盖挖法地下车站围护结构及顶板节点设计

盖挖法地下车站围护结构及顶板节点设计

肖洵

中国电建成都勘测设计研究院有限公司 四川 成都 611130

摘要：在我国快速发展过程中，经济在迅猛发展，社会在不断进步，以某盖挖法地铁车站施工为研究对象，探讨围护桩与车站主体结构结合的最佳结构形式，以及围护桩与主体结构关键连接节点的结构设计方案，并结合盖挖法工程特点及基坑开挖工况，将主体结构顶板参与围护体系同步计入计算模型，采用连续介质有限元法进行基坑设计。相关计算比较表明，设置结合梁替代以往扩大桩顶冠梁或设置连接件的优化方案，使结构受力体系更加明确，可有效减小主体结构构件尺寸，侧墙用钢量减少约30%。在进一步简化连接节点设计基础上，有效解决了节点处防水等施工难题。

关键词：地下车站；盖挖法；桩墙合一；有限元；节点设计

引言

为解决城市交通拥挤而建的城际铁路车站和地铁车站通常设置于城市的繁华街道、商业中心及重要行政中枢附近，在车流、行人密集的环境下进行地下车站施工对交通、安全及市容等提出了很高的要求。如果采用明挖法施工，施工工期较长的车站建设势必对交通造成长期干扰，同时也严重影响了市容市貌；采用暗挖法，不仅工期长、造价高，且易造成地面沉陷及周边建（构）筑物下沉开裂等不良后果，因此逐渐趋向于先修筑地下结构的顶板后回填，或是在车站上设置临时路面盖板，以保证正常的交通通行。地下车站则是在顶板或路面盖板的保护下安全、顺利的施工，即为地铁车站的盖挖法施工。盖挖法施工的关键是其顶盖要具有足够的承载能力及稳定性以确保道路、行人的安全通行，并在工程造价方面得到有效控制。本文结合佛山至东莞城际铁路广州南至望洪段FGZH-1标番禺大道站采用盖挖法为例，对盖挖法上盖的结构形式及承载检算方法进行了一些探讨。

1盖挖逆筑法符合辩证法

地铁地下车站的施工，可供选择的方法很多，有明挖法、盖挖法(分逆筑法和顺筑法)、暗挖法(软土中的新奥法)。应该说，每一种施工方法，在不同环境、条件下，都有其用武之地，关键是看它是否因地制宜，用得其所。一般说来，工程地质和水文地质条件、地面交通状况、周围建筑物、地下管线、地下构筑物，都是影响施工方法选择的外部因素。就施工方法本身而言，它的可操作性、安全、质量的可控性、工期长短、造价高低，也都是方案比较中的重要议题。为吸引客流，通常把车站位置选在交通干道的十字路口，此处车流量、人流量很大，地面交通问题突出，车站施工与维持地面交通的矛盾尖锐。在诸多矛盾交织中，采取何种疏解地面交通的对策有时成为选择施工方法的一个决定性因素。明挖法在这里的选择受到极大限制，难有作为；暗挖法可以做到不影响地面交通，然而不得不面对造价高、工期长、施工难度大、具有风险等一系列问题。在这两难的境地，盖挖逆筑法可以在这里一显身手。盖挖逆筑法的基本思路是：把对地面交通的影响尽可能减小到人们可以接受的程度，在这一前提下完成车站施工，不致于太影响地面交通。也可以说，这是一种折中的方案，比较能兼顾矛盾双方的需要，也比较容易被矛盾双方所接受。从辩证法的角度来说，是对立的统一。

2基坑围护结构形式选择及基坑开挖方案

2.1围护结构形式的选择

该地下车站地处市中心繁华地带十字路口下方，道路交通繁忙，车站周边建筑物众多且距离较近。根据周边环境情况及道路交通条件，决定采用盖挖法施工。盖挖法的两种基本工法主要作业程序对比如下。(1)盖挖顺作法首先做好基坑围护结构，然后分块施作或利用夜间交通量少的时间进行临时路面系统施工，在临时路面系统保护下进行土方开挖及支撑架设，由下向上施作车站主体结构。(2)盖挖逆作法及半逆作法先施作围护结构及中间支撑结构柱，然后开挖覆土，做好结构顶板及防水，回填覆土并恢复路面交通。其余主体结构的施工按照由上而下的顺序进行。当条件许可时，也可采用盖挖半逆作法进行施工。本地下车站所在场地地层分布均匀，地下水埋深大，基坑开挖过程中不需进行降水作业;车站为地下一层结构，埋深较浅，基坑开挖深度较小，但基坑平面形状较为复杂且开挖宽度较大;周边建筑物临近基坑且道路交通繁忙，地面施工场地狭小。综合上述条件，经分析比较后，推荐采用盖挖半逆作法施工。在完成地下车站围护结构排桩施工后进行车站顶板结构施工，然后回填覆土进行路面恢复，再由上而下开挖土体及由下而上依次施工车站主体结构。该工法既可保证交通畅通，又可减少基坑开挖对周边道路和建筑物的不利影响，节约投资并缩短工期。结合盖挖法施工工艺和本地下站结构埋深较浅的特点，决定采用围护桩与主体结构相结合的设计方案，可以有效减小基坑面积，通过顶板替代临时支撑体系为支护结构提供水平支撑，具有刚度大、变形小、施工便利性强等优点，有效地减小了基坑和临近土体的变形。

2.2基坑开挖方案

由于该地下车站工程距离建筑物很近，且基坑位于城市中央的繁华路段，因此在施工过程中场地有限。若在施工过程中将全部基坑同时开始挖掘，车站施工现场范围内容易由于面积过小无法顺利进行施工作业。除此之外，施工现场的交通繁忙，因此工程开展过程中所需的建材、设备等运输不便，容易对整体施工效率造成负面影响。该工程的基坑开挖方案设计人员结合工程周边环境和实际施工条件，最终设计了将地下车站主体分为两期施工的方案，第一期是车站东侧的围护结构和顶板，在东侧施工过程中使用西侧的场地作为建筑材料存放地。第二期则是在第一期施工作业全部完成覆土回填操作后，使用同样的方式将东侧场地作为西侧施工时的材料存放场地。该工程的此种施工设计有效利用了工程中的有限场地，减少对工程上层道路的占用，既节约了材料运输成本，又降低了地下车站施工过程中对周边居民和交通造成的影响。

2.3水平主梁

采用加强型的贝雷桁架按上承式结构形式作为承受路面荷载的主梁，贝雷桁架相对于车站基坑为斜向布置，斜角为63°。每片贝雷桁架梁片长24m，贝雷桁架梁按等间距布设，梁片的中心距为80cm，总宽度为130m。两侧栏杆也采用贝雷桁架。贝雷桁架两端搁置在连续墙的冠梁上，并在支座位置准确埋设准22mm螺栓，以便贝雷桁架与冠梁通过螺栓联结牢固。贝雷桁架接头处安装支撑架，将贝雷桁架梁片联结成承载能力强的整体结构。结构承载检算：铺盖体系设计时，各承载结构均在力学检算的基础上进行优化及方案确定。确保在荷载作用时能够提供安全有效的支撑作用的同时，且其变形挠度满足要求。因篇幅有限，本文仅以路面铺盖结构的贝雷桁架主梁为例，简要阐述结构承载检算的方法。①主要技术参数。贝雷桁架采用16Mn钢材制成，其容许抗弯拉压应力[σ]=273MPa。贝雷桁架主梁长24m，跨度为23.2m。其中活载为汽车荷载，根据《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）中的相关规定，按城-A级汽车荷载计算。②结构检算。因两侧人行道的贝雷桁架设计构造形式与行车道处相同，而行人荷载相对于行车道的汽车荷要小很多，故仅对行车道的贝雷桁架主梁承载情况进行检算即可。

结语

(1)复合墙结构设计中，基坑围护桩与车站主体结构相结合的永久支护体系由车站主体结构、围护桩及其连接节点共同组成。既充分利用盖挖法的施工工艺特点，同时可有效减小主体结构尺寸，具有较好的经济效益。(2)永久支护结构可以有效减小结构侧墙所受土压力，在正常使用条件下，车站侧墙所承担的土体侧向压力明显较小，弯矩值较常规算法减少50%左右，结构设计只需满足规范构造要求即可。

参考文献

［1］朱小蓉．地铁车站复合墙和叠合墙的结构体系分析［J］．建筑施工，2009(3):170-174.

［2］李连祥，刘兵，李先军．支护桩与地下主体结构相结合的永久支护结构［M］．建筑科学与工程学报，2017(2):119-126.