赵其轩, 李朝龙, 沙开莱, 高成博

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司, 上海 200092)

地铁车站一般位于城市干线，建设阶段在主干线大范围占道施工。但由于大范围占道给交通导行带来极大困难，不适用于交通繁重地段的地铁施工。半盖挖法作为新型施工技术，既克服了逆作法和全盖挖法施工进度慢、质量较难控制的缺点，又能高效组织交通导行，且其成本较全盖挖法低，因此在地铁领域得到了越来越广泛的应用。本文结合成都某地铁站设计实例，以永久结构构件作为半盖挖桥系承重结构的方法作相应研究，对半盖挖结构主要工况作受力计算和分析。

1 工程概况

1.1工程简介

该站是成都地铁6号线一、二期工程的中间站，车站位于锦华路与晨辉东、西路交叉路口。本站为6、7号线“T”型换乘车站，6号线沿锦华路南北向设置，7号线沿晨辉东路东西向设置，7号线属于在建项目。本站为13 m岛式车站，标准段采用双柱三跨地下三层现浇框架结构，结构标准段宽度22.5 m，车站总建筑面积为17 165 m2，车站主体总外包长度216 m，基坑深度为27 m，覆土厚度约为2.1 m。车站大里程端盾构接收，盾构平推过站后，小里程端盾构始发(图1)。

图1 总平面

1.2 工程地质概况

根据钻孔揭示，场地范围内上覆第四系人工填土层(Q4ml)；其下为第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)粉质黏土、黏质粉土、中砂及卵石、下伏基岩为白垩系上统灌口组泥岩(K2g)。

拟建车站场地范围内无地表水径流。车站起点西北向约350 m为沙河，属川西平原岷江水系，河宽约40 m，基本已受到人为改造，河床深度、流量以及洪水位等均已受到人为控制，河内水面坡降不大，地表水与地下水水力联系较弱。

1.3 主要设计原则

(1)车站结构按设计使用年限100 a的要求进行耐久性设计，结构安全等级为一级，其重要性系数γ0=1.1。

(2)车站结构按设防烈度7度进行抗震验算，并在结构设计时按三级抗震采取相应的抗震构造处理措施，以提高结构的整体抗震性能。

(3)本工程防核武器及常规武器抗力级别均为6级。

2 车站结构设计

2.1 设计周边环境

该站位于锦华路与晨晖路交叉路口，沿锦华路敷设。锦华路宽40 m，双向6车道，为成都市城区东部主要交通干线，主体施工期间，锦华路必须满足地面交通4个机动车道+2个非机动车道通行，所需路面宽度为3.5×4+2.5×2=19m。

道路两旁紧邻小区。站位西北端现状为康郡高层居民住宅小区，东北、东南端现状主要为金象花园多层砖混居住楼，西南端为康郡小区3期小区以及一座商场。

车站周边控制性管线主要有：DN700污水(埋深4～4.7 m)、DN700污水(埋深4.6～4.9 m)、DN800雨水(埋深2.7～3.1 m)、DN1000雨水(埋深2.7～3.2 m)、通信、电力、给水、燃气等。

2.2 车站施工方法选定

为满足施工期间道路交通要求，从工程施工难度、质量、周围既有建筑物、管线等多方面因素考虑。车站采用半盖挖法施工。施工周期分四期进行，保障道路交通运行需求。

(1)一期施工车站A出入口及车站西端示意范围围护桩，围挡面积2 604 m2，围挡时间4个月。锦华路车辆通过东、西侧绕行。保证双向8+2通行(8×3.5 m机动车道+2×2.5 m非机动车道)(图2)。

图2 一期交通导改

(2)二期施工车站主体结构盖挖部分及车站东侧围护桩，围挡面积4 188 m2，围挡时间7个月。锦华路车辆通过东、西侧绕行。保证双向5+2通行(5×3.5 m机动车道+2×2.5 m非机动车道)(图3)。

图3 二期交通导改

图4 三期交通导改

图5 四期交通导改

(3)三期施工车站主体结构剩余部分，围挡面积7 775 m2，围挡时间12个月。锦华路车辆通过东、西侧绿化带绕行。保证5+2通行(5×3.5 m机动车道+2×2.5 m非机动车道)(图4)。

(4)四期施工车站附属部分，围挡面积7 790 m2围挡时间6个月。锦华路面通行宽度压缩。保证4+2通行(4×3.5 m机动车道+2×2.5 m非机动车道)(图5)。

2.3 半盖挖结构计算

2.3.1 计算断面

车站主体基坑施工阶段，为保障道路交通运行，不具备全断面开挖的施工条件。采用半盖挖法进行局部车站顶板施工并架设临时混凝土立柱(图6)。

图6 半盖挖横断面

2.3.2 围护结构

该基坑工程由围护结构和竖向承重局部盖板桥系结构组成。将车站围护结构体系分开计算。车站标准段采用φ1200@2000灌注桩，围护桩嵌固深度取5 m；盾构段采用φ1200@1800灌注桩，围护桩嵌固深度取5 m，围护桩在盾构洞门影响范围内的钢筋采用玻璃纤维筋。内支撑采用四道支撑，第一道支撑为混凝土支撑，第二、三、四道为φ609钢支撑，桩顶设置钢筋混凝土冠梁，第一道支撑支撑于冠梁上，第二、三、四道支撑支撑于钢围檩上，桩间土采用φ8.0@150×150 mm钢筋网、150 mm厚C20网喷混凝土封闭。

2.3.3 盖板桥系结构

竖向承重桥系结构工程由半幅结构顶板、梁和临时混凝土立柱组成。该桥系结构采用北京大学sap通用结构分析软件建立计算模型。

2.3.3.1 计算参数

本站车站顶板位于人工填土、粉质黏土或黏质粉土层中，主体结构多位于粉质黏土、黏质粉土、砂层、卵石层及基岩中。车站底板位于中等中风化泥岩层中。根据地勘报告，顶板覆土加权容重按20 kN/m3计算；断面所在土层加权容重=∑(γihi)/∑hi=20 kN/m3；断面所在土层加权静止侧压力系数计算取K0=0.3。

2.3.3.2 计算简图

取半盖挖顶板结构作为车站施工时临时工况作为计算模型，同时整体计算车站二维框架施工工况及永久工况取包络设计(图7、图8)。

图7 半盖挖计算模型

图8 车站横断面计算模型

2.3.3.3 计算过程

设计中不考虑地震和人防等荷载偶然组合，并按照承载力极限状态和正常使用极限状态两种工况验算结构在施工阶段的结构受力。根据以往的设计计算经验，影响盖挖结构构件配筋设计主要是施工阶段承载力极限状态控制和正常使用极限状态裂缝宽度验算。

计算结果见图9～图16。

图9 盖挖工况弯矩

图10 盖挖工况剪力

图11 近远期工况基本组合弯矩包络

图12 近远期工况基本组合剪力包络

图13 近远期工况基本组合轴力包络

图14 近远期工况准永久组合弯矩包络

图15 近远期工况准永久组合剪力包络

图16 近远期工况准永久组合轴力包络

3 结论与建议

在狭窄的城市空间修建地下工程，既要满足施工期间地面交通的要求，又要达到节约工期的目的。结合明挖和盖挖的修筑技术，创新采用半盖挖法，协调解决了施工用地和快速施工的要求，取得一定的经济和社会效益。通过对某站的设计研究，结论和建议如下：

(1) 临时桥系半盖挖法施工存在工序繁多、施工效率低、投资大等缺点，优化后的方案工序大为简化，避免不必要的拆除工作和二次市政占道，同时节省了临时工程的安拆相关费用。

(2) 围护桩和临时混凝土柱作为竖向承重构件，保证其压弯稳定性极其重要，必要时应将水平支撑和竖向钢管柱协同布置，并有效拴接。

(3) 本文整个半盖挖结构顶板都作为地面交通，城市交通得到更好地改善。