淺談地鐵建設(shè) - 設(shè)計(jì)與施工-

1、淺談地鐵建設(shè)設(shè)計(jì)與施工長沙冶金設(shè)計(jì)研究院鄧斌提要在介紹了北京地鐵復(fù)-八線設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,著重闡述了王府井車站的設(shè)計(jì)與施工,同時(shí)提出了地鐵建設(shè)中值得商榷的問題。關(guān)鍵詞地鐵設(shè)計(jì)施工On subway constructiondesign&constructionDeng BingABSTRACTT he design and construction of Wang Fujing station of Beijing subw ay are discussed on the basis of introduction o f desig n o f Beijing subw ay Fu-Ba

2、 line,and the questions relating to subway co nstr uction are also proposed at the same tim e.KEYWORDSSubw ayDesig nCo nstructio n1前言當(dāng)前在大城市中,尤其是百萬人口而密度又大的城市,隨著城市的發(fā)展道路交通更加繁忙,地面的有限空間越來越不能適應(yīng)道路交通、建構(gòu)筑物、廣場(chǎng)和綠化等用地的需求,因此很多道路、管網(wǎng)和貯庫等不得不向地下發(fā)展。國外的大城市已經(jīng)這樣,我國的大城市也已向這方面發(fā)展。近幾10年來,北京城市地面交通道路設(shè)施雖然已有很大的發(fā)展,如道路拓寬、城市環(huán)行線路和高

3、架立交橋不斷增加,但仍不能滿足需要,為了解決道路上的各種車流、人流擁擠,以及高峰時(shí)交通堵塞現(xiàn)象,開辟地下交通是個(gè)途徑。據(jù)了解,北京市現(xiàn)已運(yùn)營的地下鐵道,可擔(dān)負(fù)交通客運(yùn)量的15%20%左右,據(jù)有關(guān)資料介紹,在交通繁忙的大城市中,地下交通(地鐵若能擔(dān)負(fù)起50%左右的客運(yùn)量,則城市交通繁忙擁擠現(xiàn)象可得以緩解。美國紐約四層地鐵,線路長數(shù)百公里,較好地解決了城市交通問題。北京市為了解決城市交通問題,在財(cái)政極度困難的情況下,仍然續(xù)建地鐵復(fù)-八線。2北京在建地鐵概況北京地鐵復(fù)-八線,是北京橫貫西東地鐵向東伸延的一部分,西由復(fù)興門東至八王墳全長21.7km,其間有11個(gè)車站和區(qū)間。由西向東沿長安街地下有西單站

4、、天安門西、天安門東、王府井、東單、建國門、永安里、熱電廠、大北窯、八王墳、八王墳東共11個(gè)?？空?其中新建8個(gè)擴(kuò)建1個(gè)地面2個(gè)見圖1所示。北京橫貫西東地下鐵道,分別在復(fù)興37第29卷第4期1997年7月冶金礦山設(shè)計(jì)與建設(shè)M etal mine design and construction 圖1北京地鐵復(fù)八線線路平面圖門和建國門兩處與運(yùn)營多年的環(huán)行(沿二環(huán)線地鐵相交,由原環(huán)行地鐵下面通過。復(fù)八線地鐵,復(fù)興門至西單段已于1994年建成運(yùn)營使用,目前西單東至八王墳段地鐵正在建設(shè)中。3地鐵設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述地鐵的線路選擇一般是沿城市地面干道,布置在道路下一側(cè)或居中。從地鐵的運(yùn)營使用和施工以及地下水位來考慮,

5、應(yīng)盡量淺埋;為了避開城市的建構(gòu)筑物基礎(chǔ)和地下各種管纜及地下構(gòu)筑物,地鐵必須有一定的埋置深度,但最終應(yīng)綜合考慮。正在建設(shè)中的北京地鐵復(fù)八線,軌頂面標(biāo)高位于地面下20m 左右,上部覆蓋層車站為69m 區(qū)間和折返線一般為15m 左右。地鐵所貫穿的地層一般為砂土、粘土和亞砂土及亞粘土等。從工程及水文地質(zhì)來看并不復(fù)雜,水量也不很大,但人為的水(如各種下水道和其他管線的漏水等等和地層中所遇到的不明障礙物,有時(shí)也會(huì)給施工帶來麻煩,給設(shè)計(jì)增添了難度。因?yàn)檫@些難以預(yù)料的地下看不見的諸多因素,往往對(duì)工程的進(jìn)展很有影響,所以在地鐵建設(shè)中不可忽視。地鐵的土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),也取決于建設(shè)施工,若用蓋挖法施工,則除一些臨時(shí)支護(hù)

6、外,用一層完整封閉的剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)即可,若用暗挖法施工,則首先固結(jié)地層,少不了的外層初期支護(hù),然后再是內(nèi)層剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)。建設(shè)中的 北京地鐵復(fù)-八線有些車站和區(qū)間用暗挖法施工,包括其出入口通道,天井等,支護(hù)結(jié)構(gòu)均采用內(nèi)、外兩層,外層的初期支護(hù)采用鋼筋格柵(空間噴射砼;內(nèi)層剛性支護(hù)為較厚實(shí)的雙層鋼筋模筑砼。在內(nèi)層剛性支護(hù)與外層初期支護(hù)之間設(shè)置一層防水(板結(jié)構(gòu)。關(guān)于地鐵的設(shè)計(jì)內(nèi)容很多,在此不再多敘。4王府井車站建設(shè)情況4.1設(shè)計(jì)北京地鐵王府井車站,位于長安街與王府井大街十字路口東北角(站中心里程B204+62.00西距王府井大街中線17m ,南距長安街(規(guī)劃中線5.3m 。本車站設(shè)5個(gè)出入口,其中西南

7、(2號(hào)正南(1號(hào)出入口與現(xiàn)狀人行過街地道相接,設(shè)自動(dòng)扶梯;中北(3號(hào)出入口,一側(cè)與麥當(dāng)勞餐館預(yù)留地下出入口相接,另一側(cè)與王府井規(guī)劃的地下商場(chǎng)相通,都設(shè)自動(dòng)扶梯和步梯;東北(4號(hào)出入口設(shè)在長安街北側(cè)人行道上,設(shè)自動(dòng)扶梯和步梯。正南預(yù)留遠(yuǎn)期通道接口。車站西南、東南兩處(北鐵公安局和市委車隊(duì)院內(nèi)設(shè)兩個(gè)通風(fēng)豎井和通道。處于車站東北臺(tái)階上的綠化帶內(nèi)的施工豎井及橫行通道,竣工后作殘疾人通道(圖2。圖2北京地鐵復(fù)八線王府井車站平面圖該車站為三跨(三拱兩柱上下兩層島式站臺(tái),雙層支護(hù)結(jié)構(gòu)。車站全長241.4m ,總寬24.4m ,總高14.22m,站臺(tái)寬16m,有效長度158m 。車站上層營業(yè)廳與下層站臺(tái)有四部

8、自動(dòng)扶梯相聯(lián)(圖3。38冶金礦山設(shè)計(jì)與建設(shè)1997年第4期 圖3北京地鐵復(fù)八線王府井車站斷面圖4.2建設(shè)施工北京地鐵復(fù)八線,正處于重要道路長安街地下,按照北京城市建設(shè)要求,除個(gè)別的地段外,均要求用暗挖施工,并限制路面沉降量不大于30mm ,因此建設(shè)施工難度很大耗資也多,王府井車站總投資約2億元左右。4.2.1上導(dǎo)洞由施工豎井,位于站廳層標(biāo)高,沿車站兩邊和中部(車站中軸線開拓三個(gè)上導(dǎo)洞(圖4,凈空4×5m 。圖4導(dǎo)坑平面圖導(dǎo)洞開挖,首先用 42小導(dǎo)管超前注漿,固結(jié)地層,開挖后加鋼筋(空間格柵噴射砼封閉四周,形成厚300m m 的鋼筋噴射砼初期支護(hù)層。順序漸進(jìn),使上導(dǎo)洞形成。4.2.2邊

9、樁與中樁在上導(dǎo)洞中施作邊樁與中樁。邊樁為初期支護(hù)的護(hù)壁和頂端承載結(jié)構(gòu) 600間距 1000mm ,樁深17.6m 。中樁為頂部承壓的摩擦樁, 12503000m m ,樁深26m 。邊樁和中樁均采用機(jī)械鉆孔,現(xiàn)場(chǎng)澆筑。4.2.3頂縱梁在邊樁和中樁的頂部沿車站縱軸方向設(shè)置鋼筋砼梁,以承托初期支護(hù)拱部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載。中承樁(中樁和頂縱梁在車站空間開拓時(shí)(兩跨,承受著車站頂部道路上車輛、地層和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)自重等一半以上的荷載,當(dāng)車站內(nèi)襯結(jié)構(gòu)柱梁施工到一定的部位后,再行拆除中樁和頂縱梁(圖5。邊樁(護(hù)壁樁和頂縱梁做為初期支護(hù)結(jié)構(gòu)層。圖5導(dǎo)坑樁基施工示意圖4.2.4兩跨拱施工以車站中軸線,分為左右兩跨,

10、先后向前推進(jìn)。大管棚超前支護(hù)。首先,在拱部打入管徑 115,長18m ,沿拱線排列間距0.333m 的鋼管,內(nèi)充砼,形成由管子組成的拱棚。分段在大拱棚間隙打入長3.5m 42小導(dǎo)管,注改性水玻璃,以固結(jié)地層(圖6。391997年第4期冶金礦山設(shè)計(jì)與建設(shè) 圖6管棚施工示意圖當(dāng)開挖斷面到位時(shí),架設(shè)鋼筋(空間格柵噴射砼,使其在拱部形成一個(gè)厚350 400mm的鋼筋噴射砼的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)層。4.2.5向下拓寬空間隨著向下空間的拓展,在已暴露的側(cè)墻護(hù)壁樁間隙加鋼筋網(wǎng)噴射砼,直至內(nèi)襯結(jié)構(gòu)底板下標(biāo)高止。在已拓寬的大空間里,加設(shè)一些鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐,以防止初期支護(hù)產(chǎn)生較大的變形。4.2.6內(nèi)襯地基處理位于邊墻和立

11、柱的下部(見圖3,鉆孔注漿以提高地基承載力。邊墻孔各兩排,中跨柱點(diǎn)位置四排,條形基礎(chǔ)下三排?？咨?.2 m,要求形成單孔樁徑 1400(圖7。圖7地基樁示意圖4.2.7內(nèi)襯結(jié)構(gòu)先做柱基和縱條基礎(chǔ),同時(shí)考慮內(nèi)襯底板(1.2m厚的施工聯(lián)系。車站邊墻(500 mm厚,立單面模板澆砼;鋼管砼立柱施工直至廳板和型鋼砼梁的完成。當(dāng)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的邊墻和立柱頂梁施工到一定程度時(shí),用托換的方式逐步將原兩跨換成三跨拱,完成如前圖3所示,外層初支350mm,和內(nèi)襯500m m的兩個(gè)支護(hù)層。拆除原中軸柱及頂縱梁和其余的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)施。最后是設(shè)備安裝和裝修。整個(gè)施工建設(shè)中,地下和地表監(jiān)測(cè)工作始終跟隨著。5經(jīng)驗(yàn)與問題從北

12、京正在建設(shè)的地鐵和已運(yùn)營的地鐵車站使用情況來看,有兩個(gè)問題值得探討:其一,設(shè)計(jì)與施工;其二,地鐵的防水。地鐵總體設(shè)計(jì),在可能的前提下,應(yīng)盡量使用蓋挖法不用暗挖施工,尤其是地鐵車站。明開施工,建設(shè)速度快、造價(jià)低、安全、工程質(zhì)量更有保證。在建的地鐵天安門東站,它共有三層,上層是地面車輛用的貯庫、中層站廳、下層為站臺(tái),總的建筑體積和土建結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度都是很大的,用蓋挖法施工即可體現(xiàn)了上述優(yōu)點(diǎn)。地下水對(duì)地鐵的影響程度,取決于設(shè)計(jì)和施工。目前北京地下工程防水,普遍采用防水板結(jié)構(gòu),這種防水層施工麻煩,難以得到預(yù)想的效果,若能用高等級(jí)抗?jié)B砼,使其內(nèi)層(剛性支護(hù)與外層(初期支護(hù)緊密結(jié)合,形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu),無論是支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和抗?jié)B都會(huì)收到較好的效果。這種抗?jié)B砼目前在水工工程中已有成功的應(yīng)用。已運(yùn)營的地鐵西單站,由于防水效果不夠理想,至今影響使用,雖經(jīng)多次處理尚未能徹底解決,這都是地鐵建設(shè)中值得總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)和探討的問題。收稿日期1997-04-23作者鄧斌,長沙冶金設(shè)計(jì)