复杂条件下地铁车站设计

杨守梅，桂 婷

（广州地铁集团有限公司，广东 广州 510380）

1 工程概况

广州市轨道交通8号线北延段某车站位于广州市西增路与内环路交叉路口南侧，为广州地铁5号线与8号线换乘站，车站两端为盾构区间，如图1所示。车站为地下2层14m岛式站台车站，车站全长182.6m，车站基坑开挖深度为16.99～22.5m。

图1 车站周边条件

1.1 周边条件

（1）本站址范围1号古树，在主体基坑内，树冠约7m，如图2所示；2号古树位于车站西南侧，距离基坑约5m，向远离基坑一侧倾斜，树冠约5m，如图3所示。

图2 1号古树

图3 2号古树

（2）在车站东北侧与既有5号线车站南站厅进行换乘。

（3）车站北侧为内环路高架桥，桥梁桩基距离车站约16m；车站西侧有好又多（A13，距离车站10.6m）、四栋A8房屋（与车站最小距离约3.7m）；车站东侧有荔湾第二人民医院（A4，距离车站4.5m）、二汽西湾路东B栋（A9，距离车站5.1m）、既有5号线南站厅。

1.2 地质条件

根据车站的地质勘察报告，开挖范围内的主要地层为：素填土、杂填土层<1>、中粗砂层<3-2>、软塑状粉质黏土层<4N-1>、可塑状粉质黏土层<4N-2>、硬塑状粉质黏土层<4N-3>、河湖相沉积淤泥层<4-2A>、河湖相沉积淤泥质土层<4-2B>、可塑状泥质粉砂岩残积土层<5N-1>、硬塑状泥质粉砂岩残积土层<5N-2>、碎屑岩全风化带<6>、碎屑岩强风化带<7-3>、碎屑岩中风化带<8-3>、碎屑岩微风化带<9-3>。地层的主要力学性能指标如表1所示。

表1 岩土主要力学性能指标表

1.3 水文条件

地下水类型为第四系松散层孔隙水和碎屑岩基岩裂隙水。第四系松散层孔隙水主要赋存于冲洪积中粗砂<3-2>中，透水性中等，仅为厚0.6m的透镜体，水量有限；第四系其他土层中的人工填土透水性一般，而淤泥质土及冲洪积、残积土层透水性微弱。碎屑岩基岩裂隙水主要赋存在白垩系碎屑岩强、中风化带中，强风化岩呈半岩半土状或碎块状，风化裂隙发育。

1.4 主要控制性因素

（1）东北侧为既有5号线南站厅，西侧为多、高层房屋，限制了车站在东西方向的平移挪动。

（2）车站北侧为内环路高架桥及内环路、南侧存在古树，限制了车站在南北方向的平移挪动。

（3）站址范围有两颗古树，需对其采取保护措施。因受车站拆迁进度影响及古树保护的需要，按时间先后顺序，研究过两个方案：①过古树段局部单线暗挖方案；②拆迁受阻段左右线暗挖、开通初期地铁车辆在车站不停站的“暂时飞站”方案。

2 过古树段局部单线暗挖方案

2.1 古树段保护的原则

根据相关法规，确定了“古树保护优先、优化站位方案以避让古树”的原则。

2.2 车站规模及站位调整研究

受周边条件及车站本身的影响，车站主体站位及规模均不具备调整性。具体如下：（1）受车站东侧荔湾第二人民医院、二汽西湾路东B栋、既有5号线南站厅等建筑物影响，车站无法往东南侧移动。（2）根据1号古树的位置，即使车站压缩至11m岛式站台依然无法避开1号古树。（3）该站作为换乘站客流量大，5号线车站仅预留了南站厅换乘的条件，8号线车站宜按14m站台进行设计。

2.3 不调整站位和车站规模情况下的方案研究

（1）古树保护。在古树保护优先、车站主体站位及规模均不具备调整性的前提下，研究优化方案如下：①1号古树。车站主体结构左线局部暗挖法通过，对1号古树进行原址保护。方案调整后，1号古树距离围护桩距离约为南侧4.0m、北侧4.3m、东侧10.6m、西侧5.5m，保证树根保护面积大于树冠面积；底部距离矿山法隧道大约7m，古树下方不采用注浆等地层改良措施，避免注浆对古树产生危害。②2号古树。调整风亭、出入口位置对古树2进行原地保护。方案调整后距离东侧最近围护桩由原方案2m增加至6.7m，其余三面均维持古树原状。③古树的具体保护措施。首先，划定保护区域，采用下部砌围墙2m高，墙上张钢丝网封闭围护。设置禁区标志，专人负责值班。其次，基坑和隧道开挖前，即进行监视，发现问题及时处理。再次，基坑施工阶段，在古树一侧，重点防护，杜绝物体飞出伤害树木。最后，聘请植物专家作为顾问，定期来现场，对保护措施提出建议。调整方案总平面图如图4所示。

图4 调整方案总平面图

（2）建筑方案。站位不变，车站长度向南延长3m，在1号古树的位置采取局部暗挖，如图5所示。为避让古树，采用暗挖方案减小了车站面积，牺牲了部分功能，如车站使用空间变得狭小、站内公共卫生间无法设置等。因此需加大原外挂部分的面积以满足地铁车站使用功能。车站主体和外挂部分增加建筑面积约1570m2，附属增加建筑面积约300m2。南端风亭设置为高风亭，风口距离A8楼满足15m的环评要求。

图5 1号古树处暗挖隧道断面图

（3）结构方案。受古树影响的局部车站左线站台层按喷锚构筑法进行施工，采用复合式衬砌结构形式。初期支护采用喷混凝土、钢筋网和型钢钢架，二衬采用钢筋砼。超前支护措施采用双层φ108大管棚，开挖采用CRD法。隧道主要在粉质黏土和强风化层中穿行。其余结构采用半盖挖法施工，围护结构采用Φ1000@1150mm钻孔+内支撑。矿山法隧道在车站南端盾构端头主体结构顶板预留盾构吊出孔施工完成后进行施工。

2.4 存在问题

（1）对古树的影响。近距离基坑的开挖以及暗挖法施工等，都会对地层进行一定的扰动，地下水流失；平面上在四面均修筑了围护结构，暗挖隧道顶部距离古树约8.2m，会造成古树水分供应不足等。同时根据广州6号线首期的经验，对古树采取保护仍然无法避免古树的死亡。因施工过程中对古树的生存环境造成无法控制的影响，古树是否能够存活无法预估。

（2）车站使用功能。①由于站台部分暗挖，原布置于站台层小里程端的公共卫生间需取消。②四号出入口为躲避古树需向北侧移动，致使通道距离进出入闸机较近，对客流组织不利。

（3）前期工程。临时借地增加约360m2，施工围蔽紧贴车站西侧A8居民楼设置，对其进出造成影响，协调难度增加。

（4）施工风险。①本方案局部明暗挖结合施工，施工难度增大，须保证接口处明挖基坑的安全稳定。②为避免破坏树根以及影响其周围的生长坏境，超前支护措施仅采用了双层加密大管棚，取消了超前小导管和拱顶锚杆，对暗挖施工有不利影响。③暗挖施工过程中，如遇台风等极端天气时，须停止暗挖施工，以避免古树将天气等不利自然荷载传给拱顶土体，造成施工安全风险。④施工过程中须对古树的生长环境进行紧密监测，如地下水位、水质和土体质量等因素。然而由于不可抗力的外界因素和施工过程中对土体造成的必然扰动，使得古树的存活仍然无法预估。

3 左右线暗挖“飞站”方案

3.1 左右线暗挖“飞站”方案背景

2012年底本站完成初步设计审查，进入施工图设计阶段。但车站西南侧房屋拆迁进度缓慢，至2017年2月施工单位仍未进入现场开始施工，如等待房屋拆迁完成后再开始土建施工，将不能满足工期要求。且车站南端场地较小、管线较多，按常规的明挖方案施工困难，且交通疏解、管线改迁的工作量大，因而研究了车站南端左右线暗挖“飞站”方案。至2017年2月尚未完成拆迁的房屋如下图未能拆除房屋如图6所示。

图6 未拆迁房屋平面图

3.2 建筑方案

（1）总平面图。由于房屋拆迁进度缓慢，为保证8号线北延线通车要求，考虑暗挖通过无法拆迁的房屋。小里程端往大里程方向40.4m范围内左右线采用暗挖法施工。由于本站1号风亭组位于未拆迁房屋范围内，即在房屋未拆迁之前亦无法实施，考虑实施车站大里程端的2号风亭组，满足区间送排风要求。本站在1号风亭组实施前暂不开通，8号线北延段开通运营后，地铁车辆在本站不停站直接通过，以下简称“暂时飞站”，如图7所示。

图7 “暂时飞站”总平面图

（2）站厅层：①因站台层改为暗挖，原站厅层小里程端设备房间移至外挂设备区，仅保留必要的活塞机械风室、排风室；②外扩公共区两跨，调整进出站闸机布置，两侧出站中间进站，优化进出站客流流线；③外扩部分增加便民设施布置、优化公共区卫生间布置，完善服务功能；④取消公共非付费区E轴柱子，使非付费区空间更加宽敞、流线更清晰无阻挡。

（3）站台层：①小里程端左右线均暗挖，活塞风从隧道夹层进出；②原小里程端区间人防隔断门因改暗挖隧道取消，改设至彩虹桥站大里程端；③外扩区域为主要设备管理用房区。

（4）覆土层：由于站厅层公共区外扩，压缩设备区，环控机房及风道人防门设置于覆土层，覆土层结构顶板顶面出现状地面约250mm，并考虑未来建设低矮商业建筑（1～2层便利店等）的预留条件。

（5）活塞风：由于小里程端左右线改为暗挖，左线活塞风由原修初方案的侧面进出改为暗挖隧道夹层进出，隧道夹层过风断面面积约20m2，如图8所示，满足活塞风要求。活塞风路径为：从左线线屏蔽门起点里程位置进入隧道夹层，经明挖段南端中板孔洞至站厅层，过人防门后从主体顶出，满足与周边建筑A8的环评间距要求，如图9所示。整个活塞风路径总长约48m，满足规范要求。

图8 左右线暗挖断面

图9 活塞风路径

3.3 结构方案

（1）大断面暗挖设计措施。在南端左右线增加矿山法暗挖车站，且为满足隧道活塞风过风面积及区间盾构空推吊出的要求，暗挖断面采用11.88m（宽）×11m（高）大断面。鉴于此暗挖段左线位于古树下方，为尽量避免注浆对古树存活、生长的不利影响，对拱顶地层尽量不注浆。经经济技术综合比较后，暗挖断面采用管幕作为临时支护措施，CRD法开挖，具体如图10所示。

图10 双线暗挖方案支护断面图

该暗挖隧道按喷锚构筑法进行设计和施工，采用复合式衬砌结构形式。初期支护采用喷混凝土、钢筋网、锚杆和型钢钢架，二衬采用钢筋砼。各支护参数如下：①初支喷混凝土：C25、P6早强混凝土，全断面支护。②锚杆：D22砂浆锚杆，L=3.5m，间距0.5m（纵）×1.0（环）m，菱型布置，设于边墙部位。锚杆与型钢钢架对应设置，其尾端与钢架焊接牢固。③钢筋网：采用φ8钢筋，构成150mm×150mm网格，拱墙设置。钢筋网应与锚杆尾端联接牢固。④型钢钢架：型钢钢架采用I25b型工字钢，全环设置，间距0.5m，其布置间距可根据地质情况或监测信息予以调整。⑤管幕：设于隧道拱部，采用φ630管幕（t=16mm），环向间距0.73m,单根管幕长度为25m（即伸出暗挖端墙10m）。⑥二次衬砌：C35防水钢筋混凝土，其抗渗标号不小于P10。砼中掺加抗裂剂和聚合物纤维。⑦对导洞掌子面前方的<4-2A>、<5N-1>、<7-3>层进行深孔预注浆，浆液采用双液浆（水泥-水玻璃浆液），注浆管间距500mm×500mm，加固后地层应具有良好的整体性和匀质性，其无侧限抗压强度不小于1.0MPa，渗透系数应小于0.000001cm/s。若达不到设计要求，需进行补充注浆，且掌子面注浆后达到止水效果后方可开挖施工。施工步骤如图11所示。

图11 左右线暗挖隧道施工步骤图

3.4 存在问题

（1）对古树的影响。仅在古树北侧修筑了围护结构，暗挖隧道距离古树约6.7m；相较于原设计方案，本次方案对古树保护稍好。

（2）车站使用功能。站台层左线暗挖范围超出一节车厢长度，最后一节车厢在候车、上下车方面较原方案略显不便。

（3）前期工程。①可减少暗挖终点里程ZDK18+227.800以南的横线管线的迁改工作，即减少变更必要性中所述的多条横向管线的改迁。同时，由于车站南端头由明挖法调整为暗挖法后，也可减短与车站平行管线的改迁长度。缩短的改迁长度如下：电力管，材质为铜，尺寸为1孔100mm×100mm四条，减少改迁长度约40m；雨水管，材质为砼，尺寸为φ300，埋深1.06m，减少改迁长度约30m；给水管，材质为铸铁，尺寸为φ300，埋深为1.23m，减少改迁长度约30m。②可减少原车站主体南端的第一期交通疏解；将车站主体结构施工期间的交通疏解次数由三期缩短至两期。

（4）施工风险。与原方案相比，南端左右线均采用大断面暗挖方案，且左右线隧道最小距离仅2m，施工风险增大。

4 结束语

结合工程实际推进情况，综合考虑两种方案的实施可行性、对古树的影响大小、建成后车站功能的使用性、前期征借地和管线迁改工程量大小和施工风险性，最终采用左右线暗挖“飞站”方案。通过对本车站两种方案的设计，总结出以下几点经验，在今后类似的复杂条件下车站方案设计可以重点关注并借鉴：

（1）周边环境复杂时，通过调整建筑布置、优化结构施工工法等手段，实现车站功能，减小工程实施阻力，加快工程进度。

（2）对需保护的古树，采用暗挖法通过，利用管幕作为初期支护措施。不对古树下方地层采用注浆等措施，尽量维持古树根系的土壤环境，保护古树存活。

（3）地面交通疏解、管线改迁等前期工程困难时，应尽量采用暗挖法或盖挖法等施工方法，降低前期工作难度。