摘　要：廣州地鐵三號(hào)線與地鐵一號(hào)線在體育西路站形成立體交叉，三號(hào)線的地下三層車站結(jié)構(gòu)穿越一號(hào)線的地下二層車站結(jié)構(gòu)。實(shí)施此項(xiàng)工程既要確保一號(hào)線的安全、正常運(yùn)營(yíng)，又要確保三號(hào)線車站施工的順利進(jìn)行，文章針對(duì)采用不同節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式對(duì)既有一號(hào)線體育西路站的影響進(jìn)行了比較和探討，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了技術(shù)分析。

　　關(guān)鍵詞：地鐵車站　立體交叉　設(shè)計(jì)方案　影響分析

　　1、概　述

　　1.1 工程概況廣州地鐵三號(hào)線體育西路站位于廣州市體育西路與天河南一路所在的“Ｔ”字路口，埋置于體育西路道路正下方，穿越沿天河南一路行進(jìn)的地鐵一號(hào)線。體育西路現(xiàn)路面寬26ｍ，規(guī)劃路面寬60ｍ，車站所處的地形較平坦，地面高程為9.57～10.61ｍ，車站兩側(cè)大部分為多層和高層建筑物。車站所在地段地下管線密集，鉆孔揭露的巖層自上而下有：人工填土層（Ｑｍｌ4）、砂層（Ｑａｌ+ｐｌ3）、沖-洪積土層（Ｑａｌ+ｐｌ3）、河湖相沉積土層（Ｑａｌ3）、殘積土層（Ｑｅｌ）、巖石全風(fēng)化帶、巖石強(qiáng)風(fēng)化帶、巖石中等風(fēng)化帶、巖石微風(fēng)化帶。

　　1.2 一號(hào)線體育西路站結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀一號(hào)線體育西路站主體結(jié)構(gòu)于1997年9月竣工，車站設(shè)計(jì)為13ｍ島式站臺(tái)、雙層三跨結(jié)構(gòu)。車站頂覆土約1.8ｍ，底板埋深約14ｍ。結(jié)構(gòu)構(gòu)件厚度為頂、底板800ｍｍ、中板400ｍｍ、側(cè)墻700ｍｍ， 公共區(qū)中柱為��900的鋼筋混凝土圓柱。該站采用全包防水，外側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為1200ｍｍ的圓形人工挖孔樁，車站結(jié)構(gòu)僅在站廳層西端南側(cè)預(yù)留了與原規(guī)劃輕軌換乘連接的條件，原設(shè)計(jì)中未考慮現(xiàn)三號(hào)線車站。

　　1.3 兩地下車站的相互關(guān)系廣州地鐵三號(hào)線與地鐵一號(hào)線在體育西路站形成立體交叉，三號(hào)線的地下三層車站結(jié)構(gòu)穿越一號(hào)線的地下二層車站結(jié)構(gòu)。當(dāng)三號(hào)線穿越既有的地鐵一號(hào)線時(shí)，三號(hào)線主體結(jié)構(gòu)的一部分將利用一號(hào)線既有的地下一、二層車站結(jié)構(gòu)作為三號(hào)線的地下一、二層，而三號(hào)線的地下三層則從一號(hào)線兩側(cè)明挖的基坑中由一號(hào)線站臺(tái)層下部土體中以暗挖隧道的方式穿過(guò)。

　　 2、車站使用功能對(duì)結(jié)構(gòu)工程的特殊要求

　　工程難點(diǎn)根據(jù)三號(hào)線車站與一號(hào)線車站的換乘要求，本站三號(hào)線與一號(hào)線在體育西路站采用站廳換乘方式，并將三號(hào)線和一號(hào)線車站的站廳連成整體。在三號(hào)線體育西路站設(shè)計(jì)和施工時(shí)，如何保證一號(hào)線體育西路站的正常運(yùn)營(yíng)和結(jié)構(gòu)安全，成為有關(guān)各方關(guān)注的重點(diǎn)，也是本工程是否取得成功的關(guān)鍵。根據(jù)一號(hào)線車站的結(jié)構(gòu)型式、受力特點(diǎn)和一號(hào)線車站底板下的地質(zhì)情況，主要針對(duì)以下三種方案進(jìn)行了綜合研究。

　�。�1）方案一：為了最大限度地減小三號(hào)線車站的埋深，設(shè)計(jì)時(shí)將節(jié)點(diǎn)部分三號(hào)線的站臺(tái)層頂板從一號(hào)線車站底板下緊貼底面通過(guò)，節(jié)點(diǎn)部分三號(hào)線結(jié)構(gòu)采用矩形框架結(jié)構(gòu)，施工時(shí)采用蓋挖法通過(guò)。

　　（2）方案二：節(jié)點(diǎn)部分三號(hào)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方案同方案一，但為了盡量減少節(jié)點(diǎn)部分三號(hào)線結(jié)構(gòu)施工對(duì)一號(hào)線車站結(jié)構(gòu)的影響，在節(jié)點(diǎn)三號(hào)線結(jié)構(gòu)頂板和一號(hào)線車站底板之間保留一定厚度的土體，以便于對(duì)節(jié)點(diǎn)三號(hào)線結(jié)構(gòu)采用超前長(zhǎng)管棚支護(hù)，從而保護(hù)一號(hào)線底板，為施工創(chuàng)造有利條件。

　�。�3）方案三：由于前兩個(gè)方案的節(jié)點(diǎn)部分三號(hào)線結(jié)構(gòu)均采用矩形框架結(jié)構(gòu)，其受力和變形均不十分有利，進(jìn)而影響一號(hào)線車站結(jié)構(gòu)的受力和變形。因此，方案三在方案二的基礎(chǔ)上對(duì)節(jié)點(diǎn)三號(hào)線結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了改進(jìn)，即采用了拱型結(jié)構(gòu)。

　　方案三斷面形式比其余兩種斷面形式在結(jié)構(gòu)受力和減小地面及結(jié)構(gòu)底板的下沉方面具有優(yōu)勢(shì)；夾土體的存在一方面可減少暗挖隧道開(kāi)挖引起的一號(hào)線沉降，另一方面可以使一號(hào)線站臺(tái)層的底板和三號(hào)線二次襯砌承受靜水壓力，抵消一部分站廳層和站臺(tái)層的豎向荷載，同時(shí)對(duì)改善車站結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有利。因此選用方案三作為實(shí)施方案，其節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理也按照此方案進(jìn)行。

　　3 關(guān)鍵技術(shù)—節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理

　　3.1 主要設(shè)計(jì)思路及模型的確立地鐵三號(hào)線的地下三層車站結(jié)構(gòu)穿越一號(hào)線的地下二層車站結(jié)構(gòu)，一號(hào)線底板與三號(hào)線暗挖隧道襯砌外側(cè)之間的夾土體厚度為0.8ｍ，鑒于該車站節(jié)點(diǎn)所處的特殊位置和工程特點(diǎn)，必須對(duì)車站的開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行計(jì)算和分析。

　　開(kāi)挖過(guò)程的模擬計(jì)算采用彈塑性三維有限元的地層與結(jié)構(gòu)共同作用模型，其結(jié)構(gòu)尺寸為：沿一號(hào)線縱向長(zhǎng)為88ｍ，沿三號(hào)線縱向長(zhǎng)為85ｍ，從地表到計(jì)算的下部邊界為40ｍ，總共劃分有15萬(wàn)個(gè)有限單元。

　　在有限元模型當(dāng)中，車站主體結(jié)構(gòu)的頂板、中板、底板以及側(cè)墻均采用殼體單元，車站建筑結(jié)構(gòu)的立柱和縱梁均采用三維梁?jiǎn)卧�，車站周圍的土體采用實(shí)體等參單元。三號(hào)線暗挖隧道的初期支護(hù)亦采用實(shí)體單元，二次襯砌和臨時(shí)支護(hù)均采用三維殼體單元。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，依據(jù)該地段工程地質(zhì)條件將地層劃分為6層，有限元計(jì)算模型如圖4所示。

　　3.2 理論計(jì)算分析根椐地鐵三號(hào)線穿越既有一號(hào)線體育西路車站處節(jié)點(diǎn)處理的工序，對(duì)節(jié)點(diǎn)部分結(jié)構(gòu)做了以下5個(gè)工況的仿真計(jì)算。

　　① 工況1：未施做三號(hào)線車站，一號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)時(shí)車站結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形情況，同時(shí)考慮地下靜水壓力對(duì)一號(hào)線結(jié)構(gòu)的影響。

　　② 工況2：開(kāi)挖一號(hào)線兩側(cè)的三號(hào)線車站基坑，并降低地下水位。分析降低地下水位對(duì)一號(hào)線車站結(jié)構(gòu)的影響。

　�、� 工況3：節(jié)點(diǎn)段三號(hào)線暗挖隧道在開(kāi)挖期間，按施工步驟分步開(kāi)挖完土體、架設(shè)臨時(shí)橫撐和鋼支撐、施作隧道初期支護(hù)對(duì)一號(hào)線車站結(jié)構(gòu)的影響。

　　④ 工況4：施做節(jié)點(diǎn)段三號(hào)線暗挖隧道的二次襯砌，并逐步拆除臨時(shí)支護(hù)。分析此時(shí)一號(hào)線車站結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力。

　�、�  工況5：節(jié)點(diǎn)段三號(hào)線隧道襯砌完成后，破除一號(hào)線車站地下一層頂板與中板之間的部分側(cè)墻時(shí)，對(duì)一號(hào)線車站結(jié)構(gòu)的影響。

　　通過(guò)對(duì)體育西路站一、三號(hào)線車站節(jié)點(diǎn)處理的計(jì)算．

　　3.3 輔助工程措施通過(guò)對(duì)以上節(jié)點(diǎn)處理方案的三維有限元計(jì)算模型及結(jié)果的分析，并結(jié)合基本工法和本工程的特點(diǎn)，采取了以下輔助工程措施來(lái)確保一號(hào)線結(jié)構(gòu)的安全和正常運(yùn)營(yíng)，并確保三號(hào)線車站施工的順利進(jìn)行。

　�。�1） 長(zhǎng)管棚注漿加固：由于一號(hào)線底板與三號(hào)線暗挖隧道襯砌外側(cè)之間存在厚度為0.8ｍ的夾土體，因此，施工前對(duì)夾土體進(jìn)行長(zhǎng)管棚注漿加固，以減小施工（爆破）對(duì)一號(hào)線結(jié)構(gòu)的的震動(dòng)影響以及一號(hào)線運(yùn)營(yíng)中列車制動(dòng)時(shí)對(duì)三號(hào)線施工的影響。

　�。�2） 超前大管棚預(yù)支護(hù)：為有效地控制一號(hào)線車站底板的沉降和變形，加大暗挖隧道的支護(hù)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)中對(duì)隧道采用大管棚超前支護(hù)，并在大管棚中施做鋼筋籠以加大管棚的剛度。

　�。�3） 加強(qiáng)初期支護(hù)：為減少對(duì)地表和一號(hào)線車站的沉降，加強(qiáng)了暗挖部分結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)。

　　（4） 一號(hào)線車站底梁加固：在5種工況下，一號(hào)線車站頂板（梁）的受力滿足其原有的承載能力，僅在施工過(guò)程中采取必要的工程措施便可保證施工安全；但一號(hào)線車站底梁承受的彎矩較大，該彎矩值已超過(guò)一號(hào)線車站底梁的承載能力，在施工前需對(duì)一號(hào)線車站底梁進(jìn)行加固（加固措施可采用加型鋼或在梁頂面貼片處理），以確保三號(hào)線施工和一號(hào)線正常運(yùn)營(yíng)的安全）。

　　3.4  工程實(shí)施情況三號(hào)線體育西路站于2003年年初開(kāi)工，目前節(jié)點(diǎn)南、北兩側(cè)主體明挖基坑施工已完成，并開(kāi)始澆筑車站中板及側(cè)墻結(jié)構(gòu)；節(jié)點(diǎn)處下穿一號(hào)線車站的三號(hào)線暗挖段車站隧道導(dǎo)洞開(kāi)挖已完成15ｍ。車站隧道由于下半部圍巖堅(jiān)硬，受爆破震速限制，施工進(jìn)展緩慢。根據(jù)施工監(jiān)測(cè)反饋信息，一號(hào)線車站底板變形監(jiān)測(cè)值在控制值之內(nèi)，可保證施工安全。

　　4、結(jié)　論

　　廣州地鐵三號(hào)線與地鐵一號(hào)線在體育西路站形成立體交叉，經(jīng)過(guò)分析論證，穿越一號(hào)線車站的三號(hào)線節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)斷面形式采用暗挖三連拱隧道，并在三號(hào)線車站站臺(tái)層與一號(hào)線底板之間保持一定厚度的夾土層。采用這種結(jié)構(gòu)形式和施工方案，無(wú)論從結(jié)構(gòu)受力、結(jié)構(gòu)變形或是對(duì)一號(hào)線結(jié)構(gòu)的影響等方面均有一定的優(yōu)勢(shì)。

　　上述5種工況分別代表體育西路車站節(jié)點(diǎn)在三號(hào)線施工過(guò)程中的典型工況，模擬了暗挖隧道的開(kāi)挖順序，獲得了主體結(jié)構(gòu)的變形值和主要內(nèi)力值。但由于節(jié)點(diǎn)的空間特性又使其變形和內(nèi)力分析極為復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)中采用了有利于結(jié)構(gòu)安全的輔助加強(qiáng)措施。在工程建設(shè)中，由于線網(wǎng)規(guī)劃的不斷調(diào)整及功能的需要，在原已建成線路上增設(shè)新節(jié)點(diǎn)車站成為必然的選擇。在這種情況下，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)功能、確保既有車站及新建車站的安全非常重要。

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