武汉轨道交通二号线洪山广场站结构设计

摘要:洪山广场站为武汉市轨道交通二号线和四号线的换乘站,并结合广场地下商业开发共同建设,建筑面积5.2万平米。

车站主体为地下三层结构,平面呈150×150×150×60m楔形,结构采用现浇钢筋混凝土地下多层多跨箱形框架结构;综合考虑地质条件、周边环境、施工场地、交通疏解及工程工期等因素,施工工法采用半明、半盖挖法施工。

关键词:换乘站 多层多跨箱形框架结构 围护结构 施工工法 钻孔灌注桩

一、工程概况

洪山广场站为武汉轨道交通2号线和4号线的换乘车站,并结构物业开发共同建设,车站呈“V”字形,车站2号线方向长度:169.52米;4号线方向155.60米,为地下三层岛式车站。车站面积5.2万平米,为武汉市规模最大的地铁车站。车站位于武汉市最重要的城市中心广场――洪山广场下,地理位置极为特殊,临近湖北省政府;周边环境复杂,站西北侧侵入广场环路,东侧距中南路下穿公路隧道仅7米,设计中需考虑广场环路的交通疏解和对下穿隧道的保护;场地地质条件复杂,土层岩层呈高倾角竖向分布,土岩结合面较难准确确定,增加了结构设计的难度。

本文重点论述车站主体结构和施工工法的确定。

二、工程地质与水文地质

1.工程地质

本场地属长江三级阶地地貌,场地内的主要地层有:杂填土、素填土、粉质粘土、粉质粘土、含碎石粘土、含角砾粉质粘土、含粘性土砾砂、粘土、硅质岩、煤层、炭质灰岩、泥岩、钙质泥岩、泥灰岩、泥岩、石灰岩。

场地内地质条件极为复杂,地面5米以下岩层呈高倾角竖向交错分布,岩层性质差别很大,有强度极高的硅质岩和炭质灰岩,同时也存在强度较低的泥岩和煤层。

2.水文地质

场地地下水类型为上层滞水、承压水、基岩裂隙水三种类型。

上层滞水主要赋存于人工填土之中,大气降水及广场灌溉用水是其主要补给来源。

承压水赋存于冲沟的含粘性土砾砂层中,该砾砂层呈东西向展布,宽度约50m,北面有含碎石粘土阻隔,南面是硅质岩隔断。该承压水从西向东径流与排泄,具有承压性。

三、结构方案与施工工法

1.结构方案

本站结构方案的选择与施工方法的选择密切相关,车站结合广场地下商业开发共同建设,商业开发为地下二层结构,车站为地下三层结构,覆土厚度为3米,

车站主体结构为现浇钢筋混凝土地下多层多跨箱形框架结构,由侧墙、梁、板、柱等构件组成。沿车站纵、横向设双向井格梁体系。

2.施工工法的确定

车站位于洪山广场西侧,呈东南―西北走向。洪山广场四周被道路所环绕,地面道路呈中字型,连接六个方向,地面交通繁忙。广场中心下方中北路至中南路为地下公路隧道,隧道结构距车站结构约4-7m,该隧道为钢筋混凝土框架结构。洪山广场站现站位西北角侵入广场环路,利用广场内部空间,结合车站施工围档,经交通导改,可确保不断路施工。

本站施工工法的确定,考虑如下因素:

(1)车站为地下三层,基坑主体平面约为150×150×150×60m楔形、二层深度约16.5m,三层深度约25.3m,车站顶板覆土3m,中南路隧道结构距车站结构约7m,施工中保证基坑安全稳定和下穿隧道的安全运营为本站结构设计的重点难点;

(2)车站工程场地地质条件复杂,土层岩层交互。土岩结合面较难准确确定,给围护结构的设计带来困难。

(3)车站西北侧侵入现状广场环路,施工中应尽量减少对地面交通的影响时间;

(4)施工场地紧张,尽量为施工多预留场地;

(5)工程所处地理位置重要,所选工法应对周边环境影响小,文明施工程度高;

(6)满足地铁建设工期的要求;

(7)尽量考虑“永临结合”,减少浪费,降低工程造价。

本站场地开阔,但周边环境及地质条件较复杂,本站重点考虑采用两种工法进行比选:即明挖顺作法和半明半盖挖法,比选内容详见表1。

表1

比选项目 明挖法 半明半盖法

支撑体系、

工艺描述 支撑体系采用砼梁做为临时支撑,基坑开挖过程中,体系受力复杂,挖土次序要求高。该砼梁为临时结构,最后凿除,拆撑难度大,混凝土浪费多。 采用结构的梁板既做为施工支撑,又做为永久结构,无临时支撑结构;承重部分为钢管柱和临时桩基,临时桩基和永久抗拔桩结合; 挖方期间支撑体系的受力情况较好。

对交通的影响 围护结构、临时立柱桩基和混凝土环撑施工期间临时占用广场环路 6个月,恢复交通后顺做主体结构,待主体结构施工完成后凿出混凝土支撑,须对广场环路进行二次交通导改,占路3个月。 仅在围护结构、中间桩柱和顶板施工期间临时占用广场环路,占道时间6个月。

中南路下穿隧道的保护 支撑体系刚度相对半盖挖法为低,晾槽时间长,对下穿隧道影响相对较大。 支撑体系的整体受力性能好,围护结构的变形小,对下穿隧道影响相对较小。

场地 基坑范围内场地基本无法利用,基坑外场地面积约5000平米。 可利用明挖法范围、顶板除出土口外的其它区域做为临时存土场,加工区等,场地利用率高,场地面积约10000平米。

提供盾构始发工期 开始施工后20个月具备盾构始发条件。 开始施工后20个月具备盾构始发条件。

总工期 总工期28个月。 总工期30个月。

工艺难点 混凝土支撑凿出对环境影响较大。 结构施工缝较多,增加了防水的施工难度。

文明施工 作业面暴露,容易扬尘,周围建筑物高,直感差。 作业面相对整齐,文明施工程度较高。

施工工艺的成熟性 工艺比较成熟。 工艺比较成熟。

综上,根据本工程的环境情况及基坑特点,通过综合比选,本站主体结构采用半明半盖挖法施工,工法分布区域见图1。

四、结束语

洪山广场站作为武汉地区规模最大的地铁车站、地理位置最为重要的车站、地质条件最为复杂的车站,其施工工法的选取至关重要,本站施工工法由湖北省发改委组织的全国知名专家进行评审,并获得通过。

参考文献:

[ ] 《现代钢管混凝土结构》.蔡绍怀著,人民交通出版社

[2] 《深基坑支护结构与主体结构相结合的设计、分析与实例》.王卫东著.中国建筑工业出版社

[3] 《地铁设计规范》GB50157-2003

[4] 《基坑工程技术规程》DB42/159-2004

作者简介:

王功文,工程师,1976年8月出生,籍贯黑龙江哈尔滨市,现工作于北京城建设计研究总院,主要从事地铁、地下空间开发、民用建筑等领域的的结构设计,为国家一级注册结构工程师。