地下车站工程方案对比分析

刘磊磊 马建

摘要：

本文以合肥地区某地铁车站工程方案为例，依据场区工程地质和水文地质条件、环境条件、地层物理力学指标、车站的埋置深度及各种具体施工方法的适用条件等诸多因素，考虑本站情况，对明挖法、盖挖法和暗挖法施工方案进行综合分析，并确定采用明挖法，明挖法是修建地下铁道的常用施工方法，具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量、工程造价低等优点。

关键词：工程地质；水文地质；明挖法

中图分类号：E271文献标识码： A

1 工程概况

拟建车站沿长江东路布置，为地下两层岛式站台车站，车站总长182.4m。车站范围内属二级阶地地貌，地形较为平坦，地面高程一般为21.5～25.8m。车站主体结构为地下二层单柱双跨钢筋混凝土框架结构。标准段宽度为20.7m，覆土厚度约3～3.9m，底板埋深约16.3～19.9m；车站东西端均设端头井，端头井宽度为24.6m，小里程侧端头井覆土厚度约3m，底板埋深约18.9m；大里程侧端头井覆土厚度3.9m，底板埋深约19.7m。

2 地质概况

2.1地形地貌

本段地形稍有起伏，为台地地貌，地面高程18～25m。现多为交通道路。

2.2沿线地层特性

结合区域地质资料，根据沿线所揭露地层的地质时代、成因类型、岩性特征等工程特性，将沿线岩土层分为11个单元层：1）填土(Qml）；2）全新统南淝河组黏性土层、粉土、砂层(NQ4）；3）更新统下蜀组冲洪积黏性土、砂层(XQ3）；4）残积层(Qel）；5）下第三系定远群组泥岩(E1dn）；6）下第三系定远群组泥质砂岩(E1dn）；7）白垩系上统张桥组泥岩（K2Z）；8）白垩系上统张桥组泥质砂岩（K2Z）；9）侏罗系上统周公山组泥岩（J3Z）；10）侏罗系上统周公山组泥质砂岩（J3Z）；11）构造形成的断层泥及断层角砾岩。

2.3地质构造

测区在区域地质构造属于扬子准地台江淮台隆所属的合肥断陷盆地，区域上位于华北地台的南端，燕山期活动强烈，形成平缓开阔的合肥断陷盆地，本区断裂构造主要有近东西向、北西向、北东向三组。

段内上覆第四系人工填土，下伏为第四系更新统下蜀组巨厚层状黏土，层厚一般大于35m，下部基岩为下第三系定远群组泥质砂岩，岩层总体呈单斜状，地质构造简单。

2.4工程地质及水文地质条件

2.4.1工程地质条件

车站范围内每个岩土层描述如下：

<1-1>人工填筑土（Q4ml）：

杂色，0～0.15m为沥青路面；0.15～1.30m为混凝土路面，1.30～3.30m为人工杂填土，杂色，松散，以大量碎石及少量粘性土回填。岩芯采取率为85%～100%，层厚1.4～4.0m。

<3-1>黏土（XQ3）

褐黄色，可塑，含铁锰质结核，切面光滑，韧性高，干强度中等，无摇振反应。岩芯采取率90%～95%。段内分布在人工填土之下，仅7孔揭示该层，位于表层，层厚2.30～6.00m，埋深5.00～8.10m，天然含水率w=19.80～24.8%，天然孔隙比e0=0.609～0.777，液性指数IL=0.32～0.52，压缩系数a0.1-0.2=0.08～0.25MPa-1，压缩模量Es0.1-0.2=6.40～8.90MPa，直剪指标：凝聚力c=24.5～38.6kPa，内摩擦角Φ=11.4～24.0°，自由膨胀率δef =26.0～83.0%。

<3-2>黏土（XQ3）

褐黄、灰褐色，硬塑状，含氧化铁锰质斑点，局部夹灰白色高岭土，韧性中等，干强度高，切面光滑，无摇震反应，采取率约为90%～100%，一般具弱至中等膨胀性，层厚20.55～34.50m，埋深24.20～36.60m，天然含水率w=18.90～28.0%，天然孔隙比e0=0.546～0.765，液性指数IL=0.06～0.23，压缩系数a0.1-0.2=0.06～0.15MPa-1，压缩模量Es0.1-0.2=11.80～27.00MPa，直剪指标：凝聚力c=45.2～92.5kPa，内摩擦角Φ=10.2～18.1°, 固结快剪：凝聚力c=77.5～96.7kPa，内摩擦角Φ=17.3～30.5°自由膨胀率δef =41.0～83.0%。

1）不良地质与特殊岩土

拟建工点范围内未发现不良地质现象。

段内无特殊岩土主要为人工填土及膨胀土。

2.4.2水文地质条件

段内无地表河流、沟渠。地下水主要为第四系孔隙水。

第四系孔隙水主要赋存于黏土层中，以潜水为主，黏土层较广泛分布，总厚度大，埋深浅，成层性较好，含水量较小。黏性土透水性和富水性均较弱。勘察期间大部分钻孔未见地下水位，在个别钻孔中测量到地下水位埋深0～1.0m，单井涌水量一般小于10m3/d，年水位变化幅度约3～5m。

第四系孔隙潜水，水量微弱；地下水总体不发育，地下水对工程修建影响较小。

1）地下水的补给、径流、排泄及动态特征

场址第四系孔隙水主要受大气降水补给。

地下水的径流形式主要为孔隙间渗流。黏土层富水性及透水性较差，连通性差因此，地下水途径一般。地下水渗流方向为水头相对较高处流向水头相对较低处，区间地形平坦，地下水位线较平缓，段内地下水径流方向大体为由东向西。

2）水化学特征

本次初勘阶段共取地下水样5组，经试验分析，地下水类型有：HCO3-.Cl-—Ca2+.Mg2+ ;SO42-.HCO3-—Ca2+.Na+；HCO3-.SO42-.Cl-—Na+.Ca2+、HCO3-—Na+.Ca2+ 、Cl-. HCO3- —Ca2+型。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版），按Ⅱ类环境类型及B类地层渗透性判定，水质对混凝土结构的腐蚀等级为微，对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀等级为微～弱，建议按弱腐蚀性考虑.。

2.5地层物理力学指标

土层物理力学性质指标表 表2.5

2.6 工程地质条件评价及注意事项

本段范围内属台地地貌，现状地貌均为路面，地形平坦，地形地貌条件简单，无泥石流、滑坡、采空区、岩溶塌陷等大的不良地质作用及地质灾害，根据区域地质资料及地震安评资料，场地内地基土土质较为单一，地基较稳定，本场地较适宜建设地铁工程。

车站范围上覆人工填土，层厚0～3m，下伏地层为更新统下蜀组黏土（膨胀土），厚度一般20.55～34.50m。车站结构主体范围内均为更新统下蜀组黏土（膨胀土）。

车站结构范围内黏土层具弱至中等膨胀性，遇水易软化、崩解，工程性质差，基坑开挖时应及时封闭。地下水总体不发育，场地内地基土土质均匀性较好。

3 施工方法方案比选与论证

3.1车站主体结构施工方案的选择

地下车站的施工方法对结构型式的确定和土建工程的造价均有很大影响。施工方法的选择主要依据场区工程地质和水文地质条件、环境条件、车站的埋置深度及各种具体施工方法的适用条件等诸多因素而确定的。施工方案的选择不仅要满足地铁工程本身的使用功能，同时也要满足合理开发利用地上、地下有效空间的要求，并考虑尽量减少由于施工给周围环境带来的不良影响。

目前国内地下车站工程常用的施工方法有明挖法、盖挖法和暗挖法，各有优缺点。考虑本站情况，对明挖法、盖挖法和暗挖法施工方案比选见下表：

施工方案比较表 表3.1

本站沿现状长江东路布置，长江东路道路宽60m，双向8车道，交通量较大；车站现状周边多为低层建筑物，施工期间通过对交通进行导改可满足施工场地需要，综合比较，本站施工方法采用明挖法施工。明挖法是修建地下铁道的常用施工方法，具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量、工程造价低等优点。

参考文献：

[1]《合肥市轨道交通2号线工程初步勘察阶段岩土工程勘察报告》

[2]《合肥市轨道交通2号线工程地质灾害危险性评估报告》

[3]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）

[4]《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）

[5]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社，1997.

[6]王良，惠丽萍.北京西客站地铁车站结构设计[J].铁道标准设计，1995(3)：25-27