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1、都市快轨交通 第 2 3卷 第 3期 2 0 1 0 年 6月 t 土建技术 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 6 0 7 3 2 0 1 0 0 3 0 1 7 地铁十字交叉换乘车站 全暗挖同步建造技术 黄美群 ( 北京城建设计研究 总院有 限责任公 司北京1 0 0 0 3 7 ) 北京地铁黄庄 站是 北京地 铁 4号 线与 1 0号线 的 换乘车站 ， 是 目前 为止 国 内第 一座 采用 全 暗挖施工 技 术 同步建造的十字 交叉 换乘 车站 ， 也是迄 今 为止规 模 最大 、 结构体 系最为复杂的暗挖 车站 。 l 黄庄站建筑概况 黄庄站位
2、于海淀区中关村大街与知春路相交的十 字路 口正下方 ( 见 图 1 ) ， 车站总建筑面积 2 5 1 2 2 m 、 覆 土约 7 0 I T I 。其 中 ， 4号线呈 南北 走 向 ， 车 站 主体 总长 2 1 6 7 m， 岛式站 台宽 1 4 m， 为地 下 2层 端头厅 形 式车 站 ； 地下 1 层端头厅为两线共用站厅层 ， 地下 2层为站 台 层 ( 见 图2 ) 。1 0号线呈东西走 向， 车站主体总长 1 5 7 1 71 ， 侧式站 台宽 2 x 7 5 1 T I ， 为地 下 2层 车站 ； 地 下 1 层 为 站 台层 ， 地 下 2层为倒 置站厅 层 。两站 在
3、路 口下 斜交 7 5 。 ， 4号线 岛式 在 下 、 1 0号 线侧 式 在 上 ， 并 设 置 4条 环形换乘通道 ， 连接 4号线站厅 与 l 0号线站 台， 实 现 岛 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 2 1 6 修 回日期 ： 2 0 1 0- 0 2- 0 5 作者简介 ：黄美群 ， 女 ， 大学本 科， 轨道 院副 总工 ， 教授 级高工 ， 国家 一级注册工 程 师， 主 要从事 地 下工 程结 构 设计 和研 究 ， h u a n gmq b u ed r i c o m 图 1 车站总平面 图 2 4号线车站纵剖面 式站厅一侧式站 台间 的“ 上侧下岛” 十字换 乘
4、 。本站附 属建筑 除 4条 换乘通 道外 ， 还 设有 4组风 道和风 亭 、 6 个 出入 口及 2条消防疏散通道 。 2 全暗挖的必要性分析 同步建造十字交 叉换乘 车站 ， 南于工程 规模 大 、 结 构体系复杂 ， 一般均适宜采用明挖或盖挖法施工 ， 而黄庄 站特殊的环境条件使得其工法的选择存在诸多制约因素。 2 1 道路交通繁忙 车站所在 的十字路 口， 是 中关村 地 区 的交 通 咽喉 要道及主要 的公交 走廊 ， 机动 车流量 非 常大。据现 场 统计， 单向高峰小时车流量达4 8 0 0辆 ， 仅路口公交线 路 l 8条， 加上大量的非机动车及行人 ， 使得道路交通 十分繁
5、忙， 交通环境极为复杂和敏感， 稍有不慎就会导 致路 口及周边区域的交通 瘫痪 。根据现场及 区域性交 U R B A NR ID R A I L T R A N S IT 7 5 都市快轨交通 第 2 3卷 第 3期 2 0 1 0年 6月 通调研 ， 黄庄站施工期问路 口双向均没有分流和中断 交通的条件 ， 因此 维护 中关村 地 区的交通 畅通 成为制 约车站施工工法选择的 因素之一。 2 2地下管线繁杂 道路下方工程范 围内共有各类市政管线 5 6条 ， 其中 城市主干线 2 3 条 ， 井盖共有 5 1 8个 ， 热力 、 电力 、 通信 、 煤 气、 上水 、 下水应有尽有 ， 纵
6、横交错 ， 形态各异。以往的建 设经验表明， 大量繁杂的地下管线， 尤其涉及到城市主 干线的改迁或临时保 护 ， 不仅严重制约了工程的正常进 度 ， 而且需要花费 巨大 的财 力。据初 步估算 ， 如果对黄 庄站明挖施工影 响范 围内的地下管线进行 改迁或 临时 保护处理 ， 需要增加投资 9 0 0 0万元 以上。 2 3 环境保护要求高 车站位于城市中心区 ， 站位周边 分布有 电子大厦 、 写字楼 、 影 剧 院 、 医院 、 书店 、 住宅 等敏感性 建筑 物 ， 环 保要求较 高 ， 尤 其是 对 噪声 、 振 动 和大气 污染 控制 严 格 ， 对居 民出行 、 商业活动 的影 响
7、亦不容 忽视 。黄庄站 建筑面积达 2 5 1 2 2 m ， 如果全部采用明挖法施工 ， 将产 生 土石方工程量达 2 6万 13 1 ， 消耗钢材约 2 0万 t ， 浇注 混凝土约 1 0万 m ， 土建工期长 达 3年 。如此 大规模 、 长 时问的露天作业 ， 必 将 给环境带 来 多方面 的严重 影 响 。1 9 9 8 年 日本名古屋市 当时的一项 地铁施 工工法的 环境影响评价研究 资料表 明， 地铁 工程 采用 明挖法 施 工 ， 仅因施工引起交通 阻塞而发 生的损失 ， 其 中包 括时 间损失 、 燃油损 失 、 排 出废 气损失 ， 影 响范 围从 施工 地 点上下行各3
8、 k m统计， 每天约为 2 3 0万 日元。明挖法 用于环保的附加 成本远远高于 暗挖法 。 2 4工程地质及水文地质具备暗挖 实施条件 工程场区地层主要为填土、 粉土、 粉质黏土、 粉细砂、 中 粗砂及卵石层。场区地下水丰富， 地层中赋存上层滞水 、 潜 水和承压水 ， 其中上层滞水 、 潜水位于车站开挖范 围内( 见 图3 ) 。另外， 地层中还存在不 良地质体包括地层松散 区、 图 3 车站地质纵剖面 7 B U R B A N R A P I D R A IL T R N s r r 空洞、 水囊及其他不明构筑物， 以空洞 、 水囊较为普遍。 从车站所在 的地层 情况看 ， 基本 属
9、于典 型 的北 京 地 区土层条件 ， 以往 有过 多座大 型地 铁车 站暗挖施 工 的成功先例 。虽然 本站 土层存 在不 稳定性 、 加上 地下 水和不 良地质体 的存在 ， 暗挖施 工具 有相 当 的难度 和 风险 ， 但仍具备 暗挖实施 的条 件 ； 同时 ， 地层 良好 的降 水效果 以及无 近距离的大直 径雨 、 污水管 ， 是 确保 暗挖 安全实施的先决条件 之一 。 总之 ， 黄庄 站采用 全 暗挖法施 工 ， 对 道路 交通 、 地 下管线及环境保护等 方面的影 响较 明挖或盖挖 法施 工 具有较大的优势。 3 全暗挖关键技术的应用 本站结构体 系复杂 ， 2 0余条大 小不
10、一 的隧道纵 横 交错 、 上下交叠 ， 密布在不到 4万 m 的地块 下方 ， 其 中 最大的两座主体隧道 开挖 面积均 为 3 4 0 m ， 最小 的消 防通道开挖面积约 为 9 m ， 隧道 上方覆 土 3 1 4 m不 等 。地 面沉 降及群洞效应控制 、 暗挖 隧道相交 、 暗挖 进 洞 、 环境保护及 安全风 险等 难点 是 二 程 必须解 决 的关 键问题 。通过 大量 的研究 和技术 论证 ， 提 出并 实施 了 一次扣拱暗挖逆 作法 、 双层 直墙 +单层 曲墙 暗挖交 叉 节点模 式 、 双层格 栅 +贴壁 环梁 和贴壁 空 间框 架初 支 暗挖进洞方式 等一 系列新技
11、术 和新措施 ， 并 首次将 地 下管线的安全保 护列 为一 级风 险源项 目， 有 针对性 地 进行了环境安全专项设计和风险控制。 3 1 一次扣拱 暗挖逆 作法在 车站 主体 隧道 中的 应 用 3 1 1 一 次扣 拱暗挖 逆作 法 在 黄庄站首次提 出并成功实施 了一 次扣拱 暗挖逆 作法 。此新工法 的技术核心为选取三连拱 框架侧跨 的 顶拱 和底板结 构 ， 分别 拟合 并形 成上 、 下导洞 ， 底 板及 底纵梁先于其他构 件在下导洞内一次 性 、 完整地形 成， 而 后 在上 、 下导洞 问 施作边桩和中间立 柱， 形 成竖 向支 撑 构 件， 上 导 洞初 支 即为顶 拱初
12、支， 顶 拱及顶纵梁二次衬 砌可在上导洞 内一 次性 、 完 整地 完成 ( 见图4 ) 。 形成完整的基础承力构件 图4 一次扣拱暗挖逆作法技术要点 地铁十字交叉换乘车站全暗挖同步建造技术 新 二 法与传统工法相 比， 其优势在 于地面沉 降 及 群洞 效 应 控 制 显 著 ； 结 构 受 力 转 换 次 数 少 ， 施 工 安 全性 高 ； 二 衬 结 构 分 块 少 、 施 工 缝 少 ， 大 空 间 、 作 业 环境好 ， 整个 工 程 质 量 高 ； 施 工 速 度 快。尤其是新 法的核心技术 ， 即拱顶和基础底板能一次性 、 完整地形 成 ， 对 提 高 结 构 稳 定 性 、
13、加 快施 工速度 、 提 高 施 工 安 全性 ， 可起 到 至 关 重 要 的作用 。 黄庄 站 4 号 线 和 1 0号 线 车 站 主 体 隧 道 均 为 双 层 三 连 拱 框 架 结 构 ， 采用 新 工法施工 ， 车 站 结 构 横 剖 面 见 冈 5 。 与拉梁 同时浇注 桩顶拉 耀l l 疆 幽 桩底拉 超前管棚间 插 小导管 初期 支护 防水层 l 防水层 I 塞 鳖 垫 星 ( a ) 4 号线1 4 m宽岛式站台车站 ( b ) l 0 号线2 7 5 m宽侧式站台车站 图 5 车站 结构横 剖面 3 1 2 新工法车站主体结构设计要点 3 1 2 1 4导 洞设 计 根
14、据 4号线和 l 0 号线框架结构的侧跨形式和尺寸 ， 上导洞的拱部与侧跨 的顶拱 、 下导洞的底部 与侧跨 的底 板相拟合形成上 、 下导 洞。导洞 为单跨 马蹄 形隧道 ， 开 挖尺寸分别为 1 0 6 m 6 I I 1 和 8 8 m 5 m， 上 、 下导洞 的 形式和尺寸一样 ， 上 、 下净距离为 4 6 m和 7 3 n l 。 根据导洞开挖跨度 、 埋 深及 土层条件 ， 综合考 虑施 工_丁艺要求 、 地 表沉 降 控 制标 准 等 因素 ， 通 过数 值 分 析 ， 确定 4号线采用上导洞 C D法 +下导洞 双侧壁 导坑 法 、 1 0号线采用 上导洞 C D法 +下导
15、洞 C D法 以及下 导 洞先于上导洞开挖 的导洞 开挖方式 。 3 1 2 2主要 受力构件 设 计 顶拱和底板主要承受竖向水土压力， 同时作为边 桩的支撑构件 ， 按压弯构件进行设计。顶、 底纵梁为多 跨连续梁 ， 在中跨结构封闭前， 应考虑因侧跨偏载而引 起 的抗扭作用 。 边桩采用人工挖孔方式形成 ， 尺寸 4 , 1 0 0 0 1 8 0 0 I n i n ， 桩问采用 1 5 0 m l n 厚网喷混凝 土， 确保土体稳定 。边桩作 为临时构件 ， 主要承受施工期间顶拱竖向荷载及 水平侧 土压力 ， 按压弯构件进行设计 。由于边桩 的施作 需破除 导洞初支 ， 因此在满足受力的
16、前提下桩 间距应尽量加大。 中柱为钢管混凝 土柱 ， 尺寸 4 , 8 o o 8 0 0 0 m lr l ， 按轴压 构件设计。由于立柱侧 向刚度弱 ， 设计应充分考 虑中跨 结构封闭前后施工过程产生的偏载作用。架设钢管柱前 ， 应采用人工挖孑 L 形成竖井结构 ， 竖井直径约为 1 2 0 0 I n I n 。 3 1 2 3主要 构造 措施 边桩与顶拱 、 底板采 用槽 口式 绞接形式 ， 即在边桩 顶端和底端各设纵向拉梁 ， 顶拱和底板结构的连接节点 处通过短肢侧墙形成 单 向沟槽 ， 边 桩顶 、 底拉梁嵌 入其 中。实践证 明， 采用这种槽 口式绞接形 式不仅能保证结 构体系的稳定性 ， 而且能较好地形
