邓稀肥，邬家林，贺恩怀，陈 涛，梁克鹏

(1.中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023；2.杭州市地铁集团有限责任公司，杭州 浙江 310012；3.中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

0 引言

为满足城市交通的需求，结合现代商贸综合体建设的总体思路[1-2]，更多的地铁车站附属工程追求大空间，结构形式更趋多样化。王林等[3]对长沙地铁2号线望城坡站附属2号风道与Ⅲ号出入口结构进行改造，通过ANSYS软件进行分析对比，确定采取桩顶连梁将围护桩、出入口结构和风道连成一个整体的优化方案。齐少轩等[4]应用有限元法对拱盖法暗挖车站主体与附属接口处进行优化，并结合监控量测验证了方案的可行性。李智[5]以佛山万科广佛线季华园站出入口及风亭改造设计项目为依托，对车站附属改造设计过程相关问题提出可供参考的优化方案。

随着地铁车站附属结构的复杂化，附属施工过程中的支护受力体系转换也更复杂，而地铁车站附属施工往往面临工期紧、施工场地有限等问题，如何结合现场施工条件通过优化附属支护体系设计、缩短工期、节约资源投入是附属施工需重点研究的问题。本文重点针对杭州地铁6号线火车东站项目附属结构施工特点，对附属基坑支护体系进行了优化研究。

1 工程概况

杭州地铁火车东站为地铁1号线、4号线、6号线和机场快线的换乘节点。如图1所示，新建杭州地铁6号线2期火车东站项目含6号线及机场快线2座车站。6号线车站为地下4层站，机场快线车站为地下5层站。该项目周边环境复杂，西侧为高铁站，东侧为华润商业体，南侧为地铁1，4号线区间隧道。为满足火车东站巨大客流量在4条地铁线间便捷换乘及向高铁站通行需求，附属结构呈环绕型布置(见图1所示阴影部分)，设6号线车站与机场快线车站连通区、地铁站与高铁站连通区。图1所示地下1层范围灰色地下连续墙及跨街通道围护桩与侧墙需破除，破除工程量大。

图1 杭州地铁6号线火车东站附属平面

B出入口及1号风亭围护结构为新建TRD工法墙+内支撑。A出入口、2号风亭和3号风亭围护结构为新建钻孔桩+止水帷幕+内支撑。E出入口、D出入口和4号风亭围护结构采用原高铁站地下室围护桩+防水处理+内支撑。B出入口围护结构采用华润70地块地下连续墙+内支撑。

地层分布如图2所示，自上而下分别为：①2素填土、③1砂质粉土、③2砂质粉土、③3粉砂夹粉土、⑥1淤泥质粉质黏土、⑧1黏土层。6号线和机场快线车站底位于⑧1黏土层，附属基坑底部位于粉砂夹粉土层。附属基坑开挖深度9.2m。

图2 地层分布示意

2 原附属支护体系设计及分析

原附属支护体系设计为3道内支撑(1道混凝土支撑+2道钢支撑)，利用主体车站地下连续墙(厚1.5m)作为一侧围护结构。施工工序如图3所示。

图3 原支护设计施工工序

1)主体结构封顶，施工防水后，回填至地面标高，为保证基坑开挖过程中围护结构的受力，回填必须密实。施工冠梁及首道混凝土支撑。

2)基坑开挖，架设2道钢支撑，在钻孔桩一侧设钢腰梁。基坑开挖见底后，封闭底板。为保证后期钢支撑拆除后的基坑稳定性，底板浇筑必须与主体车站地下连续墙密贴。

3)拆除第3道钢支撑，主体车站结构与地下连续墙为叠合墙结构，为避免地下连续墙在机械破除过程中振动引起车站结构损伤，先在底板表面高度用绳锯水平切割地下连续墙，再采用镐头机破除地下连续墙。

4)人工凿除后浇带混凝土，后浇带施工。

5)施工侧墙及顶板。

6)拆除第2道钢支撑，破除剩余地下连续墙，切除首道混凝土支撑，回填。

上述附属支护体系设计对工程施工的不利条件分析如下。

1)如图3c所示，地下连续墙破除后，剩余地下连续墙竖向悬空，质量大(1.5m厚、3m高)，仅靠2道水平支撑，稳定性难以保证，且第2道钢支撑在地下连续墙破除过程中轴力损失大[6]，风险极高。

2)因主体车站侧墙与地下连续墙为叠合墙结构，地下连续墙采取机械破除前，必须采取绳锯将破除部分切割脱离。后浇带破除因不具备切割条件，需人工破除，不仅破除量大，而且临空面少，破除难度大。

3)施工过程中工序转换多，对施工进度影响大，特别在附属施工工期紧的条件下更突显。

3 优化附属支护体系及分析

针对原支护体系设计的不利条件，经过研究论证，提出在主体车站顶板上设置牛腿，仅设1道混凝土支撑支护的优化思路，将主体车站地下连续墙在围护结构受力体系中解放出来，最大可能降低工序转换及避免风险。

如图4所示，优化支护体系，在车站结构顶板上设置牛腿，作为支撑受力端，设置1道800mm×800mm混凝土支撑，冠梁上部设置0.4m厚、2.25m高挡土墙。为便于顶板施工，混凝土支撑地面高出结构顶板40cm。施工工序如图4所示。

图4 优化支护设计施工工序

1)土方开挖至支撑底标高，在支撑底标高采用绳锯水平切割地下连续墙使其脱离，镐头机破除，破除后施工冠梁和支撑。

2)土方开挖见底，在基底标高用绳锯水平切割地下连续墙，使其脱离，镐头机破除到底。

3)相继施工地板、侧墙和顶板。

4)顶板强度满足要求后，绳锯切除顶板上牛腿和支撑，回填。

上述优化支护体系对工程施工的有利条件分析如下。

1)地下连续墙不作为开挖过程中支护体系的一部分，开挖过程中，自上而下进行破除，不存在地下连续墙竖向悬空风险。

2)无钢支撑架设、拆除及后浇带处理施工内容，极大地简化了施工工序；在附属大面积施工场地狭小的条件下(见图1)，减少了钢支撑堆放、拼装及吊装施工区域，可极大优化场地布置、提高施工效率；且底板一次浇筑完成，确保了底板施工质量。

3)地下连续墙不作为开挖过程中支护体系的一部分，主体车站结构顶板无须回填至地面后进行附属施工，可在主体车站结构顶板防水做好后，填土形成施工便道，即可进行附属施工。在工期紧的情况下，可提前进行附属结构施工。另外，相较于填土至地面，降低了基坑开挖深度，可简化开挖机械配置，无须配置长臂挖掘机。

4)较显著地缩短了工期及资源投入。

5)该优化支护体系因取消了2道钢支撑，缩短了围护桩桩长，缩短部分调整为挡墙，整体降低了成本。

4 两种支护体系资源投入及工期对比分析

该分析主要是针对图3和图4所示施工工序，仅考虑1个施工段(20m)，基坑宽度取6.5m，细化施工内容，重点对比分析资源配置及工期。两种方案中一致的部分施工内容，如冠梁支撑施工的桩头破除、场地平整及垫层，土方开挖前首道混凝土撑等强，土方装运，地下连续墙破除碎渣挖运，基底垫层及防水施工，顶板等强，支架拆除及顶板土方回填等不进行具体对比分析。

4.1 原方案施工投入资源及工期分析

依据图3所示原支护体系施工策划，资源配置及施工经验工效如表1所示，关键工序所需工期分析如下。

表1 原支护体系资源投入及工期汇总

1)该工序中，冠梁支撑钢筋绑扎需1个班，模板安装1个班，混凝土浇筑0.5个班，考虑各施工内容连续作业，该工序共计需2.5班。

2)该工序的施工内容无法交叉作业，土方开挖分3次间隔作业，需2个班；钢支撑架设分2次间隔作业，需2.5班；钢筋绑扎需2.5个班，混凝土浇筑需0.5个班。考虑各施工内容连续作业，该工序共计需7.5班。

3)该工序拆撑前考虑底板等强3d(6个班)；拆撑需1个班；绳锯切割需1.5个班，可在底板等强期间施工，地下连续墙破除(含清渣)需6个班。该工序共计需13班。

4)后浇带采取人工破除，考虑清渣和钢筋割除的相对滞后性，需3个班；底板钢筋绑扎需对接接驳器、焊接等作业，且空间狭小，工效较低，需2个班；混凝土浇筑需0.5个班。该工序共计需5.5个班。

5)支架搭设需1个班，模板安装3个班，考虑侧墙钢筋绑扎可与支架搭设交叉作业，需5个班，混凝土浇筑1个班。该工序共计需9个班。

6)拆除第2道钢支撑需1个班，破除需4个班，该工序共计需5个班。

4.2 优化方案施工投入资源及工期分析

依据图4所示原支护体系施工策划，资源配置及施工经验工效如表2所示，关键工序所需工期分析如下。

表2 优化支护体系资源投入及工期汇总

1)该工序中，土方开挖需0.5个班，开挖完成后进行地下连续墙一次绳锯切割需1.5个班，地下连续墙破碎需2.5个班，钢筋绑扎1.5个班，模板安装2.5个班，混凝土浇筑0.5个班。该工序共计需9个班。

2)土方开挖见底，考虑基坑收平，需1.5班；开挖见底后进行地下连续墙二次绳锯切割需1.5个班，地下连续墙二次破除7个班，地板钢筋绑扎需2个班，混凝土浇筑需0.5个班。该工序共计需12.5个班。

3)支架搭设需1个班，模板安装3个班，考虑侧墙钢筋绑扎可与支架搭设交叉作业，需5个班，混凝土浇筑1个班。该工序共计需9个班。

4)切除顶板牛腿和首道混凝土撑需1个班。

由表1，2和图5所示，原支护体系单段(20m)施工关键工序共需42.5个班，而优化支护体系单段(20m)施工关键工序共需31.5个班。附属结构顶板封闭时间优化支护体系提前7个班。

图5 两种不同支护体系所需工期对比

两种支护体系单段施工(20m)资源投入对比如表3所示，结果显示优化支护体系所需人工总工班仅为原支护体系的74%，减少了钢支撑架设和拆除的5.5个汽车式起重机台班，增加了8个绳锯切割台班，降低了大量施工成本。

表3 两种支护体系资源投入对比

5 结语

1)针对地铁车站具有大面积连通区、环绕型设置的附属结构，将破除地下连续墙作为支护体系一部分，施工工序转换多，安全风险较高。

2)优化的支护体系，借助主体结构顶板设置钢筋混凝土牛腿进行支护，显著缩短了工期，降低了施工成本。