大型无柱式地铁车站设计
【摘要】本文根据地面交通及环境要求采用了大跨无柱式地铁车站结构，并针对其结构特点进行了介绍。
【关键词】无柱 围护结构 车站结构 连接节点
广州地铁二号线工程市二宫站位于广州市海珠区江南大道北路与同福东路、小港路和规划宝岗北路交叉的五岔路口下，呈南北走向，偏道路东侧设置。
车站所处江南大道是广州市连接珠江两岸的重要交通干道，地面交通非常繁忙，现有路面宽约30m，其中快车道宽13．5m，为四车道，两侧为非机动车道及人行道，江南大道规划道路宽为40m，主要往东扩展。车站周边是高密集建筑区，几乎没有空地或绿地。东侧多为二至三层的低矮房屋，东侧北端有海珠电器城、江南大道邮政局及小港路夜市，东侧南端有即将开发兴建的益丰花园；西侧多为新建的高层楼房及居住区，如西南侧新建的18层商住楼、27层供销大厦，以及广州市第二工人文化宫等。站址范围有近10条地面公交线路通过，并集中在交岔路口j喘设站。站址平面见图1总平面图。
图1 总平面图
根据以上地面交通及周边环境情况，市二宫站首次采用了8m岛式站台、无柱式单跨结构形式，
为地下两层结构。车站全长168．2m，标准段宽17．7m，南盾构井段宽20．32m，北端宽38．01m，轨面埋深14．2m。车站单跨最大净宽达15．7m，基坑深16m，标准段采用上层站厅明挖、硼台盖挖的施工方法。
2 工程地质条件
车站场区地势平坦、开阔，所属地层为白垩系上统三水组西濠段地层。站区范围内地层从上到下依次分布为：
(1)人工填土层，厚0．8-3．5m，松散-稍密状，站内皆有分布；
(2)海冲积淤泥层，厚0．4-6．7m，顶面埋深在0．8～3．5m，粘性好
站内分布较广；
(3)海冲积淤泥质砂，厚0．5-4．1m，多为松散，伏，局部稍密；
(4)冲积粘性土层，厚0．5～5．0m，粘性一般，软塑—可塑；
(5)冲积砂层，厚0．4—4．0m，呈松散-稍密状；
(6)残积土可塑层，厚1．1～3．3m，粘性好，可塑；
(7)残积硬塑土层，厚0．8-3．4m，粘性一般，硬塑
(8)全风化带，厚0．4—9．7m，风化成硬土状；
(9)强风化带，厚0．6～16．20m，顶面埋深3．6～11．10m，钻孔岩芯呈碎块状，完整性差；
(10)中风化带，顶面埋深5．8～28．50m，钻孔岩芯呈柱状，完整性好；
(11)微风化带，顶面埋深16．5—41．2m，钻孔岩芯呈长柱状，普遍完整性好。
基岩主要为白垩系棕红色泥质粉细砂岩、砂岩，局部夹少量泥岩、泥灰岩。基岩面起伏较大，基岩中局部夹风化土软弱夹层现象普遍，岩石裂隙不发育。泥岩，泥质含量高的砂岩、粉砂岩遇水或开挖暴露后强度降低很快。
第四系地层中孔隙水及基岩裂隙水富水性较差，裂隙水较贫乏。地下水稳定水位埋深多为2．5-5．5m，水质对混凝土无侵蚀性。
3 围护结构方案比选
根据市二宫站所处的地面环境、地下管线分布，隋况、基坑开挖深度和工程地质特点，针对基坑围护结构的形式采用人工挖孔桩、钻孔灌注桩和地下连续墙的方案进行了综合技术经济分析比较。断面形式见图2围护结构形式。
图2 围护结构形式
从站址环境来看，由于受江南大道交通的影响，现车站结构虽已偏东设置，但仍占了慢车道，施工时不允许影响快车道。围护结构如采用地下连续墙，应该说是深基坑支护常用的方法，且其整体陛也较好，但由于连续墙槽段开挖及钢筋笼吊装设备较大，施工时势必将影响江南大道的地面交通，而本工程的地质条件又属上软下硬，地面以下12m就已进人中等风化岩层，地下连续墙施工难度加大，施工进度受影响，因此不宜采用。如采用钻孔灌注桩作为基坑支护，虽可以投入较多的没备同时作业，加快施工进度，但由于钻孔灌注桩受施工工艺的限制，对于上软下硬的地层，施工后轴线偏差较大，施工期间桩间渗水、渗泥现象难以避免，尤其是站址地下水位高，上覆地层较差，施工时对地层扰动大，这些都使工程质量受到影响，尤其是桩间渗水问题最为突出。因此，围护结构也不宜采用钻孔灌注桩。
由于车站范围内普遍存在厚0．4—6．7m海冲积淤泥层，为流塑～软塑状，局部还有1．Om左右的冲积砂层，从以往地铁工程施工情况来看，人工挖孔桩并非不能穿越淤泥层，但人工挖孔桩大范围穿越淤泥层时的施工安全性仍然较低，工期影响也较大，尤其人工挖孔桩穿越砂层时流沙、流水对工程及周边环境的影响较大。为了解决人工挖孔桩的施工安全问题，根据本工程地质上软下硬的特点，设计采用了先对上覆软土进行搅拌桩加固，然后再人工开挖矩形桩，形成人工地下连续墙，既满足施工的安全，又达到了止水的目的，且可大范围同时施工，大大加快施工进度，克服了上述地下连续墙和钻孔灌注桩方案存在的不足。
4 车站结构方案特点
根据车站所处的地理环境、地铁车站功能要求和车站建筑布置的特点，车站设计为地下两层框架式结构，车站主体结构分为两部分：一部分是设置在车站两端的设备布置区及管理用房区，采用多跨框架结构(称有柱区)，另一部分为供乘客使用的公共区，采用单跨无柱式框架结构(称无柱区)。
4．1无柱区顶板结构
由于车站无柱区为单跨框架结构，各层板(梁)跨度大，净跨达到15．7m，建成后需上覆土体及承受汽车动荷载，其受力和变形非常大，在以往的地下工程中这种大跨度结构是不常见的。为了满足结构受力和变形的要求，在结构形式选择与计算分析时，针对顶板采用两种结构方案进行比较：一是顶板为横向T形梁体系的框架结构，二是顶板为预应力箱梁的结构体系。断面形式见图3顶板结构断面形式。
图3 顶板结构断面形式
通过计算发现：采用横向T形梁体系时，为满足顶板的受力和变形要求，T形梁高度要达到1400mm以上，这将加大车站结构的埋深和规模，而当采用预应力箱梁结构体系时，箱梁高度为1 200mm，可满足其受力、变形的要求。但由于地下工程采用预应力结构无现场预拉浇注的条件，只能采用预制构件，这样构件之间的接缝防水处理成为最大的难题，尤其，是顶板结构更不宜采用；对T／lg_,g~构设计通过采用变截面形式后，即可满足结构受力和变形的要求，同时不加大车站埋深，现浇结构对防水也好处理。
4．2无柱区底板结构
由于车站底板大部分位于中等风化岩层，应该说基底条件较好，但无柱区底板的净跨也达到15．7m，大跨度底板结构设计的控制因素在于地下水的浮力，为避免加大底板结构厚度，节省投资，设计考虑在车站有柱区利用盖挖逆筑法在中柱下设1200MM的端承桩，而在车站无柱区底扳跨中沿纵向每6m设中l 200mm的抗拔桩，变大跨为小跨，使底板结构受力大为改善，并满足整体抗浮的要求。
4．9连接节点的处理
车站围护结构为矩形人工挖孔桩，截面尺寸为1．0mxl．5m，桩问采用了凹凸企口，并加设钢边止水带，接缝防水及整体陛较好。为充分利用矩形人工挖孔桩墙的刚度，车站结构首次采用丁单层墙形式，即在矩形人工挖孔桩墙施工时先在各层板标高处予埋钢筋接驳器，然后将各层板横向钢筋与墙内钢筋接驳器直接连接，以达到节点刚接的要求。没计时为消除节点处采用钢筋接驳器造成同一截面连接钢筋超过50％的不利因素，同时将板的跨中弯矩增加10％进行设计。
4．4中板大开孔的处理
大跨中板结构设计采用了平板结构形式，对于楼、扶梯开孔部位考虑了孔周设吊杆或型钢组合梁两种方案，最终设计采用了型钢组合梁的形式，同时减薄孔洞两侧板的厚度，这样可避免采用吊杆存在的耐久性和振动影响问题。
5施工方案及地下管线处理方案
5．1 施工方法
由于江南大道的交通十分繁忙，车站施工时路面交通不能中断，因此车站布置时靠道路东侧设置，这样基坑开挖及结构施工基本不影响江南大道机动车道的交通；同时，为了最大限度的减小车站施工对江南大道东侧人流及非机动车辆的影响，车站框架结构两端有柱区采用盖挖逆筑法施工，中部无柱区采用站厅层明挖、站台层盖挖的施工方案。
5．2 管线处理
江南大道下方的地下管线较多，一般沿道路纵向布置，其中道路东侧对车站施工有影响的主要有10kV地下电缆，DN400和DN800供水管，DN300排冰管，以及110kV高压电缆，管线埋深一般在2．1m以内。
由于车站所处的地面条件，施工场地有限，因此施工期间将沿车站结构纵向管线改移至车站的一侧或临时人流和非机动车道下，对于110kV地下电缆，由于其局部进入车站jC端，为避免110kV地下电缆的改移困难及改移费用充分利用车站盖挖的有利条件，考虑将该电缆槽盒用桁架整体悬吊，待顶板做好后即可恢复覆土。
6 结束语
在城市交通繁忙地段修建地铁要充分考虑工程施工对地面交通的影响，在满足地铁基本功能的基础上压缩车站规模，并在结构方案上采用新技术、新材料、新工艺，对地铁工程的发展和技术进步具有积极作用。
