具有特色建筑空間的徐家棚車站設(shè)計(jì)技術(shù)探討

蔡建鵬， 余 晶

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 湖北 武漢 430063)

0 引言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)展，為最大程度地吸引客流及方便乘客出行，城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃隨著城市總體規(guī)劃調(diào)整不斷發(fā)展加密。軌道交通車站的使用功能及建設(shè)條件越來越復(fù)雜，建設(shè)難度也越來越大，城市中大量的復(fù)雜換乘車站應(yīng)運(yùn)而生,如已經(jīng)開通運(yùn)營的武漢洪山廣場站和王家墩商務(wù)區(qū)站、上海人民廣場站、無錫三陽廣場站等。

地鐵換乘車站一般位于城市中心，地處商業(yè)區(qū)和人口密集區(qū)，客流量大，用地空間緊張，周邊環(huán)境復(fù)雜，車站受控因素多[1]。車站設(shè)計(jì)需綜合考慮道路紅線、周邊用地規(guī)劃、客流量、工程可實(shí)施性、工程投資及換乘方便快捷等因素，選擇合理的站位、規(guī)模及換乘方式，同時對建筑功能及運(yùn)營使用提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，結(jié)構(gòu)型式也更復(fù)雜。更好地提升換乘車站建筑功能、改善乘車舒適度及解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式難題，是換乘車站設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。林作忠[2]對無柱大跨度地鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析； 吳敏慧等[3]對地鐵換乘方案進(jìn)行了研究； 劉學(xué)軍[4]對換乘方式及換乘車站布置進(jìn)行了探討與分析； 徐軍林等[5]對地下車站中庭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析和計(jì)算，分析結(jié)構(gòu)受力特性，并采取了相關(guān)的結(jié)構(gòu)措施； 李舸鵬[6]對地鐵車站換乘型式進(jìn)行了探討； 何瑞[7]對盾構(gòu)端頭井結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和關(guān)鍵技術(shù)研究； 江建紅等[8]結(jié)合中庭地下車站和以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化； 尹濤[9]對地下結(jié)構(gòu)頂板開孔進(jìn)行了有限元分析； 徐濤[10]對各大型軌道交通換乘車站存在的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的對策； 帥六妹等[11]以北京地鐵車站為例，重點(diǎn)分析研究了未預(yù)留換乘節(jié)點(diǎn)的換乘車站方案； 崔淦[12]詳細(xì)探討了軌道交通換乘樞紐站空間換乘及組織設(shè)計(jì)； 金思維[13]對如何設(shè)計(jì)地鐵車站軌排井進(jìn)行了探討。

以上文獻(xiàn)主要是針對軌道交通工程車站的換乘方式或結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行單一論述，很少對兼作越江大盾構(gòu)始發(fā)站的大型3線換乘車站的設(shè)計(jì)進(jìn)行全方面的探討。武漢地鐵8號線徐家棚站作為大型特色車站，具有特色的建筑空間、多層次的立體空間布局和結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜等特點(diǎn)，工程的成功實(shí)踐對類似工程具有借鑒和指導(dǎo)意義。

1 工程概況

武漢地鐵徐家棚站位于武昌區(qū)和平大道與徐東大街、秦園路交匯處，為軌道交通5、7、8號線3線換乘車站。其中： 5號線車站沿和平大道布置，為地下2層島式站臺車站； 7號線車站沿秦園路走行，為地下4層島式站臺車站； 8號線車站沿徐家棚街斜穿和平大道,在湖北省儲備局三三七處地塊內(nèi)沿東西向設(shè)地下3層側(cè)式站臺車站。7號線與5、8號線通過通道換乘， 5、8號線通過節(jié)點(diǎn)換乘。徐家棚站立體效果圖如圖1所示。

圖1 徐家棚站立體效果圖Fig. 1 3D effect of Xujiapeng Station

地鐵8號線徐家棚站作為黃浦路站—徐家棚站越江大盾構(gòu)區(qū)間(大盾構(gòu)區(qū)間外徑為12.1 m，線間距為5.3 m)的始發(fā)站。為滿足盾構(gòu)始發(fā)條件，車站采用側(cè)式站臺布置方式，埋深約為地下25 m，設(shè)計(jì)為地下3層站，主體結(jié)構(gòu)外包總長572.296 m，總寬30.1 m(標(biāo)準(zhǔn)段)，兩側(cè)站臺寬度均為10 m，車站總建筑面積為49 225.55 m2。8號線徐家棚站總圖如圖2所示。

圖2 8號線徐家棚站總圖Fig. 2 General layout of Xujiapeng Station on Line No. 8

2 設(shè)計(jì)構(gòu)思

2.1 換乘方案比選

7號線與5、8號線間通過通道換乘的換乘方式基本穩(wěn)定，5、8號線間存在“L”型和“T”型2種換乘方案，如圖3所示?！癟”型換乘方案相較于“L”型換乘方案，換乘較為便捷，但車站站位向小里程端移動20 m左右，車站規(guī)模增加，同時車站小里程端西側(cè)區(qū)間隧道轉(zhuǎn)彎半徑需從700 m調(diào)整到650 m，對過江盾構(gòu)影響較大。因此，“T”型換乘方案不可行，故5、8號線間采用“L”型換乘方案。

2.2 建筑方案

徐家棚站在設(shè)計(jì)過程中利用自身建設(shè)條件因地制宜打造地上、地下一體化的復(fù)合空間，整個建筑方案呈現(xiàn)出“高、大、上”的空間特點(diǎn)。8號線徐家棚站剖視圖如圖4所示。

(a) “L”型換乘方案

(b) “T”型換乘方案圖3 5、8號線換乘方案Fig. 3 Comparison of transfer schemes between Line No. 5 and Line No. 8

(a)

(b)圖4 8號線徐家棚站剖視圖Fig. 4 Profile of Xujiapeng station on Line No. 8

其中： “高”主要是指站臺空間高。設(shè)計(jì)中利用車站埋深大的特點(diǎn)，取消站臺層公共區(qū)上方地下2層底板，打造一個高大、通透的站臺空間效果，同時設(shè)置在站臺上的過軌通道以及樓扶梯等設(shè)施使整個站臺更具空間層次。

“大”主要是指站臺寬度大、車站規(guī)模大。徐家棚站為3線換乘車站，同時也是過江的第1站，車站客流大，遠(yuǎn)期高峰小時設(shè)計(jì)客流約4.6萬人次。為滿足客流需求，側(cè)站臺凈寬取4.1 m, 每側(cè)站臺設(shè)置3組樓扶梯(2扶1樓)直達(dá)站廳，站臺寬達(dá)10 m。徐家棚站為側(cè)式站，由于站后設(shè)置單渡線、聯(lián)絡(luò)線等原因，車站長度較長、寬度較大，整個車站長約572 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬約30.1 m，總建筑面積達(dá)49 225.55 m2，3線換乘總建筑面積達(dá)13.6萬m2。

“上”主要是指在車站上方設(shè)置有上蓋物業(yè)開發(fā)。上蓋物業(yè)開發(fā)地上2層，局部4層，建筑高度23.9 m，總建筑面積22 028 m2，地鐵局部出入口、風(fēng)井位于上蓋物業(yè)開發(fā)內(nèi)，同時上蓋開發(fā)充分利用地下結(jié)構(gòu)與車站合理銜接。

2.3 裝修方案

以“都市森林”為設(shè)計(jì)主題，以整體空間藝術(shù)化的手法打造出一個不一樣的地鐵車站。

整個車站通過柱子造型，把樹木的形態(tài)演變到設(shè)計(jì)中，柱面通過采用GRG和沖孔鋁單板結(jié)合形式以樹冠形狀延伸至吊頂，頂面、墻面采用白色與深灰色沖孔鋁條板組合排列，塑造空間整體性。車站燈具采用節(jié)能環(huán)保、時間長、光衰小的條形LED燈光照明系統(tǒng)，結(jié)合吊頂條形鋁板與柱面鋁單板組合排列，空間環(huán)境更顯溫潤通透，展現(xiàn)和諧統(tǒng)一的感覺。帶給乘客的不僅是一個功能完善，更是一個文化與藝術(shù)共生的車站乘車環(huán)境。裝修效果圖如圖5所示。

(a)

(b)圖5 裝修效果圖Fig. 5 Decoration effect

3 技術(shù)特點(diǎn)及難點(diǎn)

3.1 3線換乘，換乘關(guān)系復(fù)雜

徐家棚站位于武昌濱江商務(wù)區(qū)范圍內(nèi)，車站所在位置屬于武昌核心區(qū)，周邊規(guī)劃以商業(yè)、辦公和住宅為主。5號線是1條服務(wù)于武昌鎮(zhèn)內(nèi)的軌道交通骨架線路，7、8號線為貫穿長江兩岸經(jīng)濟(jì)帶的重要發(fā)展軸。徐家棚站作為地鐵換乘站，換乘客流非常大，如何提升徐家棚站換乘方式的便捷性和品質(zhì)是工程的重難點(diǎn)。

設(shè)計(jì)方案： 8號線與5號線在地下1層(站廳層)付費(fèi)區(qū)與非付費(fèi)區(qū)連通，8號線在地下3層(站臺層)通過換乘樓梯與5號線地下2層(站臺層)連通，既縮短了換乘距離，又?jǐn)U大了換乘斷面，能使客流換乘效率顯著提升。換乘流線圖如圖6所示。

圖6 換乘流線圖Fig. 6 Transfer streamline

8號線與7號線通過付費(fèi)區(qū)通道換乘，極大地方便了乘客的換乘，同時利用聯(lián)絡(luò)線上方空間作為換乘通道，提高了7、8號線間的換乘效率。

3.2 使用功能及空間要求高

8號線徐家棚站作為地下3層換乘車站和越江盾構(gòu)始發(fā)站，車站體量大、埋深大、換乘客流多，提高車站的使用功能和改善乘客的乘車環(huán)境，是車站創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn)和亮點(diǎn)。

設(shè)計(jì)方案： 站廳層結(jié)合站臺層空間布置特點(diǎn)，加大車站站廳層縱橫向柱跨，提高站廳空間視野及通透性；站臺層利用車站埋深較大的特點(diǎn)，在有效站臺范圍內(nèi)采用大中庭空間，增大站臺層豎向空間，使候車空間更開闊。通過多個開闊和通透的中庭，打造立體觀感，為乘客創(chuàng)造一個舒適的候車環(huán)境。

站廳層縱橫向柱跨約15 m,裝修后凈高3.7 m；站臺層層高12.15 m，裝修后凈高約10 m； 兩側(cè)10 m站臺范圍內(nèi)均為無柱空間。車站建筑橫剖面圖和空間效果圖分別如圖7和圖8所示。

圖7 車站建筑橫剖面圖(單位： m)Fig. 7 Cross-section of station structure (unit: m)

3.3 車站基坑規(guī)模大、深度深，水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境復(fù)雜

基坑規(guī)模大，長約575 m，寬13.9～66.7 m，開挖深度25～29 m。其中車站大里程端區(qū)間以坑中坑的型式與K9物業(yè)開發(fā)地塊3層地下室基坑合建，形成110 m(長)×53 m(寬)×24.7 m(深)的超大超深基坑。

基坑承壓含水層埋深淺、水位高，距離長江大堤約600 m，場地位于長江一級階地，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。承壓水主要賦存于〈3-5〉混合層及〈4〉砂層中，孔隙承壓水與長江水力聯(lián)系密切，呈互補(bǔ)關(guān)系，水量較為豐富，承壓水水位很高?；娱_挖范圍內(nèi)為近代人工填土層(Qml)、第四系全新統(tǒng)河流沖積土層(〈3-4〉粉質(zhì)黏土、〈3-5〉粉土夾粉質(zhì)黏土粉砂互層土、〈4-1〉細(xì)砂、〈4-2-1〉細(xì)砂)，基底位于〈4-2-1〉細(xì)砂層中。基坑地質(zhì)縱剖面圖如圖9所示。

(a) (b)圖8 車站建筑空間效果圖Fig. 8 Spatial effect of station structure

圖9 基坑地質(zhì)縱剖面圖Fig. 9 Geological profile of foundation pit

基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，漢飛濱江國際大廈為32層高層建筑，距離K9物業(yè)開發(fā)地塊基坑約16.6 m； 武昌區(qū)電信局徐東路分局為4層磚混房屋、1層地下室結(jié)構(gòu)，距離K9物業(yè)開發(fā)地塊基坑約11.3 m； 鵬凌苑小區(qū)建筑為7層磚混房屋，距離K9物業(yè)開發(fā)地塊基坑約7.6 m； 鵬凌苑小區(qū)一側(cè)1棟4層磚混房屋距離K9物業(yè)開發(fā)地塊基坑約6 m。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)及支撐體系方案： 由于基坑深度深、規(guī)模大，且承壓含水層厚、水頭高，為降低基坑涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻隔斷承壓含水層+墻縫旋噴樁止水的支護(hù)方案及混凝土內(nèi)支撐體系。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻，局部小里程端圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 200 mm厚地下連續(xù)墻，連續(xù)墻的接縫處采用3根直徑為800 mm的旋噴樁止水，支撐體系采用4道混凝土對撐?；訉?shí)施效果較好，基坑變形及滲漏水得到了很好控制。

K9物業(yè)開發(fā)地塊基坑平面尺寸較大，支撐體系采用2道混凝土桁架支撐+局部角撐的方案。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000@1 200 mm鉆孔樁，樁外采用三軸攪拌樁止水或高壓旋噴樁止水，坑中坑采用800 mm厚地下連續(xù)墻，支撐體系采用2道混凝土桁架支撐+1道混凝土對撐+2道鋼支撐對撐。物業(yè)開發(fā)基坑三維圖及平面圖分別如圖10和圖11所示。

圖10 物業(yè)開發(fā)基坑三維圖Fig. 10 3D sketch of foundation pit

圖11 物業(yè)開發(fā)基坑平面圖Fig. 11 Plan of foundation pit

3.4 大跨度、大中庭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜

徐家棚站作為3線換乘車站，對車站使用功能及空間效果要求很高，結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜多變，具有大跨度、大空間、大中庭等特點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了極大的困難和風(fēng)險(xiǎn)。車站結(jié)構(gòu)有效站臺范圍主體結(jié)構(gòu)外輪廓寬31.5 m、長約153 m，采用單柱雙跨箱型框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)板跨約15 m寬； 中二板采用中庭全開洞結(jié)構(gòu)型式，站臺層結(jié)構(gòu)凈高13.55 m，結(jié)構(gòu)側(cè)墻跨度約14.65 m。如何采取有效的計(jì)算方法和構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)受力體系合理、安全可行，是車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。結(jié)構(gòu)橫剖面圖(使用階段)如圖12所示。

設(shè)計(jì)方案： 為改善大跨度結(jié)構(gòu)頂中板、側(cè)墻的彎矩和剪力過大問題，通過分析計(jì)算，比較密肋梁方案、大加腋變截面方案、拱形頂板3種方案，綜合考慮管線、頂板覆土、建筑功能、施工及工程投資，底板跨中設(shè)置抗拔樁調(diào)整底板結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，從而改善其受力性能，并增大底板與側(cè)墻節(jié)點(diǎn)位置加腋尺寸，提高節(jié)點(diǎn)抗彎及抗剪能力，減小底板結(jié)構(gòu)尺寸；通過增大頂中板和側(cè)墻節(jié)點(diǎn)處的加腋尺寸，對結(jié)構(gòu)受力非常有利，并能減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體尺寸。站臺層和站廳層完成效果圖分別如圖13和圖14所示。

圖12 結(jié)構(gòu)橫剖面圖(使用階段)(單位： mm)Fig. 12 Structural cross-section during service stage (unit: mm)

圖13 站臺層完成效果圖Fig. 13 Effect of platform layer after completion

圖14 站廳層完成效果圖Fig. 14 Effect of station hall floor after completion

3.5 結(jié)構(gòu)板開孔大且多，施工階段結(jié)構(gòu)體系臨時轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)大

徐家棚站作為越江大盾構(gòu)始發(fā)站，整體始發(fā)后配套要求空間高。負(fù)2層板結(jié)構(gòu)臨時開孔并設(shè)計(jì)臨時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系，且負(fù)1層板扶梯及軌排井開孔大且多，削弱了結(jié)構(gòu)板的整體剛度，尤其對分期施工階段期間結(jié)構(gòu)的側(cè)墻和板受力很不利，需采取臨時措施保證施工期結(jié)構(gòu)的受力安全。

設(shè)計(jì)方案： 盾構(gòu)始發(fā)段負(fù)2層板臨時開孔，結(jié)構(gòu)板和中隔墻后澆，通過設(shè)置臨時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)梁柱體系保證始發(fā)期間結(jié)構(gòu)安全；中庭結(jié)構(gòu)區(qū)域負(fù)1層板通過在扶梯孔及軌排孔周邊設(shè)置大剛度加強(qiáng)梁和臨時水平支撐，保證結(jié)構(gòu)受力體系的穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)橫剖面圖(施工階段)如圖15所示。

3.6 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

為增大站臺層公共區(qū)的有效使用寬度，提高乘客的使用舒適度和增大空間利用率，盡量優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置和設(shè)計(jì)。如徐家棚站的Y型扶梯支撐柱，如圖16所示； 懸吊人行天橋，如圖17所示。既保證了結(jié)構(gòu)的安全，又滿足了建筑功能空間高標(biāo)準(zhǔn)的要求，對武漢待建線路的地下車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很好的指導(dǎo)和借鑒意義。

圖15 結(jié)構(gòu)橫剖面圖(施工階段)(單位： mm)Fig. 15 Structural cross-section during construction stage (unit: mm)

圖16 Y型扶梯支撐柱效果圖Fig. 16 Effect of Y-type column after completion

圖17 懸吊人行天橋效果圖Fig. 17 Effect of suspension overpass after completion

4 結(jié)論與建議

本文依托武漢軌道交通8號線徐家棚站工程特點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路，對車站整體的特色建筑空間及技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行探討，得出如下結(jié)論及建議。

1)軌道交通大型換乘車站應(yīng)長遠(yuǎn)考慮客流影響和乘客使用舒適度，在充分利用內(nèi)部空間的情況下，可盡量引入中庭、大柱距、無柱和加大公共區(qū)層高等設(shè)計(jì)思路，以提升地下空間的通透性和便捷性。

2)多線換乘車站應(yīng)統(tǒng)籌考慮流線和換乘便捷性，減少換乘距離。

3)通過底板設(shè)置抗拔樁、板墻節(jié)點(diǎn)加腋、密肋梁等結(jié)構(gòu)措施，可以解決大跨度結(jié)構(gòu)受力問題。

4)為了減少次要構(gòu)件對空間的占用，提高空間效果，可以創(chuàng)新結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)。

5)對于地塊內(nèi)的換乘車站，在有條件減小覆土厚度的情況下，應(yīng)盡量提高站廳公共區(qū)的層高，與橫向大跨度空間相匹配。