广州地铁某线岛式站台双层三跨结构施工组织方案.doc

目录 第一章 概述 ..................................2 第二章 工程难点 ..............................3 第三章 关键技术节点结构设计处理 ..............4 第四章 结论 ..................................7 概述 1.1 工程概况 广州地铁×线××站位于广州市××与××路所在的“Ｔ”字路口,埋置于××道路正下 方,穿越沿××一路行进的地铁×线。××现路面宽 26ｍ,规划路面宽 60ｍ,车站所处的地形 较平坦,地面高程为 9.57～10.61ｍ,车站两侧大部分为多层和高层建筑物。车站所在地段地下 管线密集,钻孔揭露的岩层自上而下有:人工填土层(Ｑｍｌ4)、砂层(Ｑａｌ+ｐｌ3)、冲-洪积土层(Ｑ ａｌ+ｐｌ )、河湖相沉积土层(Ｑａｌ3)、残积土层(Ｑｅｌ)、岩石全风化带、岩石强风化带、岩 3 石中等风化带、岩石微风化带。车站总平面图如图 1。 1.2×线××站结构现状 ×线××站主体结构于 19××年×月竣工,车站设计为 13ｍ岛式站台、双层三跨结构。 车站顶覆土约 1.8ｍ,底板埋深约 14ｍ。结构构件厚度为顶、底板 800ｍｍ、中板 400ｍｍ、 侧墙 700ｍｍ, 公共区中柱为900 的钢筋混凝土圆柱。该站采用全包防水,外侧围护结构为 1200ｍｍ的圆形人工挖孔桩,车站结构仅在站厅层西端南侧预留了与原规划轻轨换乘连接的 条件,原设计中未考虑现×线车站。 1.3 两地下车站的相互关系 广州地铁×线与地铁×线在××站形成立体交叉,×线的地下三层车站结构穿越×线的地 下二层车站结构。当×线穿越既有的地铁×线时,×线主体结构的一部分将利用×线既有的 地下一、二层车站结构作为×线的地下一、二层,而×线的地下三层则从×线两侧明挖的基 坑中由×线站台层下部土体中以暗挖隧道的方式穿过。两地下车站的相互关系如图 2 和图 3。 工程难点 根据×线车站与×线车站的换乘要求,本站×线与×线在××站采用站厅换乘方式,并将×线 和×线车站的站厅连成整体。在×线××站设计和施工时,如何保证×线××站的正常运营 和结构安全,成为有关各方关注的重点,也是本工程是否取得成功的关键。根据×线车站的结 构型式、受力特点和×线车站底板下的地质情况,主要针对以下三种方案进行了综合研究(表 1)。 (1)方案一:为了最大限度地减小×线车站的埋深,设计时将节点部分×线的站台层顶板从×线 车站底板下紧贴底面通过,节点部分×线结构采用矩形框架结构,施工时采用盖挖法通过。 (2)方案二:节点部分×线结构设计和施工方案同方案一,但为了尽量减少节点部分×线结构施 工对×线车站结构的影响,在节点×线结构顶板和×线车站底板之间保留一定厚度的土体,以 便于对节点×线结构采用超前长管棚支护,从而保护×线底板,为施工创造有利条件。 (3)方案三:由于前两个方案的节点部分×线结构均采用矩形框架结构,其受力和变形均不十分 有利,进而影响×线车站结构的受力和变形。因此,方案三在方案二的基础上对节点×线结构 形式进行了改进,即采用了拱型结构。 从表 1 可以看出:方案三断面形式比其余两种断面形式在结构受力和减小地面及结构底板的 下沉方面具有优势;夹土体的存在一方面可减少暗挖隧道开挖引起的×线沉降,另一方面可以 使×线站台层的底板和×线二次衬砌承受静水压力,抵消一部分站厅层和站台层的竖向荷载, 同时对改善车站结构的受力状态有利。因此选用方案三作为实施方案,其节点结构设计处理 也按照此方案进行。 关键技术节点结构设计处理 3.1 主要设计思路及模型的确立 地铁×线的地下三层车站结构穿越×线的地下二层车站结构,×线底板与×线暗挖隧道衬砌 外侧之间的夹土体厚度为 0.8ｍ,鉴于该车站节点所处的特殊位置和工程特点,必须对车站的 开挖过程进行计算和分析。 开挖过程的模拟计算采用弹塑性三维有限元的地层与结构共同作用模型,其结构尺寸为:沿× 线纵向长为 88ｍ,沿×线纵向长为 85ｍ,从地表到计算的下部边界为 40ｍ,总共划分有 15 万个 有限单元。 在有限元模型当中,车站主体结构的顶板、中板、底板以及侧墙均采用壳体单元,车站建筑结 构的立柱和纵梁均采用三维梁单元,车站周围的土体采用实体等参单元。×线暗挖隧道的初 期支护亦采用实体单元,二次衬砌和临时支护均采用三维壳体单元。结构计算时,依据该地段 工程地质条件将地层划分为 6 层,有限元计算模型如图 4 所示。 3.2 理论计算分析 根椐地铁×线穿越既有×线××车站处节点处理的工序,对节点部分结构做了以下 5 个工况 的仿真计算。 ① 工况 1:未施做×线车站,×线正常运营时车站结构的内力及变形情况,同时考虑地下静水压 力对×线结构的影响。 ② 工况 2:开挖×线两侧的×线车站基坑,并降低地下水位。分析降低地下水位对×线车站结 构的影响。 ③ 工况 3:节点段×线暗挖隧道在开挖期间,按施工步骤分步开挖完土体、架设临时横撑和钢 支撑、施作隧道初期支护对×线车站结构的影响。 ④ 工况 4:施做节点段×线暗挖隧道的二次衬砌,并逐步拆除临时支护。分析此时×线车站结 构的变形和内力。 ⑤ 工况 5:节点段×线隧道衬砌完成后,破除×线车站地下一层顶板与中板之间的部分侧墙时, 对×线车站结构的影响。 通过对××站一、×线车站节点处理的计算,得到的主体结构的变形和主要内力值见表 2～表 5。 3.3 辅助工程措施 通过对以上节点处理方案的三维有限元计算模型及结果的分析,并结合基本工法和本工程的 特点,采取了以下辅助工程措施来确保×线结构的安全和正常运营,并确保×线车站施工的顺 利进行。 (1) 长管棚注浆加固:由于×线底板与×线暗挖隧道衬砌外侧之间存在厚度为 0.8ｍ的夹土体, 因此,施工前对夹土体进行长管棚注浆加固,以减小施工(爆破)对×线结构的的震动影响以及× 线运营中列车制动时对×线施工的影响。 (2) 超前大管棚预支护:为有效地控制×线车站底板的沉降和变形,加大暗挖隧道的支护强度, 设计中对隧道采用大管棚超前支护,并在大管棚中施做钢筋笼以加大管棚的刚度。 (3) 加强初期支护:为减少对地表和×线车站的沉降,加强了暗挖部分结构的初期支护。 (4) ×线车站底梁加固:在 5 种工况下,×线车站顶板(梁)的受力满足其原有的承载能力,仅在施 工过程中采取必要的工程措施便可保证施工安全;但×线车站底梁承受的弯矩较大,该弯矩值 已超过×线车站底梁的承载能力,在施工前需对×线车站底梁进行加固(加固措施可采用加型 钢或在梁顶面贴片处理),以确保×线施工和×线正常运营的安全)。 3.4 工程实施情况 ×线××站于 2003 年年初开工,目前节点南、北两侧主体明挖基坑施工已完成,并开始浇筑车 站中板及侧墙结构;节点处下穿×线车站的×线暗挖段车站隧道导洞开挖已完成 15ｍ。车站 隧道由于下半部围岩坚硬,受爆破震速限制,施工进展缓慢。根据施工监测反馈信息,×线车站 底板变形监测值在控制值之内,可保证施工安全。 结论 广州地铁×线与地铁×线在××站形成立体交叉,经过分析论证,穿越×线车站的×线节点结 构断面形式采用暗挖三连拱隧道,并在×线车站站台层与×线底板之间保持一定厚度的夹土 层。采用这种结构形式和施工方案,无论从结构受力、结构变形或是对×线结构的影响等方 面均有一定的优势。 上述 5 种工况分别代表××车站节点在×线施工过程中的典型工况,模拟了暗挖隧道的开挖 顺序,获得了主体结构的变形值和主要内力值。但由于节点的空间特性又使其变形和内力分 析极为复杂,因此在设计中采用了有利于结构安全的辅助加强措施。在工程建设中,由于线网 规划的不断调整及功能的需要,在原已建成线路上增设新节点车站成为必然的选择。在这种 情况下,优化节点功能、确保既有车站及新建车站的安全非常重要。 参考文献 [1]ＧＢ50208-2002 混凝土结构设计规范[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社 [2]铁道第二勘察设计院地下铁道设计研究院,西南交通大学.广州市轨道交通×线工程××站 节点处理的三维有限元分析[Ｒ].2003-03 [3]铁道第二勘察设计院.广州市轨道交通×线工程××站初步设计Ｒ].2002-06 [4]广州市地下铁道设计研究院.广州市轨道交通×线工程初步设计[Ｒ].2002-06