上海地铁4号线工程上海体育馆站换乘方案设计.docx

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上海地铁4号线工程上海体育馆站换乘方案设计

上海地铁4号线工程上海体育馆站换乘方案设计

提要：

在上海闹市区，地铁4号线线路将穿越已建地铁1号线上体馆车站，以实现两线站台T型换乘。

项目关键是有效换乘及穿越施工方案安全可行。

设置换乘自动扶梯及共享站厅层，提高换乘效率；仔细分析原车站在穿越施工中的沉降与抗沉降因素，提出多重安全措施，使穿越更有把握。

关键词：

地铁4号线T型换乘穿越已建结构

Abstract:

IInShanghaidowntownarea,ShanghaiLine4willgetthroughtheexistingShanghaiStadiumStationofMetroLine1toachievethe"T"interchange.Sincethehighefficiencyinterchangeandthecrossovertunnelingarethetwokeypointsinthisprojecttobesafelyfeasible.Toimprovetheinterchangeefficiency,apairofescalatoristobeequippedandoneconcourseistobesharedbyeitherline.Tomakethecrossovertunnelingmoreassured,thefactorsofsettlementandresistancetosettlementarecarefullyanalyzedwithmulti

safetymeasuresputforward.Keywords:

Metroline4,“T”Interchange,tunnelingcrossovertheexistingcivilstructure.

　1　总则

　1.1　工程概况

地铁4号线上海体育场站位于零陵路漕溪北路丁字路口，东西向设置，与上海地铁1号线上海体育馆站丁字相接。

本换乘段位于此丁字路口。

地铁1号线上海体育馆站呈南北向布置，该车站长232m，宽22m，上覆土2m，底板埋深14.4m，坐落在⑤1层灰色粉砂土上；其下21.0~26.9m是⑤2层灰色软质粘土，再下面是⑤3层灰色粘土。

该车站以800mm厚、26.0m深的地下连续墙作围护结构，墙趾处采用了注浆加固，隔水效果较好，在施工期间仅采用了坑内降水。

结构顶板厚700mm,底板厚1000mm，内衬墙350mm厚，与地下连续墙共同受力。

该车站在漕溪北路零陵路丁字路口处共有三个出入口，其中两个出入口将给本换乘段施工带来影响。

该车站东侧有上海体育馆，西侧毗邻华亭宾馆和漕溪北路高层住宅群，各高层之间净距为25m，20世纪70年代初建成。

另外，车站上面有高架道路，东、西两侧交通相当繁忙；道路下面有大量的地下管线，在本换乘段东侧有φ500、φ700煤气管各一根、φ700雨水管一根、35kV电缆及若干上水管与电话电缆；西侧除有许多一般的管线外，还有30路国际通信电缆，其重要性不言而喻。

地铁4号线线路将从该车站下穿过，形成与地铁1号线车站的站台直接换乘节点，并在地下一层与地铁1号线车站形成共享站厅层。

1.2　目标与任务

虽然，当初该站的建设并未为本换乘节点做任何预留措施，但是，要真正使本换乘节点在今后发挥正常的换乘功能，我们仍然有责任去发掘一切工程可行的方案，并努力将其付诸实施。

出于这样的思考，本方案的设计，始终是围绕着换乘节点的设计优化与工程可行性这两个重点及其相结合而展开的。

因此，诸如：

提高站台之间的换乘通过能力、缩短换乘距离、共享站厅层与出入口、提高换乘服务水平与施工期间如何保证地铁1号线的正常运营、保证漕溪北路高层的安全、避免或减少对地面交通及地下管线的影响等等因素都是被综合在一起来考虑的。

本项目的中心点是穿越没有预留措施的地铁车站并形成换乘节点，这在国内还是首例；而项目的实施又有如此多的环境约束条件，这在工程设计、施工领域内也是极富挑战性的；对于城市地下轨道交通规划如何去适应现代城市的高速发展，本项目的实施将提供一种新的解决办法，具有开创性的价值，所以，它又是极有意义的。

1.3　设计宗旨

以人为本、安全可行。

1.4　存在矛盾

（1）节点换乘通过能力与上、下行线间距及漕溪北路两栋高层之间距离的矛盾；

（2）穿越原车站所需的有利施工空间与地面交通、地下管线及地下障碍的矛盾；

（3）穿越施工、原结构地基卸载、原车站结构保护及地铁正常营运的矛盾。

1.5　基本对策

一家有难，多家分担；化集中的风险施工为分散的常规施工。

2　线路方案

地铁4号线线路由东向西，经过该车站（14m站台）时，线间距由17.2m缩至12.0m,在穿越漕溪北路两栋高层时盾构外侧与高层桩基之间的净距约为1.7m。

由于利用了上、下行线路曲线先后起弧的办法，使换乘交点处的线间距达16.5m，从而为建筑专业在换乘节点处布置上、下行自动扶梯、提高换乘通过能力创造了空间条件。

2.1　西侧方案

取消西侧盾构工作井。

当盾构到达原车站地下墙时，拆除盾构内主要设备，加强原盾壳，在盾壳内向外作法向劈裂注桨或水平冰冻法地基加固，然后拆除大刀盘，用月牙形钢板封堵楔形缺口（由于非正交相接）。

在原地下墙上植筋，用高性能混凝土将盾壳内无管片区间一次浇筑成圆衬砌。

待混凝土达到强度后，与来自东侧的作业同步，分步凿除洞口原西侧地下墙，用钢板衬加强洞口连接并作防水处理。

2.1.1方案特点

（1）对西侧地面交通、地下管线，尤其是30路国际通讯电缆线路无影响；

（2）消除工作井施工及盾构进出洞给相邻两栋高层带来的施工风险，将原土建的施工风险转化为机械专业的正常作业，可节约费用约500万元，估计缩短工期6个月；

（3）由于原Ⅳ号出入口挡土墙550的钻孔灌注桩在深度方向侵入离区间约2m,水平方向影响约15m，成为北线盾构到达的障碍。

2.1.2　对策

（1）委托进行地下障碍物探等调查研究，摸清事实。

（2）在原Ⅳ号出入口内进行垂直/斜向注浆或水平冰冻法地基加固，加固范围包括原西侧地下墙外侧和障碍桩端的周边。

利用下述中段方案的空间条件对该范围作补充加固，然后对该西侧地下墙开孔，采用局部矿山法逐根凿除桩端，再回填空间，封堵孔洞，迎接盾构的到达。

2.2　东侧方案

原车站东侧有地面3车道（局部2车道）及非机动车道，车道总宽约14m。

地下有500，φ700煤气管各一根，φ700雨水管一根，35kV电缆及若干上水管与电话电缆，还有原Ⅲ号出入口通道。

新车站基坑为地下三层，开挖深度达21.4m。

本方案将基坑紧靠原车站东侧地下墙布置。

为此，需临时搬迁道路与小型电缆；将煤气管、上水管临时上翻改道至高架桥墩边；局部切断、封堵雨水管，（或在其上游预设旁通管）使雨水暂时改道，临时支托保护35kV电缆多孔管。

留出11m宽的临时便道，弯道半径大于40m。

由于该段道路处于零陵路口，道路回旋余地大，可以留出宽约27m、长约130m的端头施工场地。

其中，27m宽的施工场地已考虑了新车站换乘段与主结构先后施工挡土结构的搭接空间，而施工机械也有必要的回旋余地。

该换乘段采用逆筑法施工。

2.2.1　临时改道完成后即进行如下换乘段顶板施工作业

（1）在原地下墙边，部分凿除原Ⅲ号出入口通道的顶底板，利用850三台SMW钻机泥浆护壁孔，深度达30m，深于原地下墙脚，分别插入四根φ800/t20mm的钢管，再用先进的液压锤打桩机将它们打入第⑦2层，约50m深，然后置换管内泥浆，灌入混凝土，形成钢管混凝土桩柱，作为原车站结构的托换支承，单桩允许承载力约为600t；同样，打入另四根中柱支承桩，以形成该段逆筑法的中心支承，也作为今后的车站中柱。

（2）采用改进型SMW工法，即在搅拌孔内插入φ800/t16～20mm的钢管，间距1000mm,钻进深度30m，钢管长40m，未钻进部分采用液压锤打桩机，打入第⑥层，形成挡土墙下趾点嵌固。

（3）基坑内采用深层搅拌桩加固，障碍物下采用深层旋喷桩加固，以减少开挖引起的地面位移；基坑底下约8m采用旋喷桩或深层搅拌桩满堂加固，以应付原车站地下墙插入深度相对不足带来的基坑端头稳定问题。

（4）在距原车站东面约14~17m处，做东侧坑内横向临时挡土墙一道，从而形成首次开挖深约3m基坑的条件。

（5）暴露35kV电缆管（在其两侧各增加一根800围护钢管，外侧布定喷桩止水）设钢梁悬吊电缆管。

（6）紧靠原车站开挖深约3m、纵向两跨、长约17m的梯形基坑，施工新车站的顶板及托换大梁，包括在原车站结构上植剪力钢筋、预设无粘接塑料管及内外对拉高强螺栓。

顶板末端固定临时挡土墙。

（7）恢复地下管线，再恢复该段地面道路与交通，将施工范围转移到零陵路上，准备主体车站挡土墙及结构顺筑法施工。

（8）利用主体车站第二跨及其以东的顺筑法空间与预留孔，完成该段顶板以下的逆筑法支撑、开挖作业。

（9）回筑内衬。

各层楼板、内衬与原车站结构植筋联接，布置对拉高强螺栓。

（10）在原车站东侧内衬墙平面内用钢筋混凝土结构临时封堵原Ⅲ号出入口，用钢结构加强原Ⅳ号出入口，以保证内衬墙作为临时大箱梁腹板所应有的抗剪能力。

加上主体车站的顺筑法施工，可形成与原车站紧密相接、具有托换支承能力的新车站整体结构。

它既可分担原车站由卸载所转移的内力，又为中段施工创造了安全、便利的施工空间。

2.2.2　方案特点

（1）紧贴原车站施工，既可对原车站进行结构托换，又可为中段施工创造安全、便利的施工空间；

（2）施工方法简单，质量易保证，工期易控制，造价相对便宜；

（3）新车站建成后可缩短并加宽下三层T型换乘的水平通道，提高服务水平；

（4）可直接利用原下一层出入口通道，形成两站共享站厅层，便于两站乘客的站厅层换乘与新站乘客穿越漕溪北路；

（5）缩短新车站的占地位置，减少周边影响，节约工程投资；

（6）施工期间将影响漕溪北路东侧的部分交通与地下管线。

2.2.3　采用改进型SMW工法的理由：

（1）该段施工场地狭小，工期紧，地下障碍物多；

（2）需拆除场地内的部分原Ⅲ出入口，深度达7m，钻孔灌注桩深度达16m，拆除后场地土体扰动剧烈；

（3）该方法布置灵活，可避开无法搬迁的管线，施工速度快，对环境影响小，隔水效果好，对扰动土不敏感，且可与坑内地基加固及支承桩施工共用机具设备；

（4）采用打桩机打入未钻进部分的钢管，可发挥现有SMW设备的隔水潜力，以适应更深基坑的支护要求；

（5）钢管内水泥土呈三向应力状态，钢管又为闭口截面，组合墙身抗弯刚度大，还可通过改变钢管壁厚来调节不同深度处的抗弯能力。

2.3　中段方案

这里遇到的穿越问题与穿越一般的铁路线不同，原车站结构有相当的刚度；另一方面，地铁运行对沉降的要求也更高。

为此，本方案进行了多工况的沉降因素与抗沉降能力的分析，即：

将原车站作为弹性基床上的大箱梁、作用有基本的实际荷载，计算部分地基土被削弱或被掏空所引起的结构附加内力和附加位移。

由于采用了特殊工况与背景工况相减的计算方法，避开了计算结果的不确定性，获得了较为可信和理想的结果。

通过这种构思与计算的交互发展，确定了以下方案。

先期在原车站内垂直向下对原车站下⑤1层灰色粉砂土体进行地基的防渗与加固处理（可采用冰冻或其他有效的加固方法），深约8m，进入⑤2层灰色粉质粘土中，加固后土体应能基本自立，开挖面基本不渗水并形成两侧隔水帷幕。

利用东侧逆筑法提供的工作空间，采用三组高为5.8m、宽约为8m的钢壳箱涵，箱涵具有内部密集型支撑，密集型支撑顶部再设置纵横向网格梁，上开口，正面网格胸板，辅以一定的正面超前地基加固措施，以人工开挖逐个顶进，完成穿越工程（图1，图2）。

钢壳箱涵顶面纵梁头部呈雪橇状，表部设置聚四氟乙烯滑垫增滑，使箱涵紧顶在原车站底板下，支撑的设置需避开该通道段内衬结构的墙、柱位置，便于不换撑直接浇筑内衬。

图2　已建（拟建）车站纵（横）剖面图

三组钢壳箱涵平面上分为南、中、北，避开两根托换立柱。

首先顶进中组，到位后可利用其空间对周围土体作进一步补充加固，同时也使其自身成为可靠的中间支墩；然后逐个顶进南、北两组。

箱涵以支护为主，人工开挖，以新车站楼板、梁及内衬结构作为顶进后靠。

随着上部雪橇状支撑处原底板垫层的清除与正面土体的挖除，箱涵被逐步顶进；同时，通过箱涵前端下部的楔形构造挤压下部土体，使箱涵始终保持上抬趋势以紧贴上部底板，从而避免竖向卸载。

箱涵壁上还布置压浆孔，既可压注减阻泥浆，也可向下压浆，以保持箱涵紧贴上部底板，直至达到原车站西侧地下墙内侧。

当三组箱涵均到位后，随即侧向分步打通并连接各组箱涵，从而在原车站底板下形成密集支撑的大空间。

清除原底板下剩余的垫层，凿除新老结构结合处原底板混凝土保护层并植筋，采用压注式高性能混凝土，浇筑该通道段永久结构内衬。

待内衬达到强度后，切除箱涵内各钢支撑，填补切点并作防水处理。

然后，与来自西侧的盾构区间结构作业同步，分步凿除洞口原西侧地下墙，用钢板衬加强洞口连接并作防水处理。

整个施工过程中对原车站的沉降及变形进行严密监测，做到信息化施工。

至此，穿越工程完成，此时，可打通下一层的原车站Ⅲ号出入口的临时封墙及拆除Ⅳ号出入口的临时加强钢结构，形成共享站厅层。

由于有基本的地基加固，又建立托换结构体系，并采用钢壳箱涵分组顶进、步步为营等多重措施，在合理的计算结果指导下，可以排除原车站在穿越施工时的沉降风险。

采用钢壳箱涵的理由：

（1）形成周边支挡，对原地基的加固要求相对降低；

（2）防止周边土体涌入，保证施工人员的安全，也避免原车站地基水土流失、地层损失引起结构沉降，可实现穿越过程基本无竖向卸载；

（3）钢壳箱涵内部密集型支撑重量轻，用料省，阻力小，推进过程易控制，施工精度高；

（4）在钢壳箱涵内浇筑内衬与原车站结构的联接质量更为可靠，防水构造简单，效果好。

3　原车站运行管理、设备保护、开孔施工与自动扶梯安装

（1）地铁1号线上海体育馆站原站台长度为8节列车编组所设，现运行6节列车编组，故有22m长的站台可以临时封闭作为施工用地，通车不通人；但有一方向列车信号设备位置因此错位，故在施工期间，进入该站的这一方向列车需采用人工驾驶模式。

（2）原站台板下有消防水管，可在人孔内临时切断水管，联接弯头，发兰，将其改道移向梁侧。

（3）原站台板下还有大量动力电缆，需保持正常工作，可在相应位置埋入角钢支点，

在此范围内盖上10mm厚的绝缘板，再覆以薄钢板，以起到绝缘和防止冲击破坏的作用。

（4）经计算，在换乘段形成以后，原底板中应力水平较低，可直接向上开孔；或在四个角点先期钻孔，埋入厚壁钢管后再开孔，以消散应力。

将洞口原钢筋整理并焊接在定制钢构框上，形成钢构封口。

自动扶梯由原车站车道运抵原站台，然后依次吊入梯孔。

4　结语

（1）由于提出拉开换乘交点处的线间距，为采用自动扶梯换乘提供了空间；

（2）由于提出取消西侧工作井，可消除施工对漕溪北路高层的威胁、解放西侧道路；

（3）由于占用东侧部分道路，既可支撑及托换原车站结构，又可方便穿越作业，同时还可提高换乘服务水平，是将施工风险转变为道路、管线部门的短期麻烦，而将长期的方便留给乘客；

（4）由于仔细分析了沉降因素和原车站结构的抗沉降能力，配合提出多重安全措施，可使穿越过程更有把握；

（5）由于提出分散采用多种行业内成熟的施工方法，可使整个施工过程的每一步成为可预测的、易控制的，即使发生局部作业不尽人意的事故，也有弥补的机会，不会影响整体施工的可靠性。

总之，在分散风险的可靠性理论指导下，方案做到了巧妙构思与精确计算相结合。

可以说，本方案能够达到设计宗旨提出的以人为本，安全可行的目的。

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