地鐵下沉廣場結(jié)構(gòu)方案綜合設計

董賽帥

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037）

1 引言

多數(shù)城市在地鐵建設過程中，會根據(jù)周邊環(huán)境、客流需求、商業(yè)情況等結(jié)合地鐵方案設計設置下沉廣場，如無錫地鐵1號線太湖廣場站下沉廣場、南京地鐵1 號線鼓樓站下沉廣場、北京地鐵8號線奧林匹克公園站下沉廣場、上海地鐵2號線靜安寺站下沉廣場等。下沉廣場在為地鐵乘客提供舒適、安全的乘車體驗時，也結(jié)合周邊商業(yè)創(chuàng)造出了不同高差的立體化空間廣場，提升了周邊商業(yè)等級和城市形象。

本文以南通地鐵1號線海霞路站為例，結(jié)合周邊商業(yè)、自身方案設計、客流需求等綜合考慮[1]，增設合圍空間并設計為下沉式露天廣場。同時，通過有限元三維計算分析，對結(jié)構(gòu)設計進行優(yōu)化設置，從而使方案合理可行且經(jīng)濟，以期為其他相似工程提供參考。

2 工程概況

2.1 項目概況

南通地鐵1號線海霞路站為地下兩層島式車站，車站全長220 m，位于崇川路與海霞路交叉口，沿崇川路設置。車站北側(cè)主要有南通大學產(chǎn)研院大樓、南通大學綜合配套服務區(qū)、婦幼保健醫(yī)院，南側(cè)為南通大學校區(qū)，如圖1所示。

根據(jù)周邊商業(yè)需求，海霞路站2號出入口需設置預留通道為遠期的南通大學產(chǎn)研院、婦幼保健醫(yī)院和瑞德朗馳地塊接入做準備，因此2號出入口設置于海霞路與崇川路交叉口西北象限，車站小里程端頭北側(cè)設1號風亭，1號風亭與2號出入口之間設置1座消防水池。

3個附屬結(jié)構(gòu)（2號出入口、1號風亭、消防水池）相互不連續(xù)，需分為3個獨立基坑進行開挖施工，其圍護結(jié)構(gòu)設計繁瑣，整體工程量較大。同時，各附屬結(jié)構(gòu)分別設置，對中間區(qū)域的土地開發(fā)造成浪費，不利于資源整合。因此，提出將1號風亭及2號出入口、消防水池進行結(jié)合設置，中間合圍空間采用地下下沉式露天廣場的設計方案，在保證遠期接口需求的同時，提高周邊商業(yè)等級，加大客流吸引和商業(yè)聯(lián)系[2-3]，調(diào)整后方案平面布置圖如圖2所示，下沉廣場效果如圖3所示。

2.2 結(jié)構(gòu)方案設計重難點

根據(jù)優(yōu)化后設計方案，下沉廣場露天范圍長36 m，寬15 m，側(cè)墻懸臂約10.6 m，敞口范圍內(nèi)不設結(jié)構(gòu)柱，1號風亭及2號出入口結(jié)合的附屬結(jié)構(gòu)在抗浮、結(jié)構(gòu)受力、耐久性驗算等方面均充滿了挑戰(zhàn)，從結(jié)構(gòu)設計角度考慮，優(yōu)化后的設計方案主要重難點包括：

（1）結(jié)構(gòu)整體抗浮不滿足，局部抗浮嚴重不夠，結(jié)構(gòu)存在差異變形，容易產(chǎn)生裂縫及滲漏；

（2）由于露天敞口段底板跨度較大，因此負彎矩較大，單純增加底板厚度至1.5 m方可驗算通過，但此種方法過于笨重且不經(jīng)濟；

（3）懸臂段側(cè)墻由于懸臂長度較大，側(cè)向水土壓力較大，導致耐久性驗算難以滿足；

（4）附屬結(jié)構(gòu)距離北側(cè)南通大學產(chǎn)研院大樓地下室邊線凈距僅5.6 m，且中間需要預留1個直徑為600 mm的污水干管通道，結(jié)構(gòu)可調(diào)整空間有限；

（5）敞口面積較大，側(cè)墻大面積懸臂，整體抗變形能力弱。

2.3 結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設計思路

針對2.2章節(jié)所列的重難點，從該工程周邊空間狹小、埋深較深、懸臂較大、敞口面積較大等特點出發(fā)，對結(jié)構(gòu)方案設計進行優(yōu)化，具體優(yōu)化措施包括以下幾個方面。

（1）敞口段底板增設工程樁[4-5]，采用直徑為1 000 mm的鉆孔灌注樁，樁長為30 m。工程樁主要起到抗浮作用，使結(jié)構(gòu)滿足整體抗浮及局部抗浮要求，改善底板差異變形，避免結(jié)構(gòu)開裂及滲漏；同時能改善敞口段底板受力，減小負彎矩，確保底板在不加厚的情況下滿足受力要求，以減輕底板厚度，降低工程造價。

（2）懸臂段側(cè)墻厚度調(diào)整為0.6～1.1 m變截面設置，以解決側(cè)墻底部彎矩及剪力較大的問題，使之滿足受力及耐久性要求，同時加大了敞口段側(cè)墻整體抗變形能力。

（3）敞口段設置趾壓板，保留污水管預留通道，改善附屬結(jié)構(gòu)整體抗浮及敞口段局部抗浮能力，可優(yōu)化抗拔樁設置，同時也改善了底板與側(cè)墻受力。

通過以上3種措施相互結(jié)合，可以有效解決附屬結(jié)構(gòu)抗浮不足、結(jié)構(gòu)受力及耐久性驗算不滿足等問題，具體斷面布置如圖4所示。

3 有限元三維計算

3.1 計算模型

本文采用SAP 2000進行三維有限元數(shù)值計算，對1號風亭及2號出入口整體模擬分析，驗證其受力及耐久性是否滿足規(guī)范要求。計算模型及荷載簡圖如圖5、圖6所示，進行模擬時的荷載輸入如表1所示。

表1 荷載輸入一覽表 kPa

3.2 計算結(jié)果分析

結(jié)構(gòu)底板及側(cè)墻受力計算結(jié)果如圖7～圖9所示。

根據(jù)對三維數(shù)值計算結(jié)果的匯總，分別對懸臂段側(cè)墻及敞口段底板受力、耐久性進行驗算，驗算結(jié)果如表2、表3所示。根據(jù)計算結(jié)果可知，采取措施后，側(cè)墻及底板受力及耐久性滿足規(guī)范要求。同時，根據(jù)抗浮驗算，在考慮趾壓板、工程樁后，整體抗浮滿足規(guī)范要求。側(cè)墻墻頂最大水平位移為4.5 cm，滿足懸臂端撓度要求。

表2 結(jié)構(gòu)受力驗算

表3 耐久性驗算

4 結(jié)語

通過采取增設工程樁、趾壓板、調(diào)整側(cè)墻厚度等綜合性措施，解決了下沉廣場結(jié)構(gòu)設計重難點，使設計方案能夠滿足結(jié)構(gòu)抗浮、受力及耐久性的要求，同時也保障了結(jié)構(gòu)整體抗變形能力。相關經(jīng)驗可為類似深埋下沉式露天廣場的設計提供參考。