第一章概述 1.1工程概况 广州地铁三号线体育西路站位于广州市体育西路与天河南一路所在的“Ｔ”字路口,埋置于体育西路道路正下方,穿越沿天河南一路行进的地铁一号线。体育西路现路面宽26ｍ,规划路面宽60ｍ,车站所处的地形较平坦,地面高程为9.57～10.61ｍ,车站两侧大部分为多层和高层建筑物。车站所在地段地下管线密集,钻孔揭露的岩层自上而下有:人工填土层(Ｑｍｌ4)、砂层(Ｑａｌ+ｐｌ3)、冲-洪积土层(Ｑａｌ+ｐｌ3)、河湖相沉积土层(Ｑａｌ3)、残积土层(Ｑｅｌ)、岩石全风化带、岩石强风化带、岩石中等风化带、岩石微风化带。车站总平面图如图1。 1.2一号线体育西路站结构现状 一号线体育西路站主体结构于1997年9月竣工,车站设计为13ｍ岛式站台、双层三跨结构。车站顶覆土约1.8ｍ,底板埋深约14ｍ。结构构件厚度为顶、底板800ｍｍ、中板400ｍｍ、侧墙700ｍｍ, 公共区中柱为900的钢筋混凝土圆柱。该站采用全包防水,外侧围护结构为1200ｍｍ的圆形人工挖孔桩,车站结构仅在站厅层西端南侧预留了与原规划轻轨换乘连接的条件,原设计中未考虑现三号线车站。 1.3两地下车站的相互关系 广州地铁三号线与地铁一号线在体育西路站形成立体交叉,三号线的地下三层车站结构穿越一号线的地下二层车站结构。当三号线穿越既有的地铁一号线时,三号线主体结构的一部分将利用一号线既有的地下一、二层车站结构作为三号线的地下一、二层,而三号线的地下三层则从一号线两侧明挖的基坑中由一号线站台层下部土体中以暗挖隧道的方式穿过。两地下车站的相互关系如图2和图3。第二章工程难点 根据三号线车站与一号线车站的换乘要求,本站三号线与一号线在体育西路站采用站厅换乘方式,并将三号线和一号线车站的站厅连成整体。在三号线体育西路站设计和施工时,如何保证一号线体育西路站的正常运营和结构安全,成为有关各方关注的重点,也是本工程是否取得成功的关键。根据一号线车站的结构型式、受力特点和一号线车站底板下的地质情况,主要针对以下三种方案进行了综合研究(表1)。 (1)方案一:为了最大限度地减小三号线车站的埋深,设计时将节点部分三号线的站台层顶板从一号线车站底板下紧贴底面通过,节点部分三号线结构采用矩形框架结构,施工时采用盖挖法通过。 (2)方案二:节点部分三号线结构设计和施工方案同方案一,但为了尽量减少节点部分三号线结构施工对一号线车站结构的影响,在节点三号线结构顶板和一号线车站底板之间保留一定厚度的土体,以便于对节点三号线结构采用超前长管棚支护,从而保护一号线底板,为施工创造有利条件。 (3)方案三:由于前两个方案的节点部分三号线结构均采用矩形框架结构,其受力和变形均不十分有利,进而影响一号线车站结构的受力和变形。因此,方案三在方案二的基础上对节点三号线结构形式进行了改进,即采用了拱型结构。 从表1可以看出:方案三断面形式比其余两种断面形式在结构受力和减小地面及结构底板的下沉方面具有优势;夹土体的存在一方面可减少暗挖隧道开挖引起的一号线沉降,另一方面可以使一号线站台层的底板和三号线二次衬砌承受静水压力,抵消一部分站厅层和站台层的竖向荷载,同时对改善车站结构的受力状态有利。因此选用方案三作为实施方案,其节点结构设计处理也按照此方案进行。第三章关键技术节点结构设计处理 3.1主要设计思路及模型的确立 地铁三号线的地下三层车站结构穿越一号线的地下二层车站结构,一号线底板与三号线暗挖隧道衬砌外侧之间的夹土体厚度为0.8ｍ,鉴于该车站节点所处的特殊位置和工程特点,必须对车站的开挖过程进行计算和分析。 开挖过程的模拟计算采用弹塑性三维有限元的地层与结构共同作用模型,其结构尺寸为:沿一号线纵向长为88ｍ,沿三号线纵向长为85ｍ,从地表到计算的下部边界为40ｍ,总共划分有15万个有限单元。 在有限元模型当中,车站主体结构的顶板、中板、底板以及侧墙均采用壳体单元,车站建筑结构的立柱和纵梁均采用三维梁单元,车站周围的土体采用实体等参单元。三号线暗挖隧道的初期支护亦采用实体单元,二次衬砌和临时支护均采用三维壳体单元。结构计算时,依据该地段工程地质条件将地层划分为6层,有限元计算模型如图4所示。 3.2 理论计算分析 根椐地铁三号线穿越既有一号线体育西路车站处节点处理的工序,对节点部分结构做了以下5个工况的仿真计算。 ① 工况1:未施做三号线车站,一号线正常运营时车站结构的内力及变形情况,同时考虑地下静水压力对一号线结构的影响。