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1、 地铁上盖商业与地铁车站结构衔接方案设计及思考 地铁上盖商业与地铁车站结构衔接方案设计及思考 廖红伟 刘幸坤 孙福萍 黄兆纬 朱强 天津市建筑设计院 摘要 摘要 地铁上盖商业开发由于地铁站体与盾构隧道的存在而变的复杂与困难 本文以天津地铁六号 线北运河站为例 通过简要计算与分析 从沉降对地铁站体的影响和在地震中裙房对站体的影响两个方面 定性的确定了地上不断缝 地下断缝结构方案的可行性 并简单介绍了地铁上盖商业开发中可能存在的问 题与解决方案 以对类似的工程有所借鉴 关键字 关键字 地铁上盖 断缝 接建范围 地铁振动 地震反应 基坑开挖 1 引言1 引言 地铁的发展促使城市向近郊或远郊扩展 无形
2、中把人们衣 食 住 行四大要素中的住 与行连在一起 也就是将地铁跟商业联合起来 随着城市土地资源日益紧俏 综合利用土地 提高土地的利用效率 日益成为城市地铁建设者重点关注的问题 十二五期间 天津市轨道 交通将进入加快建设时期 地铁1 2 3 9号线已经成网运营 5 6号线将开工建设 并且 其中有六个站有地铁上盖规划 本文以天津地铁6号线北运河站为例 通过简要计算与分析 定性的确定了地上不断缝 地下断缝结构方案的可行性 并简单介绍了地铁上盖商业开发中 可能存在的问题与解决方案 2 项目概况 2 项目概况 本项目位于天津市河北区 紧邻北运河 与天津西站大型综合枢纽只有一河之隔 总建 筑面积 80
3、5 万平方米 地上建筑面积 48 5 万平方米 地下建筑面积 32 万平方米 天津地 铁 6 号线横穿 A B 地块 在两个地块中既有地铁站体部分也有盾构隧道部分 如图 2 1 所 示 项目的施工顺序是地铁先期进行施工 待通车运行后再施工周围及上部的商业部分 图 2 1 总图 3 结构方案 3 结构方案 图 3 1 方案一 图 3 2 方案二 常规的结构方案一般地下断缝后 地上也应做断缝处理 但如果地上商业断缝 如图 3 2 方案二 则断缝两侧会有距离很近的双柱 这样不仅在商业室内空间 8 米 10 米的柱 网空间内会显得非常突兀 影响开敞空间的效果 而且对于商业业态的选择和人员流线的布 置都
4、有很大的约束 尤其对于地铁站房主体与地块斜交的情况 地铁站体上部商业的柱网与 商业其他部分的柱网也呈斜角度相交 对地上商业布局的影响将会更大 局部结构还会出现 单排柱子的情况 对抗震极为不利 综合上述分析结果 因此我们采用了方案一 即地下断 缝 地上不断缝的结构方案 考虑地铁上盖断缝与否对地铁站体可能会有以下两个方面的影响 1 商业裙房沉降对 地铁站体的影响 2 在强震下主体地震对站体的影响 下面从这两个方面分别阐述地铁上 盖不断缝对站体的影响 4 商业裙房沉降对地铁站体的影响 4 商业裙房沉降对地铁站体的影响 如果地铁站体与周围商业裙房的沉降差过大 会使连接处的梁板拉裂 为了减小沉降 差 在
5、站体与商业裙房之间设置后浇带 如图 4 1 用后浇带来解决施工期间沉降不均匀 的问题 待主体完工后封闭后浇带 一般工程经验后期的沉降主要包括活荷载产生的沉降 部分恒荷载未完成的沉降 一般为总恒载沉降的 50 这样只需考察后期产生的沉降差是 否会使连接处的梁板拉裂 如图 4 2 中斜线部分 图 4 1 后浇带布置图 4 2 沉降差影响范围 4 1 桩基承载力估算 4 1 桩基承载力估算 桩基设计参考甲方提供的 天津市地下铁道 6 号线工程辛庄大街站 估算 选取钻孔灌 注桩 700mm 桩长 40m 桩基持力层 1层粉质粘土层 单桩竖向抗压极限承载力标准值 5650kN 单桩竖向抗拔极限承载力标准
6、值 3740kN 布桩时按如下工况进行最不利荷载组合 布桩 抗压布桩 建筑总荷载 最低静止水浮力荷载 抗拔布桩 抗浮水浮力 建筑恒载 荷载取值 根据甲方提供楼层荷载按每平米 20KN M 2 其中活荷载和二次结构荷载总共 按 8KN M 2 屋顶按每平米 40KN M2 其中活荷载按 2KN M2 根据地上建筑主体结构各种竖向导荷工况计算结果进行桩基布置 地铁站体部分桩基 布置由地铁设计院提供 采用 1000mm 的钻孔灌注桩 总桩长 30m 单桩竖向抗压承载力极 限值 6340kN 单桩竖向抗拔承载力极限值 4000kN 桩基布置详图 4 3 图 4 3 桩基布置示意图 4 2 沉降差计算
7、4 2 沉降差计算 根据以上的桩基布置 分别计算站体与商业裙房在恒载与活载下的沉降 详表 4 1 及 图 4 4 表 4 1 活荷载沉降差 站体及上部商业 恒载沉降 站体及上部商业 恒载与活载沉降 相邻商业 恒载沉降 相邻商业 恒载与活载沉降 柱平均沉降 mm 0 抗浮 1 8 3 4 9 8 活荷载沉降 mm 1 8 6 4 图 4 4 沉降差示意图 从表中可以看出后期使用荷载产生的沉降差很小 不会对本身结构产生伤害 对地铁站 体影响极小 而且地铁站体与商业裙房之间 4 6mm 沉降差使框架梁 KLAB 产生的附加弯矩相 对很小 因此框架梁 KLAB 能按正常工况进行设计 裂缝和挠度可以控制
8、在正常值范围以内 4 3 沉降对站体的影响 4 3 沉降对站体的影响 地铁运营时对站体沉降要求在 5mm 以内 由于地铁站体与相邻商业裙房的沉降差 会使 商业裙房相邻的一跨荷载传到地铁站体上 如图 4 5 这样会加大地铁站体的沉降 我们计 算在此种最不利工况下 地铁站体的沉降为 3 1mm 满足地铁运行时 5mm 以内的沉降要求 图 4 5 站体沉降示意图 5 在地震中商业裙房对站体的影响 5 在地震中商业裙房对站体的影响 为保证地震中商业的损伤不影响站体 我们考虑站体柱子与顶板的抗震性能高于商业裙 房主体 保证商业部分的构件进入塑性时 地铁站体仍处于弹性 首先对商业裙房进行了大 震推覆计算
9、结果表明商业裙房满足设计要求 以此为基础提取大震下商业裙房的柱底内力 用于地铁站体的设计 最大限度的减小在大震作用下商业裙房对地铁站体的影响 图 5 1 X 方向结构能力谱与需求谱关系图 图 5 2 Y 方向结构能力谱与需求谱关系图 站体四排柱子 边排柱 轴力 10976 2KN X 方向地震 X 向 平行于地铁走向 剪力 1201 9KN Y 向剪力 106 1KN X 向弯矩 4802 2KN M Y 向弯矩 173 9KN M Y 方向地震 X 向 平行于地铁走向 剪力 0 1KN Y 向 剪力 1348 2KN X 向弯矩 0 2KN M Y 向弯矩 5336KN M 中排柱 轴力 5
10、736 4KN X方向地震 X向 平行于地铁走向 剪力1674 9KN Y向剪力77 1KN X向弯矩6180 2KN M Y 向弯矩 140KN M Y 方向地震 X 向 平行于地铁走向 剪力 0 2KN Y 向剪力 1174 9KN X 向弯矩 0 2KN M Y 向弯矩 3459 5KN M 6 结语 6 结语 我们从商业裙房沉降对地铁站体的影响和在地震中商业裙房对站体的影响两个方面入 手 首先根据甲方提供的地铁站体勘察报告 初步估算商业裙房以及站体的桩基布置 以此 桩基布置以及施工期间预留后浇带为前提 计算出后期使用荷载产生的沉降差不会对商业裙 房结构本身和地铁站体产生损伤 然后提取大
11、震中商业裙房的柱底内力作为附加荷载提供给 站体设计单位进行顶板和柱子的常规设计 目的是使站体柱子与顶板的抗震性能高于商业裙 房主体 保证商业裙房进入塑性时 地铁站体仍处于弹性 经过以上分析 我们认为地铁上 盖不断缝的设计方案是基本可行的 7 地铁上盖开发中的其它问题 7 地铁上盖开发中的其它问题 本工程要求在确保地铁安全的前提下 对地铁站周边及上部进行商业开发 为了具有可 操作性 应对整个地块进行一体化设计 地下室的的设计应该做到施工图的深度 高层建筑 上部至少做到扩出深度 土地出让应采用带图纸招拍挂的形式 由于工程本身的复杂性 后 期仍有许多问题需要仔细考虑 1 裙房与地铁站体同时施工范围的
12、确定 由于本工程是地铁上盖项目 地铁先期进 行施工 待通车运行后再施工周围及上部的商业部分 并且地铁在通车时要求竖向沉降量不 大于 5mm 水平侧移量不大于基坑深度的 0 14 所以从实施代价与风险的角度考虑 地铁 施工时要将一部分裙房施工完成 施工范围可以按4 3 跨考虑 2 盾构隧道 图 7 1 中圆形部分 处施工范围的确定 由于盾构隧道本身是柔性连 接 相对于可视为刚体的站体而言 隧道的保护更为重要 建议在隧道上方一定范围内的地 下室应先期建设 而且隧道两边的连续墙需要提前施工完成 然后再进行盾构施工 地铁上 盖商业开发的地下室外墙与盾构隧道外皮的水平净距不宜小于 1 倍洞径 为了保证盾
13、构施工 的安全性 建议盾构隧道的外皮与商业裙房的桩及地下室底板都有一定的安全距离 如图 7 1 所示 而且为了减小盾构施工时对周围桩水平侧移的影响 建议盾构隧道四周的桩采 用后注浆工艺 图 7 1 盾构区的安全距离 2 地铁运行带来的振动问题 目前国内对振动的评估标准并不明确 有建筑结构的 振动标准 也有铁路的振动标准 地铁公司需要明确采用哪种振动的评估标准 提前委托相 关单位对振动进行评估 如果不能满足使用功能的要求 就需要结构 建筑 地铁设备专业 共同合作解决 首先 需要确定噪音源 看是否能对噪声源进行隔离 比如在地铁轨道方面 做相应处理 如果仍然不满足 就需要在结构上进行处理 比如在结构
14、中设置阻尼器或隔震 装置 如果还是无法满足要求 就需要建筑专业调整相关范围的使用功能 3 减小沉降的措施 地铁站体的沉降是地铁安全中最重要的因素 上盖商业开发中 对地铁站沉降的影响有很多方面 包括站体上部的加载 四周的卸载 周围的桩基施工以及 降水等诸多方面 为了减小和预判未来裙房施工对地铁站体的影响 前期方案要对站体及四 周的土体进行三维有限元分析 详细计算周围的施工与建设对站体本身的影响 根据专家建 议 具有地铁上盖的地铁站体地连墙要比其无地铁上盖的地连墙要厚要深 而且地铁站体以 及与站体贴建范围内的单桩承载力建议折减 0 7 如果有条件此范围内的桩基可以采用后压 浆施工工艺 对于隧道四周
15、的桩基 在计算单桩承载力时建议将隧道高度范围内的侧摩阻取 零 4 减小地震反应的措施 本项目地铁上盖只有四层商业裙房 高层建筑距站体距离 较远 地震对站体的影响相对较小 由于高层建筑的地震反应要远远大于商业裙房 所以地 块中邻近的高层建筑与商业裙房之间建议做断缝处理 如果地铁上盖有高层建筑 建议高层 建筑采用隔震或阻尼器装置 如北京通惠家园 上海辛庄站等工程中均采用此类做法 5 商业裙房后期基坑开挖时应采用大坑套小坑的开挖方案 先开挖施工地铁四周一 定距离以外的商业裙房 地铁周围的土体采用有效的基坑支护方案 保证水平侧移不大于基 坑深度的 0 14 基坑降水时要缓慢对称降水 要随时监测基坑支护水平侧移量 参考文献参考文献 1 国家标准 50299 1999 地下铁道工程施工及验收规范 S 2 周文波 盾构法隧道施工技术及应用 M 北京 中国建筑工业出版社 2004 3 国家标准 12099 建筑基坑支护技术规范 4 谢小林 翟杰群 贾坚 地铁换乘枢纽旁深大基坑的若干设计技术分析 J 建筑结构 2008 9
