第12章大型地铁枢纽站改扩建技术--《城市地下空间建设新技术》(1).ppt

城市地下空间建设新技术 2016年7月 全国注册土木工程师 岩土 继续教育必修教材 12 1概述12 2技术介绍12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程12 5总结 第12章大型地铁枢纽站改扩建技术 12 1概述 以上海地铁徐家汇枢纽站工程 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程为例 详细介绍了大型地铁枢纽站扩改建技术 随着轨道交通的发展 地铁换乘站的需求越来越多 而在原有地下结构上进行改建扩建亦是大势所趋 12 2技术介绍 利用原地下车库改建技术 超深基坑施工技术 大面积利用既有地下空间改造建设地铁车站的系列设计与施工技术 利用地下空间向下加层扩建的暗挖技术 低净空条件下先插后喷型钢旋喷桩围护结构施工的IBG工法 全方位压力平衡高压喷射注浆工法 低净空条件下的环境微扰动静压桩施工技术 运营地铁车站大面积单侧卸载技术 运营地铁隧道上方大面积卸载技术 运营地铁隧道单侧卸载技术 运营地铁车站结构大面积微损开洞技术及地铁车站半幅顶板逆作施工方法等 3 1工程概况 环港汇 设计方案在港汇广场北侧路下3层地下室改建为地下2层的9号线车站 在港汇广场西侧的恭城路建地下5层的11号线车站 在西北角成 L 型相交 可形成2线的站台换乘 9 11号线与1号线的换乘则通过港汇广场的地下1 2层换乘大厅实现 徐家汇枢纽三线换乘枢纽站工程包括9号线车站 11号线车站 换乘大厅和换乘通道3大工程 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 1工程概况 地铁徐家汇枢纽站3线换乘 环港汇 方案 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 9号线 1号线 11号线 暗挖法新建换乘通道 港汇住宅楼停车库 东方商厦 港汇商办楼 港汇商办楼 联华超市 衡山路下立交 名店运动城 盖挖法新建付费区换乘厅 环港汇换乘枢纽站效果图 8 3 29号线车站 9号线车站呈东西走向 东临华山路 西端位于恭城路以西的大宇开发地块内 站位设于港汇商场与港汇公寓之间的车行道下 为地下二层一柱两跨结构型式 车站长237 6m 宽22 8m 该车站工程是国内首次利用已建地下空间改建而成的车站 即利用原港汇广场17 19轴的地下车库改造而成 原港汇广场17 19轴为柱间距11 4m的框架结构 地下三层层高分别为5 2m 3 8m 3 9m 地下一层车库改作站厅层 拆除下二层楼板 竖向打通地下二 三层作为站台层 车站东侧不设端头井 将地下室围护外土体加固后盾构进洞 并留盾壳在接头处 盾构拆散运出后洞圈处浇圈梁止水 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 29号线车站 9号线地铁站剖面图 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 311号线车站 11号线车站位于港汇广场西侧 总长204 8m 宽21 6m 为地下五层结构 深25 8m 车站地下一层为站厅层 地下二 三层为通风空调机房和补偿港汇车位 地下四层为车站设备层 地下五层为站台层 11号线可通过港汇广场内的付费区换乘大厅换乘1号线 9 11号线可通过站台间楼扶梯换乘 也可利用站厅共用付费区换乘 车站主体采用明挖顺筑法施工 围护结构采用1m厚46m长的地下墙 墙趾插入 4层粉质粘土中 插入比为0 74 沿基坑深度设置七道混凝土或钢支撑 坑底采用旋喷桩加固和深井降水 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 11号线车站横剖面图 12 3 4换乘大厅和地下通道工程 1 9和11号线换乘大厅设在港汇广场东南侧 1 9号线换乘通道利用港汇广场地下室改建 换乘通道净尺寸长度66 2m 宽度16 6m 开挖深度10 33m 12 51m 顶板覆土1 58m 3 01m 底板厚度1 4m 内衬为1m 换乘通道北段连接港汇地下商城二层 南段连接1号线徐家汇车站地铁商城的地下二层 换乘通道施工采用咬合桩施工技术 切割工艺拆除既有结构的施工工艺 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 4换乘大厅和地下通道工程 换乘大厅采用在原地铁商城地下盖挖加层施工实现 净尺寸为67 25m 31 4m 盖挖加层深度为 1 760m 6 91m 其东侧紧邻正运营的1号线徐家汇车站的地墙 地下加层施工涉及到的结构托换 盖挖加层在狭小地下空间内的施工技术 通道与地下室接口连接的结构处理 向下盖挖加层对已运营的1号线现有结构的保护及衡山路下立交等关键性施工技术 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 59号线车站工程利用原地下车库改建技术开发应用 车站改造施工包括结构凿除和结构加固 施工必须确保工程安全和环境安全 经理论研究 施工方案比选 设备研制 工程施工和监控 成功解决了工程中面临的技术难题 并形成了一系列的创新技术 且实现两项专利 将既有地下空间改造成为地铁车站的施工方法 发明专利 专利号 ZL200510026628X 和 兼作城市道路基层的地下结构顶板伸缩缝防水结构 实用新型专利 专利号 ZL200820150401 5 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 6既有结构拆除的碳纤维加固和机械化施工技术 为确保既有地下结构改造后的安全性和耐久性 在切割混凝土施工前 既有结构的部分板 柱 梁采用粘贴碳纤维进行加固 为减少施工时对商场及周围环境的影响 结构楼板的拆除采用切割工艺 港汇广场地下室及车道板切割面积达7000m2 根据结构的厚度选择不同的切割方式 其中楼板 车道板采用碟锯切割 主次梁采用绳锯切割 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 6既有结构拆除的碳纤维加固和机械化施工技术 楼板碟锯切割 梁体绳锯切割 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 7不同建设期地下结构的变形控制技术 港汇广场共分四期建设 各期建设结构间均设置了变形缝 底板下设置了等长度的桩基 利用其地下室改建成9号线车站部分横跨一期与三期工程 考虑到港汇广场地下室建成使用已逾10年 分期建设结构的差异沉降已趋稳定 故根据轨道交通使用要求 将此处沉降缝改为刚接 实施中凿除了下一层板范围所有的变形缝结构并浇筑了刚性楼板 底板作了局部接缝改造并增强了防水措施 顶板地面处港汇广场中央大道则未作改造 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 7不同建设期地下结构的变形控制技术 a 改造前 b 改造后 底板变形缝改造详图 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 7不同建设期地下结构的变形控制技术 底板下设有 800钻孔灌注桩 桩底进入 2层粉质砂土中5m 控制车站新建段与港汇地下室的沉降 等密度同深度的钻孔灌注桩 新建车站与港汇广场原结构的相接采用了原结构先托换后连接的方法 即先在梁底设置 609钢支撑做顶撑托换 然后从上至下对侧墙体进行切割 再浇筑新的框架结构 设置了特殊处理的Z字型传力构件 横向支撑点设于纵向框架梁处 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 7不同建设期地下结构的变形控制技术 连接段接头施工 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 8既有结构底板防杂散电流改造技术 地铁杂散电流导致混凝土主体结构中钢筋的腐蚀在本质上是电化学腐蚀 缩短钢轨及其附件的使用寿命 还降低了地铁钢筋混凝土主体结构的强度和耐久性 为满足杂散电流的防护要求 地下结构横向和纵向钢筋需相互焊接 形成一个庞大的等电位法拉第笼 为防止电流向港汇广场结构其他部位扩散 改造中凿去既有底板面层后重新浇筑了新钢筋混凝土层其内部钢筋按杂散电流防护要求焊接 收集的杂散电流通过车站端部的排流端子排出 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 8既有结构底板防杂散电流改造技术 改造后底板断面图 排流端子组装图 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 9区间隧道接入既有地下空间结构技术 区间隧道接入既有地下空间需重点解决回填土的加固和港汇地下室外墙开洞后与盾构隧道的连接 具体施工步骤如下 1 采用双高压旋喷桩加固侧墙与围护桩间隙土体 2 在地下室与围护桩间间隙实施图示范围圈梁并预埋钢环 待结构达到强度后凿除港汇地下室侧墙及下二层板 侧墙开孔尺寸以满足限界要求的最小尺寸为宜 3 盾构切削地下室钻孔灌注桩围护结构后进入地下室外侧 保留盾壳 拆除盾构机内部设备及刀头 4 以盾壳作为外模 地下室外侧植筋后现浇钢筋混凝土区间结构 将管片与地下室 圈梁连接成整体 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 9区间隧道接入既有地下空间结构技术 现浇圈梁及预埋钢环示意图 盾构进洞示意图 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 10地铁运营对物业影响评估与环境保护 轨道交通运营后所产生振动和噪声对港汇广场影响是车站设计中必须考虑的问题 为此 轨道结构采用浮置板道床 车站采用屏蔽门系统 墙面和站台下部采用高效吸声材料 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 1111号线车站工程超深基坑施工技术 车站主体结构采用地下连续墙作为基坑的围护结构 明挖顺筑法施工 地下墙与内衬墙一起作为使用阶段的侧墙 车站站台中心线处基坑深度约25 8m 端头井处基坑深度为约27 5m 属超深基坑工程 车站围护结构采用1000mm厚46m长的地下墙 墙趾插入 4层粉质粘土中约0 8m 插入比为0 74 共用端头井为地下五层结构 西风井为地下三层结构 一深一浅基坑采用的同步开挖的方式 端头井处基坑深度为约27 5m 围护结构采用1000mm厚48m长地下墙 墙趾插入 2层粉细砂中约0 2m 插入比为0 7 沿基坑深度方向设置八道钢支撑 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 1111号线车站工程超深基坑施工技术 超深基坑横剖面图及端头井 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 1111号线车站工程超深基坑施工技术 11号线车站开挖深度为24 71m 为地下五层结构 由于纵向紧靠港汇广场高层建筑 为控制变形 采用3道逆做楼板撑加2道钢支撑形式的半逆做法施工 坑底采用旋喷桩加固和深井降水 并根据 合理降水 按需降水 的原则进行承压水治理 车站深基坑开挖和主体结构施工中 深基坑围护变形小于4 5cm 0 2 开挖深度 在与9号线车站共用端头井结构封底施工中 围护变形3 3cm 小于开挖深度1 5 地层沉降最大1 8cm 西风井基坑工程完成施工后 围护结构位移15mm 小于开挖深度的1 5 地表沉降最大12mm 小于开挖深度的1 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 12换乘大厅利用既有地下室结构向下暗挖施工技术 换乘大厅设在地铁1号线西侧 利用原地铁商场向下暗挖而形成 原地铁商场南北两侧围护采用800mm厚地下墙 地下墙深20m 东侧为车站主体侧墙 采用800mm厚地下墙加350mm厚内墙 地下墙深33m 西侧为预制350mm厚混凝土板桩 深13 5m 加层后结构底板埋深约11 9m 因此 可利用原东 南和北三方向已有的围护结构 西侧下一层底板下加作围护墙 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 地铁商场 明挖法建设换乘通道 接收井 原有通道 盖挖加层建设换乘大厅 3 12换乘大厅利用既有地下室结构向下暗挖施工技术 虹桥路 华山路 肇嘉浜路 衡山路 31 为满足地铁1号线和9 11号线之间付费区直接换乘的要求 需在1号线地铁商场向下加层作为付费区换乘厅为避免施工期间对虹桥路的地面交通和管线的影响 利用既有结构顶板作为天然盖板进行暗挖加层 3 12换乘大厅利用既有地下室结构向下暗挖施工技术 3 12换乘大厅利用既有地下室结构向下暗挖施工技术 利用既有地下室结构向下暗挖施工流程 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 12换乘大厅利用既有地下室结构向下暗挖施工技术 在悬喷桩型钢围护结构 静压桩托换及悬喷桩加固完成后 对混凝土底板进行局部开孔 挖土 施做下二层结构 开挖面积64 5m 31m 挖深5 23m 开挖采用盆式挖土 三侧留土护壁及设斜抛撑 以控制基坑变形 施工期间 地下商场底板的变形控制在 1 5mm 7 5mm内 东侧的地铁1号线隧道变形极小 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 3 13轨道交通大型枢纽站灾害情况下的疏散逃生安全性研究和紧急疏散逃生通道技术研究 首次在上海轨道交通研究中采用了国际上先进的人行仿真 性能化分析的技术手段 按模拟仿真成果优化设计方案 在工程实施对环境的影响分析中大量采用了三维有限元模拟 针对徐家汇地区客流量巨大的特点 采用了国际上先进的人行仿真技术对日常情况的人流集散及火灾情况性能化分析进行了仿真 按照仿真分析结果 确定合适的空间尺度和疏散设施布置 先进设计分析技术的采用提升了轨道交通的设计水平 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 1号线车站通道 9号线车站 11号线车站 港汇中心 模拟结果显示车站人均密度满足城市轨道交通设计规范2人 m2的要求 徐家汇换乘枢纽人行仿真模型 36 人行仿真结果 9号线至11号线换乘通道仿真结果 1号线和9号线换乘通道仿真结果 1号线和11号线换乘电梯仿真结果 集散大厅仿真结果 部分工况的模拟分析结果 3 14利用港汇广场地下空间的补偿方案 地铁徐家汇3线换乘枢纽站工程利用港汇广场地下空间建造地铁车站 换乘通道和换乘大厅共计29510m 其中商业面积5700m 车库面积23810m 对港汇广场的补偿 经多次协调 原则上以港汇广场西侧的规划拟建的大宇地块中划出相当面积和费用予以补偿 12 3工程应用 上海地铁徐家汇枢纽站工程 4 1工程概况 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 位于浦东世纪大道 张杨路 东方路的地铁世纪大道站有2号线 4号线 6号线和9号线在此换乘 运营车站站厅层公共区墙体结构近80 需要改造 紧邻运营车站进行新建及对运营车站进行改建施工 6 9号线车站施工期间必须尽可能降低对运营车站 周边建筑物及地下管线的影响 特别是对已投入运营的地铁2 4号线车站及区间隧道的影响 确保地铁正常运行 4 1工程概况 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 2四线换乘枢纽站方案 在原地铁2号线东方路站的基础上先后增加建设轨道交通4 6 9号线换乘站 从客流组织 换乘形式 运营管理 设备共享 防灾模式及工程实施等多方面开展了有针对性的方案研究 并多次组织地下工程资深专家及地铁运营管理和消防等部门的专家进行讨论 经多方案比选 最终确定了 丰 字型的换乘方案 即轨道交通6号线世纪大道站以地下一层的形式横跨世纪大道并与2号线东方路站 4号线张杨路站及9号线车站形成 丰 字型换乘 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 世纪大道换乘枢纽平面示意图 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 2四线换乘枢纽站方案 4 2 9号线 6号线 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 2四线换乘枢纽站方案 4 2 9号线 6号线 4 3 丰 字形四线换乘枢纽站的结构设计和施工 需要挖除穿越段范围内的地面复土及凿除相邻范围的车站顶板和侧墙 解决的问题顶板凿除阶段 纵向约30 0m 的结构稳定问题 采用 门 字型横向压梁来控制东方路站的上浮问题 工程提出的 顶板抗浮 技术有别于常规的 底板抗浮 具有占地少 施工方便 抗浮效果好等特点 主要从以下几方面设计 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 3 丰 字形四线换乘枢纽站的结构设计和施工 1 在原东方路站两侧设抗拔桩由于在整个施工过程中不能影响地铁2号线列车正常穿越东方路站站台层 设计首先考虑在东方路车站两侧的相应范围内各设置一排直径为1 0m的抗拔桩 采用钻孔灌注桩施工 该抗拔桩的有效长度位28 0m 间距2 5m 每边各设20根 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 3 丰 字形四线换乘枢纽站的结构设计和施工 原2号线东方路站两侧设抗拔桩 在站内 外新增 抗浮横梁 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 3 丰 字形四线换乘枢纽站的结构设计和施工 新增抗浮梁剖面图 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 3 丰 字形四线换乘枢纽站的结构设计和施工 3 连接内 外横梁与抗浮桩 形成 门 字型抗浮结构在车站顶板尚未凿除前先局部凿除横梁所对应范围的侧墙 并使其与车站外侧设置的抗浮桩连成一体 形成7 2道 门 字型的抗浮结构 以确保使其在东方路站穿越段顶板 侧墙被凿除阶段的结构受力稳定 从而严格控制东方路站底板结构的上浮 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 3 丰 字形四线换乘枢纽站的结构设计和施工 抗浮桩与压梁连接平 剖面 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 5解决穿越段站厅层承受6号线列车荷载的设计 由于原东方路站的站厅层结构只考虑人群荷载 6号线的站台层在其上面穿越 势必增加原站厅层的荷载承受能力 实际情况是原结构无法承受6号线车站的列车荷载 为此 只能在有限的高度范围内 通过利用6号线站台与东方路站厅之间的高差 约1 3m 分别设置了两根承担6号线列车荷载的单线槽型梁结构 通过槽型梁结构的受力将6号线列车荷载传递到东方路车站外侧新增的桩基础上 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 5解决穿越段站厅层承受6号线列车荷载的设计 在原车站站厅层新增槽型梁结构 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 6换乘车站之间的连接通道数量及宽度计算 由于本四线换乘站是在不同时期 不同阶段分别建设投入使用的 在实施6 9号线车站时 在该范围内已有2 4号线车站投入运行 确定上述换乘方案的最大优点就是方便换乘 将4条线路中的4座车站集中在一起 达到真正意义上的 零 换乘 采用动态行人模拟软件LEGION软件对复杂车站通道 检票口的设置等问题进行全方位详尽的评估分析 得出的高峰小时模拟仿真人流密度分布 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 6换乘车站之间的连接通道数量及宽度计算 高峰小时模拟仿真人流密度分布 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 7侧向连通道的设计及加固措施 由于新增的侧墙门洞都是在原车站侧墙上通过凿除相关范围的钢筋混凝土墙体形成的 所以洞门凿除的大小 位置及数量多少都将会对原车站结构的整体稳定和受力产生较大的影响 对此设计针对东方路站两侧的开洞提出如下的原则 第一尽量避免对称新增门洞 第二不连续新增门洞 第三新增门洞宽度应 5m 当因特殊要求必须加大门洞宽度时 则必须通过重点补强结构的措施来确保车站的安全 如在东方路站厅两端原出入口门洞左右各增加了一个门洞 这样就形成了连续三个门洞宽度的通道 从而满足了该区域人流的疏散要求 但结构则采取了特殊的加固措施 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 7侧向连通道的设计及加固措施 对于一般部位新增的门洞 要求间隔设置 即两个门洞之间必须保留3m 5m的墙体 通过对该范围框架结构整体计算 顶板正弯矩增量在10 左右 为此在确保对开洞周边新增暗梁 暗柱补强外 在施工阶段还需增设临时支撑 在新增门洞实施完成后还在其相应范围加贴碳纤维布加固 具体部位主要是顶板底部和门洞过梁范围 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 7侧向连通道的设计及加固措施 车站侧墙大面积门洞凿除施工 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 89号线车站深基坑施工实施和相邻车站结构安全保护监测 由于新增加的9号线车站与2号线车站紧邻 造成9号线车站基坑的开挖过程就是对原2号线车站的侧向卸载 从而影响到2号线车站侧向平衡 为此设计对施工提出了严格的控制要求 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程 4 89号线车站深基坑施工实施和相邻车站结构安全保护监测 1 将9号线车站基坑分块 间隔施工通过限制基坑的开挖长度来减小对邻近车站的影响 具体要求是将总长240m的9号线车站基坑划分为五个小基坑 并要求间隔施工 通过减小基坑开挖长度来减小对2号线车站的影响 12 4工程应用 上海地铁世纪大道四线换乘枢纽站工程