地铁建筑专业对洞桩法暗挖车站的方案优化

臧红昊

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

1 引言

轨道交通地下车站一般常采用明挖法及盖挖法，在设计边界条件有限，交通状况复杂的情况下，往往会考虑采用暗挖工法。常见的暗挖车站施工工法有洞桩法、一次性扣拱、棚盖法等。长春市城市轨道交通5 号线一期工程亚泰大街站所处地层自上而下分别为杂填土层、粉质黏土层、中粗砂层、全风化泥岩、强风化岩层、中风化岩层，其中中粗砂层含水量较大。本站由于设计边界条件受限，不具备交通导改条件，管线改迁难度大，管线改迁工期不可控，通过对此车站在埋深选择、风道布置、进洞方式等相关设计问题进行分析，最终考虑采用洞桩法为最优方案。

2 暗挖车站建筑设计的基本注意事项

城市轨道交通车站施工工法一般采用明挖法、盖挖法和暗挖法。明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，但对周围环境的影响较大，一般适用于周边条件较好，具有管线改迁及交通导改条件的车站。盖挖法相对明挖法，施工场地较小，对道路交通等环境的影响有所降低，一般适用于市区繁忙的道路交通，管线可以改迁及交通可以分幅导改。相对于明挖法及盖挖法施工，暗挖法对车站周边的影响相对较小，一般适用于一些管线改迁难度极大、基本无法实现交通导改的车站，但暗挖法对地层条件有一定要求，且相对于明挖法及盖挖法，施工风险略高[1]。

2.1 合理选择车站埋深

通过对亚泰大街站的设计边界条件进行分析，在满足合理设置出入口位置的条件下，车站主体覆土应按照小于10m控制，故车站采用浅埋暗挖法施工较为合理。

浅埋暗挖具有不拆迁、不影响地面交通、不改迁主要管线的特点，适用于北京、长春、沈阳、青岛等地层条件较好的城市。车站覆土主要在0.4～1.5 倍开挖跨度，一般控制在7～10m，具体埋深应根据控制性管线、车站附属布置条件及地层条件综合等因素考虑[2]。

2.2 合理选择风道与车站主体的关系

暗挖车站风道与车站主体结合的关系主要分主体包风道（双层风道）和风道包主体（3 层风道）2 种形式。

主体包风道（双层风道）布置形式，在北京、青岛地区应用较多，排风系统采用双活塞系统，活塞风道、排风道合并为地下1 层风道布置，新风道与另一活塞风道合并为地下2 层风道布置，风道净宽一般约为8.5m，高度一般约为12～14m，车站主体高度一般约为16m。特点是附属高度低于车站主体高度，有效降低附属风道高度，风道不控制车站埋深，施工风险较低。

风道包主体（3 层风道）布置形式，是结合长春地铁特有排风系统（单活塞单事故风机，活塞事故风机与车站排烟事故风机互为备用）布置，新风道通过站厅夹层布置在地下1 层，活塞风道及排风道布置在站厅层风道及站台层风道内。风道净宽一般约为9m，高度一般约为19～20m，主体高度一般约为16m，风道在站厅层以上的起拱高度约为10～11m，风道高于车站主体，车站的埋深不仅由主体本身控制，还受制于暗挖风道的埋深。特点是新风布置在夹层，车站规模可优化减少2～3m，但车站埋深受控于两侧风道，故风道施工难度较大，风险较高。

风道与主体结合形式需要根据周边环境，地质及管线，经济性、可实施性、施工风险等因素综合考虑。

3 亚泰大街站方案分析

3.1 车站工程概况

长春市城市轨道交通5 号线一期工程亚泰大街站位于长春大街与亚泰大街交汇处，沿长春大街路中东西向布置，车站上方有沿亚泰大街南北向敷设的高架桥跨过，车站为地下2层13m 岛式站台车站。亚泰大街规划道路红线宽60m，路中有高架桥，目前已实现道路规划，长春大街规划道路红线宽50m，目前已经实现道路规划。

亚泰大街站所在地为长春市老城区，周边既有建、构筑物较多，附属布置期间需要考虑与周边建、构筑物的防火间距及防火措施。车站位于在亚泰大街和长春大街路口交汇处，管线较多，改迁难度极大，改迁工期不可控，地面交通繁忙、复杂，交通导改条件非常困难，基本不具备明、盖挖条件，所以车站考虑采用暗挖法施工（见图1）。

图1 亚泰大街站总图

3.2 结合车站范围内地质条件及管线情况合理选择风道布置

亚泰大街站地层在埋深8～15m 处含有砂层（含水量较大），车站范围内的主要控制性管线为1 根埋深5m，直径1.2m的雨污干管，平行于车站敷设。如采用长春地区特有的风道包主体的高风道形式，受周边场地限制，车站埋深需控制在在15m 以下，方可躲避砂层，但会导致出入口提升高度较大，服务功能较差，且后期运营成本较高，地面布置条件较差，且后期运营成本较高。若车站尽量考虑减少埋深，受埋深约5m 的重力流管线影响，风道埋深至少要保证6m 以上，则主体埋深将约在10m（见图2），导致主体导洞拱部完全处于砂层中，施工风险极高，需要对拱部进行全断面注浆，措施费约5 000 万元。

图2 风道包主体车站纵断面

所以经过对比分析，且充分结合长春地区特有的排风系统及处在砂层的地质条件，考虑采用主体包风道的形式来降低车站埋深，从而使车站拱部有效躲避砂层，同时优化车站出入口的功能及建设、运营费用。从目前的车站设计边界条件分析，本车站若采用主体包风道的形式，风道需考虑采用单层布置的方案更为合理，既排风道与活塞风道为一个风道，新风道单独一个风道，风道净跨度一般在8～9m，单层风道高度一般在5～6m，主体站厅层高度一般在7～8m。综合考虑车站上方DN1200 埋深约5m 雨污管线，车站整体覆土可控制在8m，车站主体导洞拱部可以有效避开砂层（见图3、图4），施工风险大大降低，注浆的措施费仅为2 000 万元，但单层风道需要对施工竖井进行部分回填，费用约为300 万元，较高风道方案措施费仍可减少约2 700 万元。

图3 主体包风道车站纵断面

图4 主体包风道车站横断面

3.3 综合考虑施工竖井与车站附属的有效结合

暗挖车站的附属布置应尽量考虑与车站施工竖井相结合，在最大程度上避免工程量的浪费，亚泰大街站目前共考虑设置3 处施工竖井，1 处与车站东侧大里程端新风井结合设置、1 处与车站西侧2 号出入口垂直电梯结合设置，还有1 处与西侧小里程端新风井及消防水池结合设置，由于地面受风井布置条件的限制，本站采用双层风道在经济性和施工风险上均高于单层风道的布置，故本站在永临结合上存在一定工程量的浪费，但目前的永临结合方案已是最经济、合理、可行的方案。

3.4 洞桩法施工对车站建筑布置影响

一般建筑设计应以保证功能最优为原则，但暗挖车站的设计不能仅考虑建筑功能优先的原则，而是应充分与结构专业配合，考虑车站埋深的合理性和施工的安全性；内部布置时应考虑结构钢管柱、法兰盘及中纵梁对车站内部楼、扶梯布置及中板孔洞的影响；外部布置应考虑永、临结合的原则，充分利用既有风井作为结构的施工竖井，最大限度地避免工程量的浪费[3]。

4 结语

对于采用洞桩法施工的暗挖车站，建筑需要在不影响使用功能的前提下尽量优化布置，通过优化主体与风道结合的形式来优化车站埋深；通过优化风道断面来降低结构施工风险；通过合理的永、临结合方式减少工程量的浪费。对于暗挖车站而言，只有安全可靠、合理可行的车站方案，才是最优的设计方案，若任何专业仅考虑自己的制约因素，都可能会造成不必要的工程量浪费或者带来施工风险的提高。