邊環(huán)境的使用要求。

城市軌道交通；蓋挖逆作； AM基礎(chǔ)樁；HPE液壓垂直插入鋼管柱工法；板墻榫槽連接做法

1　工程概況

合肥市軌道交通1、2號(hào)線在大東門站呈十字交叉布置，結(jié)合大東門區(qū)域周邊環(huán)境及客流分布，1、2號(hào)線均為14 m寬島式站臺(tái)，采用T型換乘方式，可實(shí)現(xiàn)單向循環(huán)換乘。

大東門站位于合肥市勝利路和長(zhǎng)江東路交叉路口，1號(hào)線呈南北向布置，2號(hào)線呈東西向布置，1、2號(hào)線呈斜T型換乘。1號(hào)線車站西側(cè)鄰近南淝河，東側(cè)鄰近29層古井假日酒店，車站南端鄰近南淝河并接新建長(zhǎng)江路單拱剛構(gòu)橋，1號(hào)線車站北段頂板上方為勝利路暢通工程新建壽春路下穿橋。2號(hào) 線 車 站 北 側(cè) 鄰近29層古井假日酒店，南側(cè)鄰近18層盛大國(guó)際高層住宅，東端鄰近金利銀鷺6層酒店，西端緊鄰南淝河河堤。勝利路為通往合肥 火 車 站 的 城 市 主 干道，現(xiàn)狀路面交通十分繁忙。南淝河河寬約60 m，為連接巢湖的一條通航河道。1號(hào)線線路出大東門站南端后需下穿南淝河與既有長(zhǎng)江東大街下穿橋，2號(hào)線線路出大東門站西端后需下穿南淝河，受南淝河百年河床沖刷線高程及既有長(zhǎng)江東大街下穿橋橋樁標(biāo)高控制因素的影響。2號(hào)線需設(shè)為地下3層，車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約25 m;1號(hào)線車站需設(shè)為地下4層，車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約32 m。

1、2號(hào)線車站土建工程同期實(shí)施，車站總建筑面積35 020 m2，其中1號(hào)線建筑面積為17 005 m2，2號(hào)線建筑面積為18 015m2，由于本站為1、2號(hào)線控制工期工程，車站四端需滿足8臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的接收要求。

綜上所述，大東門站特點(diǎn)可以概括為臨河、超深、異型、地質(zhì)復(fù)雜、緊鄰高層、偏載的復(fù)雜車站，國(guó)內(nèi)在此情況下修建地鐵車站較為罕見。所以，確保滿足“以人為本、乘客至上”的車站功能、確保車站在實(shí)施過程中的安全以及周邊環(huán)境的安全，是本站設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵所在。

2　車站建筑方案

2.1車站總平面布置控制因素

1、2號(hào)線大東門站位于合肥市瑤海區(qū)大東門片區(qū), 周邊緊鄰淮河路步行街、逍遙津公園、古井假日酒店、盛大國(guó)際商住區(qū)及南淝河(見圖1、2)。據(jù)前所述，1、2號(hào)線大東門站總平面布置控制因素如下:

1) 古井假日酒店。古井假日酒店為地下2層，主樓地上29層，裙樓5層，主樓及裙樓均采用樁基礎(chǔ)。

2) 南淝河。南淝河，古名施水，全長(zhǎng)70余km，流域總面積1 640 km2，河底寬30～80 m，河底高程6～5 m，洪水深約8 m。1、2號(hào)線均需采用盾構(gòu)法下穿南淝河，河底百年沖刷高程控制線路埋深至少需地下3層。

圖1　1、2號(hào)線大東門站總平面

圖2　車站使用階段效果

3) 勝利路暢通工程。與1號(hào)線大東門站緊密相關(guān)的是壽春路下穿橋、新建跨南淝河長(zhǎng)江路橋及壽春路與長(zhǎng)江東大街之間的道路工程。受南淝河與古井假日酒店影響，該段道路紅線寬度受限，在此紅線范圍內(nèi)要布置四車道下穿橋及南北雙向四車道輔路、地鐵車站出入口及風(fēng)亭、冷卻塔等附屬設(shè)施，難度極大。

4) 盛大國(guó)際。盛大國(guó)際商住樓為地下2層，主樓地上18層，裙樓5層，主樓及裙樓均采用樁基礎(chǔ),2號(hào)線車站布置需考慮對(duì)其產(chǎn)生的影響。

5) 金利銀鷺酒店。金利銀鷺酒店無(wú)地下室，地上6層，采用打入樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)。2號(hào)線車站風(fēng)亭及2號(hào)線區(qū)間盾構(gòu)隧道需考慮對(duì)其產(chǎn)生的影響。

6) 長(zhǎng)江東大街下穿橋。長(zhǎng)江東大街下穿橋?yàn)閮蓚?cè)咬合樁擋土墻加樁頂鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力連續(xù)T型蓋梁的結(jié)構(gòu)形式，采用兩側(cè)咬合樁擋土墻樁底高程控制1號(hào)線盾構(gòu)隧道埋深。由于長(zhǎng)江東大街下穿橋平行緊鄰南淝河布置，且橋底為河漫灘地質(zhì)存在厚層粉細(xì)砂及承壓水，咬合樁樁徑為1.2 m，主筋為HRB335級(jí)直徑32 mm鋼筋，因此不考慮盾構(gòu)直接削樁方案，1號(hào)線為地下4層，2號(hào)線為地下3層。

7) 車站客流情況。1號(hào)線大東門站高峰小時(shí)斷面客流為32 841人次，2號(hào)線大東門站高峰小時(shí)斷面客流為32 841人次，客流很大。經(jīng)分析，1、2號(hào)線大東門站設(shè)6組風(fēng)亭、7組地面廳、10個(gè)出入口。

2.2車站建筑功能布置

1號(hào)線大東門站4層、2號(hào)線3層,車站建筑面積較為富余，考慮到東南象限拆遷復(fù)建新交通大廈項(xiàng)目的情況，因此設(shè)計(jì)時(shí)將1、2號(hào)線大東門站地下1層預(yù)留納入新交通大廈地下商業(yè)統(tǒng)一考慮，地下2層為1、2號(hào)線站廳,與新交通大廈地下商業(yè)采用下沉廣場(chǎng)無(wú)縫連接，使軌道交通與物業(yè)開發(fā)一體化結(jié)合設(shè)置。

3　車站結(jié)構(gòu)方案

3.1工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

本站地貌類型主要為南淝河河床、河漫灘及南淝河一級(jí)階地。車站基坑側(cè)壁土層自上而下主要為雜填土①1層、粉質(zhì)黏土②1層、粉土②2層、粉細(xì)砂②3層、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖⑥1層、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖⑥2層。粉質(zhì)黏土②1層呈軟塑-硬塑狀，土層壓縮性較高，在臨近南淝河一側(cè)土層較軟弱，粉土②2層、粉細(xì)砂②3層為承壓水(三)含水層，在地下水作用下易發(fā)生涌水、流砂、涌土等現(xiàn)象。

承壓水(三)的特征有：水頭埋深為1.59～9.58 m，含水層主要為粉土②2層、粉細(xì)砂②3層、粉土③2層、粉細(xì)砂③3層、粉細(xì)砂④3層，滲透系數(shù)2.31×10-3cm/s。綜上所述，1、2號(hào)線大東門站范圍工程地質(zhì)條件較差。

3.2施工工法及結(jié)構(gòu)方案

綜合考慮1、2號(hào)線大東門站為復(fù)雜車站，以及勝利路的通車時(shí)間需求，本站采用全蓋挖逆作法施工。

由于車站范圍存在承壓水及厚層強(qiáng)透水粉細(xì)砂層，因此1、2號(hào)線車站均采用復(fù)合墻結(jié)構(gòu)、全外包防水形式、地下連續(xù)墻圍護(hù)。1號(hào)線車站基坑深度約32 m,采用1 200 mm厚地下連續(xù)墻，2號(hào)線車站基坑深度約為25 m,采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻, 地下連續(xù)墻均作為施工期間的基坑擋土及止水圍護(hù), 基坑施工完成后作為永久結(jié)構(gòu)的一部分。車站東、西、南、北四端均設(shè)置區(qū)間盾構(gòu)吊出井, 并預(yù)留與盾構(gòu)區(qū)間隧道的接口。

4　蓋挖逆作法的幾點(diǎn)新做法

4.1地下連續(xù)墻十字鋼板接頭

由于1、2號(hào)線大東門站周邊環(huán)境保護(hù)要求高,且車站范圍地層穩(wěn)定性差、透水性強(qiáng)，要求地下連續(xù)墻平面內(nèi)、外剛度大，止水性好。

由于在接頭處增設(shè)了十字型鋼板，其中橫向鋼板為隔離鋼板，縱向鋼板為彎矩、剪力傳力鍵，縱向鋼板還增加了地下水的繞流路徑，防滲漏性能較好。經(jīng)過對(duì)地下連續(xù)墻接頭優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析，大東門站最終采用了一種新的十字鋼板接頭方式，具體接頭構(gòu)造見圖3。

圖3　十字鋼板接頭構(gòu)造

4.2板與地下連續(xù)墻結(jié)合的新方式

根據(jù)蓋挖逆作工法特點(diǎn)，其豎向受力體系一般為圍護(hù)樁(墻)和鋼管柱(格構(gòu)柱)。對(duì)于全外包防水的復(fù)合墻結(jié)構(gòu),如何確保各層樓板構(gòu)件與側(cè)墻連接支座的豎向力可靠傳遞，同時(shí)又保證全外包防水層的連續(xù)性是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

經(jīng)過分析研究，大東門站板與地下連續(xù)墻連接方式采用預(yù)埋鋼板(角鋼)固定榫槽法，將頂板及各層樓板構(gòu)件嵌入預(yù)留的榫槽內(nèi)，保證傳遞豎向的荷載。設(shè)計(jì)時(shí)給施工單位預(yù)留了100 mm的施工誤差，實(shí)踐證明,通過精細(xì)化的施工是能滿足設(shè)計(jì)精度要求的。具體接頭構(gòu)造及施工現(xiàn)場(chǎng)照片見圖4。

4.3鋼管柱的新型樁基礎(chǔ)

1、2號(hào)線大東門站采用蓋挖逆作法施工,受頂板上方壽春路下穿橋標(biāo)高的影響，施工期間頂板上的覆土較厚，施工期間的鋼管柱單柱設(shè)計(jì)軸力較大,為15 000～20 000 kN，在正常使用期間，樁基礎(chǔ)兼做抗拔樁使用，其軸力為15 000～19 000 kN。由于樁端進(jìn)入了中風(fēng)化基巖, 按嵌巖樁設(shè)計(jì)。

經(jīng)過分析研究，大東門站鋼管柱的樁基礎(chǔ)采用旋挖鉆孔液壓擴(kuò)底灌注樁，又稱為“AM工法樁”。AM工法樁采用全液壓電腦管理映像追蹤快換魔力鏟斗可控可視工藝，通過魔力鏟斗干取土挖掘(成孔)電腦管理映像追蹤等施工方法挖掘出直樁后，用全液壓擴(kuò)底快換魔力鏟斗擴(kuò)大相應(yīng)部位。

AM工法樁的施工方法：樁的定位→鉆孔→挖掘→擴(kuò)底→下鋼筋籠→清孔→灌砼，形成完整的擴(kuò)底樁。

由于大東門站基坑較深，且樁基承載力要求高，同時(shí)樁基礎(chǔ)需要作為蓋挖逆作中間鋼管柱的基礎(chǔ)，施工精度要求極高，經(jīng)研究分析，本工程采用樁直徑為2 m，兩次擴(kuò)底后直徑為3 m，長(zhǎng)度為20～25 m不等的AM樁形式。由于AM工法樁采用電腦控制，因此施工精度很高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的荷載試驗(yàn)，在同等樁基承載力條件下，AM樁單樁長(zhǎng)度可以縮短33%，混凝土用量減少30%，單樁造價(jià)節(jié)省約20%。

4.4鋼管柱的新型插入方式

由于1號(hào)線大東門站為地下4層，基坑深度約34 m，普通的鋼管柱定位方式難以滿足設(shè)計(jì)精度要求，經(jīng)過研究分析，大東門站鋼管柱的定位插入方式采用液壓垂直插入鋼管柱法又稱“HPE工法”。

HPE液壓垂直插入鋼管柱工法是根據(jù)二點(diǎn)定位的原理，在鋼管柱樁基礎(chǔ)混凝土初凝前，利用HPE 液壓垂直插入機(jī)將永久性鋼管柱( 底端封閉) 垂直插入孔內(nèi)，直到插入支撐樁混凝土中至設(shè)計(jì)標(biāo)高(見圖5)。

具體施工步驟：

1)將鋼管柱用大噸位的履帶吊車垂直吊起至液壓插入機(jī)，由液壓插入機(jī)將鋼管柱抱緊，同時(shí)復(fù)測(cè)鋼管柱的垂直度；2)上下兩個(gè)液壓垂直插入裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)，通過其向下的壓力將鋼管柱垂直向下插入；3)液壓定位器將鋼管柱抱緊后，按照從下到上的順序依次松開液壓定位器，再由兩個(gè)液壓垂直插入裝置同時(shí)將鋼管柱向下插入；4)重復(fù)上述步驟，直至插入到設(shè)計(jì)深度要求。

通過大東門站的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施結(jié)果表明，HPE工法與AM樁基礎(chǔ)二者匹配程度很好，施工效率顯著提高，工程質(zhì)量良好。

5　車站周邊環(huán)境的保護(hù)措施及其影響分析

5.1周邊環(huán)境的保護(hù)措施

1、2號(hào)線大東門站為結(jié)構(gòu)復(fù)雜車站，通過采用全蓋挖逆作法施工，并對(duì)古井酒店一側(cè)的風(fēng)化巖層以上范圍土體采取高壓旋噴加固，同時(shí)對(duì)古井酒店高層建筑與河岸偏載范圍的被動(dòng)區(qū)進(jìn)行土體加固以減小偏載的影響。具體加固范圍及做法詳見圖6。

圖6　古井酒店高層與南淝河偏載處理措施加固

5.2車站對(duì)周邊環(huán)境的影響分析

本工程采用Midas三維有限元軟件和彈塑性假定進(jìn)行計(jì)算分析，模擬分析模型的尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為380 m×280 m×100 m(見圖7)，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格見圖8。在模型中，土體采用四面體單元模擬，土體物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)《大東門站巖土工程勘察詳勘報(bào)告》選取。車站結(jié)構(gòu)和鄰近建筑物均采用板殼單元模擬，車站柱和擴(kuò)底樁采用梁?jiǎn)卧M，模型節(jié)點(diǎn)數(shù)88 867個(gè)，單元數(shù)449 760個(gè)。模型的側(cè)面和底面為黏彈性人工邊界，側(cè)面限制水平移動(dòng)，底部限制垂直移動(dòng)，上邊界為自由地表。

圖7　地層-結(jié)構(gòu)模型有限元網(wǎng)格

圖8　結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，古井酒店對(duì)本基坑的偏載作用較小，主要原因?yàn)楣啪频曛鳂恰⑷箻蔷?層地下室，且為樁基礎(chǔ)，荷載的擴(kuò)散范圍對(duì)基坑的影響較小。

1號(hào)線大東門站基坑開挖對(duì)古井酒店的影響為：水平位移約6.13 mm,豎向位移約3.75 mm，整體傾斜值約為0.45‰。根據(jù)《合肥市軌道交通1號(hào)線大東門站施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告》,古井酒店既有的整體傾斜值為1.41‰，考慮施工影響后的整體傾斜值為1.86‰，小于《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中整體傾斜控制值2.5‰，因此車站蓋挖逆作法施工可保證高層建筑的正常使用。

6　現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果

根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)單位提供的1號(hào)線大東門站的監(jiān)測(cè)報(bào)告，基坑周邊地表沉降、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形、建筑物變形3項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果如下:

1) 基坑周邊地表沉降。本站地表沉降共監(jiān)測(cè)79個(gè)點(diǎn)位，其中累計(jì)變形最大的測(cè)點(diǎn)為DB-36-01，該點(diǎn)累計(jì)變化量為-13.3 mm,變形速率為+0.93 mm/d，小于控制值30 mm，監(jiān)測(cè)值在正常范圍。

2) 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形。本站共監(jiān)測(cè)15個(gè)斷面，其中累計(jì)變形最大的測(cè)點(diǎn)為ZQT-12(14.5 m)，該點(diǎn)累計(jì)變化量為+16.59 mm，變形速率為+0.31 mm/d，小于控制值30 mm，監(jiān)測(cè)值在正常范圍。

3) 建筑物變形。古井酒店共設(shè)26個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，其中累計(jì)變形最大的測(cè)點(diǎn)為JCJ-27，該 點(diǎn) 累 計(jì)變化量為-4.1 mm，變形速率為-0.37 mm/d，小于控制值 10 mm，監(jiān)測(cè)值在正常范圍。

7　結(jié)語(yǔ)

1、2號(hào)線大東門車站在開挖施工的整個(gè)過程中,基坑周邊地表沉降指標(biāo)、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形指標(biāo)均為正常，基坑周邊的古井酒店、盛大國(guó)際高層住宅、南淝河河岸均正常使用，車站內(nèi)部無(wú)滲漏水現(xiàn)象。實(shí)踐證明，大東門站結(jié)構(gòu)工法的選擇是正確的，蓋挖逆作中地下連續(xù)墻十字鋼板接頭、AM基礎(chǔ)樁、HPE液壓垂直插入鋼管柱工法、板墻榫槽連接等幾種新做法的應(yīng)用是成功的，可為今后的工程提供借鑒。

[1] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司.合肥市軌道交通1號(hào)線大東門站施工設(shè)計(jì)圖:A版[G].北京，2011.

[2] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司.合肥市軌道交通2號(hào)線大東門站施工設(shè)計(jì)圖:A版[G].北京，2011.

[3] 北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司.合肥市軌道交通1號(hào)線一期工程大東門站(車站主體部分)巖土工程勘察詳勘報(bào)告[R].北京，2010.

[4] 北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司.合肥市軌道交通1號(hào)線一期工程大東門站第三方監(jiān)測(cè)報(bào)告[R].北京，2014.

[5] DBJ/CT 093—2010AM可視旋挖擴(kuò)底灌注樁技術(shù)規(guī)程[S].上海,2010.

[6] 王勖成.有限單元法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[7] 李志業(yè)，曾艷華.地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與方法[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.

(編輯：郝京紅)

Innovation and Application of Structure Design of Dadongmen Railway Station in Hefei Metro

Jia Yonggang

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Limited, Beijing 100037)

Line 1 and Line 2 of Hefei Rail Transportation crisscross in Dadongmen Station. Dadongmen Station for Line 1 and Line 2 are both 14 m wide island platforms, with “T” transfer mode. Dadongmen is a complicated station. Located near a river and high-rise buildings, the station, with complex geological conditions, is super deep and irregular and of partial load, which makes this subway station a rare case in Chinese subway station development. Full covered top-down excavation construction was adopted in the station, and some new methods such as cross steel plate joint, underground continuous wall AM foundation pile, HPE hydraulic vertical insertion steel pipe column method, wall mortise connection way are also applied. Appropriate protection measures were adopted in design to protect surrounding environment and a three-dimensional finite element model for overall analysis were established. The FEM results show that it meets the requirements of specification and utilization of the surrounding environment.

urban rail transit; cover and excavation top-down; AM foundation pile; HPE hydraulic vertical insertion steel pipe column method; wall mortise connection way

10.3969/j.issn.1672-6073.2015.01.021

2014-09-19

2014-10-16

賈永剛，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事城市軌道交通設(shè)計(jì)研究工作，擔(dān)任合肥軌道交通1號(hào)線一、二期工程設(shè)計(jì)總體，4449266@qq.com

U231.9

A

1672-6073(2015)01-0092-05