地鐵建筑專業(yè)對洞樁法暗挖車站的方案優(yōu)化

臧紅昊

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京102600）

1 引言

軌道交通地下車站一般常采用明挖法及蓋挖法，在設(shè)計邊界條件有限，交通狀況復(fù)雜的情況下，往往會考慮采用暗挖工法。常見的暗挖車站施工工法有洞樁法、一次性扣拱、棚蓋法等。長春市城市軌道交通5 號線一期工程亞泰大街站所處地層自上而下分別為雜填土層、粉質(zhì)黏土層、中粗砂層、全風(fēng)化泥巖、強風(fēng)化巖層、中風(fēng)化巖層，其中中粗砂層含水量較大。本站由于設(shè)計邊界條件受限，不具備交通導(dǎo)改條件，管線改遷難度大，管線改遷工期不可控，通過對此車站在埋深選擇、風(fēng)道布置、進洞方式等相關(guān)設(shè)計問題進行分析，最終考慮采用洞樁法為最優(yōu)方案。

2 暗挖車站建筑設(shè)計的基本注意事項

城市軌道交通車站施工工法一般采用明挖法、蓋挖法和暗挖法。明挖法具有施工簡單、快捷、經(jīng)濟、安全的優(yōu)點，但對周圍環(huán)境的影響較大，一般適用于周邊條件較好，具有管線改遷及交通導(dǎo)改條件的車站。蓋挖法相對明挖法，施工場地較小，對道路交通等環(huán)境的影響有所降低，一般適用于市區(qū)繁忙的道路交通，管線可以改遷及交通可以分幅導(dǎo)改。相對于明挖法及蓋挖法施工，暗挖法對車站周邊的影響相對較小，一般適用于一些管線改遷難度極大、基本無法實現(xiàn)交通導(dǎo)改的車站，但暗挖法對地層條件有一定要求，且相對于明挖法及蓋挖法，施工風(fēng)險略高[1]。

2.1 合理選擇車站埋深

通過對亞泰大街站的設(shè)計邊界條件進行分析，在滿足合理設(shè)置出入口位置的條件下，車站主體覆土應(yīng)按照小于10m控制，故車站采用淺埋暗挖法施工較為合理。

淺埋暗挖具有不拆遷、不影響地面交通、不改遷主要管線的特點，適用于北京、長春、沈陽、青島等地層條件較好的城市。車站覆土主要在0.4～1.5 倍開挖跨度，一般控制在7～10m，具體埋深應(yīng)根據(jù)控制性管線、車站附屬布置條件及地層條件綜合等因素考慮[2]。

2.2 合理選擇風(fēng)道與車站主體的關(guān)系

暗挖車站風(fēng)道與車站主體結(jié)合的關(guān)系主要分主體包風(fēng)道（雙層風(fēng)道）和風(fēng)道包主體（3 層風(fēng)道）2 種形式。

主體包風(fēng)道（雙層風(fēng)道）布置形式，在北京、青島地區(qū)應(yīng)用較多，排風(fēng)系統(tǒng)采用雙活塞系統(tǒng)，活塞風(fēng)道、排風(fēng)道合并為地下1 層風(fēng)道布置，新風(fēng)道與另一活塞風(fēng)道合并為地下2 層風(fēng)道布置，風(fēng)道凈寬一般約為8.5m，高度一般約為12～14m，車站主體高度一般約為16m。特點是附屬高度低于車站主體高度，有效降低附屬風(fēng)道高度，風(fēng)道不控制車站埋深，施工風(fēng)險較低。

風(fēng)道包主體（3 層風(fēng)道）布置形式，是結(jié)合長春地鐵特有排風(fēng)系統(tǒng)（單活塞單事故風(fēng)機，活塞事故風(fēng)機與車站排煙事故風(fēng)機互為備用）布置，新風(fēng)道通過站廳夾層布置在地下1 層，活塞風(fēng)道及排風(fēng)道布置在站廳層風(fēng)道及站臺層風(fēng)道內(nèi)。風(fēng)道凈寬一般約為9m，高度一般約為19～20m，主體高度一般約為16m，風(fēng)道在站廳層以上的起拱高度約為10～11m，風(fēng)道高于車站主體，車站的埋深不僅由主體本身控制，還受制于暗挖風(fēng)道的埋深。特點是新風(fēng)布置在夾層，車站規(guī)?？蓛?yōu)化減少2～3m，但車站埋深受控于兩側(cè)風(fēng)道，故風(fēng)道施工難度較大，風(fēng)險較高。

風(fēng)道與主體結(jié)合形式需要根據(jù)周邊環(huán)境，地質(zhì)及管線，經(jīng)濟性、可實施性、施工風(fēng)險等因素綜合考慮。

3 亞泰大街站方案分析

3.1 車站工程概況

長春市城市軌道交通5 號線一期工程亞泰大街站位于長春大街與亞泰大街交匯處，沿長春大街路中東西向布置，車站上方有沿亞泰大街南北向敷設(shè)的高架橋跨過，車站為地下2層13m 島式站臺車站。亞泰大街規(guī)劃道路紅線寬60m，路中有高架橋，目前已實現(xiàn)道路規(guī)劃，長春大街規(guī)劃道路紅線寬50m，目前已經(jīng)實現(xiàn)道路規(guī)劃。

亞泰大街站所在地為長春市老城區(qū)，周邊既有建、構(gòu)筑物較多，附屬布置期間需要考慮與周邊建、構(gòu)筑物的防火間距及防火措施。車站位于在亞泰大街和長春大街路口交匯處，管線較多，改遷難度極大，改遷工期不可控，地面交通繁忙、復(fù)雜，交通導(dǎo)改條件非常困難，基本不具備明、蓋挖條件，所以車站考慮采用暗挖法施工（見圖1）。

圖1 亞泰大街站總圖

3.2 結(jié)合車站范圍內(nèi)地質(zhì)條件及管線情況合理選擇風(fēng)道布置

亞泰大街站地層在埋深8～15m 處含有砂層（含水量較大），車站范圍內(nèi)的主要控制性管線為1 根埋深5m，直徑1.2m的雨污干管，平行于車站敷設(shè)。如采用長春地區(qū)特有的風(fēng)道包主體的高風(fēng)道形式，受周邊場地限制，車站埋深需控制在在15m 以下，方可躲避砂層，但會導(dǎo)致出入口提升高度較大，服務(wù)功能較差，且后期運營成本較高，地面布置條件較差，且后期運營成本較高。若車站盡量考慮減少埋深，受埋深約5m 的重力流管線影響，風(fēng)道埋深至少要保證6m 以上，則主體埋深將約在10m（見圖2），導(dǎo)致主體導(dǎo)洞拱部完全處于砂層中，施工風(fēng)險極高，需要對拱部進行全斷面注漿，措施費約5 000 萬元。

圖2 風(fēng)道包主體車站縱斷面

所以經(jīng)過對比分析，且充分結(jié)合長春地區(qū)特有的排風(fēng)系統(tǒng)及處在砂層的地質(zhì)條件，考慮采用主體包風(fēng)道的形式來降低車站埋深，從而使車站拱部有效躲避砂層，同時優(yōu)化車站出入口的功能及建設(shè)、運營費用。從目前的車站設(shè)計邊界條件分析，本車站若采用主體包風(fēng)道的形式，風(fēng)道需考慮采用單層布置的方案更為合理，既排風(fēng)道與活塞風(fēng)道為一個風(fēng)道，新風(fēng)道單獨一個風(fēng)道，風(fēng)道凈跨度一般在8～9m，單層風(fēng)道高度一般在5～6m，主體站廳層高度一般在7～8m。綜合考慮車站上方DN1200 埋深約5m 雨污管線，車站整體覆土可控制在8m，車站主體導(dǎo)洞拱部可以有效避開砂層（見圖3、圖4），施工風(fēng)險大大降低，注漿的措施費僅為2 000 萬元，但單層風(fēng)道需要對施工豎井進行部分回填，費用約為300 萬元，較高風(fēng)道方案措施費仍可減少約2 700 萬元。

圖3 主體包風(fēng)道車站縱斷面

圖4 主體包風(fēng)道車站橫斷面

3.3 綜合考慮施工豎井與車站附屬的有效結(jié)合

暗挖車站的附屬布置應(yīng)盡量考慮與車站施工豎井相結(jié)合，在最大程度上避免工程量的浪費，亞泰大街站目前共考慮設(shè)置3 處施工豎井，1 處與車站東側(cè)大里程端新風(fēng)井結(jié)合設(shè)置、1 處與車站西側(cè)2 號出入口垂直電梯結(jié)合設(shè)置，還有1 處與西側(cè)小里程端新風(fēng)井及消防水池結(jié)合設(shè)置，由于地面受風(fēng)井布置條件的限制，本站采用雙層風(fēng)道在經(jīng)濟性和施工風(fēng)險上均高于單層風(fēng)道的布置，故本站在永臨結(jié)合上存在一定工程量的浪費，但目前的永臨結(jié)合方案已是最經(jīng)濟、合理、可行的方案。

3.4 洞樁法施工對車站建筑布置影響

一般建筑設(shè)計應(yīng)以保證功能最優(yōu)為原則，但暗挖車站的設(shè)計不能僅考慮建筑功能優(yōu)先的原則，而是應(yīng)充分與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合，考慮車站埋深的合理性和施工的安全性；內(nèi)部布置時應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)鋼管柱、法蘭盤及中縱梁對車站內(nèi)部樓、扶梯布置及中板孔洞的影響；外部布置應(yīng)考慮永、臨結(jié)合的原則，充分利用既有風(fēng)井作為結(jié)構(gòu)的施工豎井，最大限度地避免工程量的浪費[3]。

4 結(jié)語

對于采用洞樁法施工的暗挖車站，建筑需要在不影響使用功能的前提下盡量優(yōu)化布置，通過優(yōu)化主體與風(fēng)道結(jié)合的形式來優(yōu)化車站埋深；通過優(yōu)化風(fēng)道斷面來降低結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險；通過合理的永、臨結(jié)合方式減少工程量的浪費。對于暗挖車站而言，只有安全可靠、合理可行的車站方案，才是最優(yōu)的設(shè)計方案，若任何專業(yè)僅考慮自己的制約因素，都可能會造成不必要的工程量浪費或者帶來施工風(fēng)險的提高。