0 引言
随着我国轨道交通的快速发展，大部分地铁车站处于交通繁忙、管线复杂、道路较窄、建筑物繁杂的区域，且线网需经过商业、旅游景区等客流比较大的区域; 车站设计应遵循符合规划、满足客流、装修适度、结构安全、建筑形式新颖等原则，力求做到功能合理、布局紧凑、结构安全、经济美观、节能环保、以人为本。在特定的周边环境、地质及水文条件等情况下，合理选择建筑结构形式，设计极具特色、使用方便、建筑美观的车站，为未来地铁建设注入新鲜血液。青岛地铁3 号线一期工程清江路站在青岛特有的地质条件下，采用了浅埋暗挖单拱大跨结构［1］; 为降低施工期间对地面交通的影响，广州地铁2 号线市二宫站选择了新型无柱单跨结构形式［2］; 为有效控制地表、地下管线及周边建筑物等变形或沉降，大连地铁兴工街站采用了复合地层超大跨浅埋暗挖施工技术［3］; 文献［4］在大跨度无柱地铁车站的建筑特点和结构选型方面，结合工程分析结构形式的设计难点及采取构造措施，保证了独特的建筑风格; 北京地铁10 号线呼家楼站是根据所处位置的环境条件、工程地质和水文地质条件等确定的车站建筑结构形式［5］;天津地铁5 号线淮外路站是通过对车站站台形式的对比，确定的车站建筑形式的选择［6］; 北京地铁10 号线莲花桥站是通过对施工工法的优化选择进行对比，确定的车站建筑结构形式［7］; 广州地铁5 号线火车站站方案设计是通过方案比选，使得本站建筑结构方案的选择打破地铁常规模式［8］; 北京地铁十号线一期工体北路站是通过分析分离岛式车站建筑设计形式、应用及存在问题，来探讨分离岛式车站建筑方案的优缺点［9］。虽然，有些城市的部分车站建筑风格也很独特，类似的文献资料也有，但暗挖站厅大拱无柱车站，目前在国内尚不多见，相关的文献也少。本文总结大连地铁1 号线一期工程兴工街站的成功设计经验。
1 工程概况
大连地铁兴工街站为1 号线中间站，位于西安路与兴工街、长江街交口处，沿西安路偏南侧南北向布置。兴工街站处于大连市第二商业中心地段，地面交通非常繁忙，西安路路中有正在运营的202 有轨电车，位于车站正上方，周边以商业、居住、医疗、学校等客流为主，客流量非常大; 车站东侧为大连机车商厦、口腔医院、百盛购物中心、住宅楼等，车站西侧为福佳新天地广场、教堂、机车医院、尚品天城、住宅楼等。车站周边环境见图1。
图1 车站周边环境
2 车站建筑设计
2． 1 总平面图设计
通过对车站周边环境、地面交通、地下管线、周边建( 构) 筑物及客流吸引等情况的分析，合理选择站位、工法，合理设置车站出入口、通道、通风道、风亭等设施，满足乘客安全、迅速、便捷地进出车站的要求; 处理好车站出入口、风亭与周边道路、环境的关系，使之与环境协调［9 － 10］。车站设于西安路与兴工街、长江街交口处，沿西安路偏南侧南北向布置。
兴工街站采取暗挖法施工，为地下2 层岛式车站，小里程端设置故障停车线，站台宽度为12 m，车站长度为208． 3 m，标准段宽度为21． 2 m，主体建筑面积为9 017 m2，总建筑面积14 839 m2。
车站共设4 个出入口，2组风亭。车站共设4 个出入口，车站东侧机车商厦门前人行道宽仅5． 3 m，车站西侧福佳新天地广场门前，由于其地下室外扩较多，同时紧挨着福佳新天地有一教堂，设置出入口困难。经研究分析，出入口设置位置仅能设置于机车商厦、福佳新天地广场、教堂以外的位置; 1 号出入口设于机车商厦南侧，便于吸引机车商厦、天河百盛购物中心等商城客流; 2 号出入口设于机车商厦北侧，拆迁5 层房屋，便于吸引机车商厦、口腔医院及附近商业、居住客流; 3 号出入口设于福佳新天地广场北侧，机车医院门前，便于吸引机车医院、福佳新天地广场等客流，该出入口设置一通道至福佳新天地广场地下室1 层，方便福佳新天地广场客流进出地铁; 4 号出入口设于福佳新天地南侧，尚品天城门前，便于吸引福佳新天地、友谊商城、长兴购物中心等客流，该出入口分别设置通道至福佳新天地广场地下室1 层和尚品天城地下1 层; 垂直电梯设于福佳新天地广场南侧，紧急疏散口与1号风亭结合设置。
车站共设2 组风亭，1号风亭设于机车商厦北侧，拆迁5 层房屋，为高风亭; 2 号风亭设于尚品天城门前广场绿化带内，为敞口风亭。车站总平面布置见图2。
2． 2 分层平面图设计
兴工街站站厅层、站台层建筑平面布置形式与正常2 层车站布置形式相当。
2． 2． 1 站厅层平面图
地下1 层为站厅层，整个站厅层为大拱无柱结构。站厅层中部为公共区，两端为设备区; 中部公共区由栏杆与检票机分割为非付费区与付费区; 在非付费区进站闸机侧设有安检设施; 付费区内设2 组楼扶梯连通站台层; 无障碍电梯设置于公共区中部，站厅层公共区设置四个出入口通道。两端为设备管理用房区，其中左端为主要设备管理用房区。站厅平面布置见图3。
2． 2． 2 站台层平面图
地下2 层为站台层，站台层为双跨结构，柱子尺寸为600 mm × 600 mm，间距9 000 mm。站台层站台宽度为12 m，设置安全门，有效站台长度为118 m，布置2 组通向站厅的楼扶梯、1 部垂直电梯; 两端为设备管理用房区，其中左端为主要设备用房区，左端设有故障停车线。站台平面布置见图4。
图2 总平面布置
图3 站厅层平面布置
图4 站台层平面图布置
2． 3 剖面设计
受地面交通、建( 构) 筑物、地形( 左高右低) 、地下管线、202 有轨电车的影响，车站拱顶埋深为7． 6 ～10． 9 m; 车站设由左向右设0． 2% 纵坡。纵剖面见图5，横剖面见图6。
图5 纵剖面图
图6 横剖面图( 单位: mm)
3 车站结构设计
兴工街站总长度为208． 3 m，标准段宽度为21． 2m，高度为18． 1 m，拱顶覆土7． 6 ～ 10． 9 m，结构形式为单拱双层框架结构，站厅层为单拱无柱结构，站台层为单柱双跨结构。车站采取" 双侧壁岛坑法+ 台阶法" 暗挖顺做法施工，开挖面积达350 m2。
3． 1 工程地质与水文地质
兴工街站地貌为剥蚀低丘陵，场地地形略有起伏，整体上看北高南低，地面高程18． 12 ～ 22． 44 m。现为街道商业区，周边建筑物密集，管线、管道众多。
车站范围内地层自上而下分别为人工堆积素填土，全、强、中风化钙质板岩，局部为全、强、中风化辉绿岩，车站基本穿越强、中风化板岩，层理和节理裂隙较发育，根据岩石抗压强度结果，本场地中等风化钙质板岩为较软岩，岩体较完整，局部较破碎，岩石质量等级为Ⅳ级。
地下水按赋存条件主要为基岩裂隙水，基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中; 稳定地下水位埋深3． 70 ～6． 00 m，水位高程12． 32 ～ 18． 14 m; 抗浮水位标高16． 0 m; 地下水的排泄途径主要是蒸发和地下径流;主要补给来源为大气降水; 地下水环境作用等级为H1级; 对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性; 地下水总矿化度为672． 1 ～ 887． 7 mg /L，为淡水。工程地质情况见图7。
3． 2 支护及保护措施
拱部初期支护采取超前小导管、拱部大管棚+ 双层格栅网喷的综合支护体系; 第2 道初期支护底部设置一道通长车站的钢筋混凝土纵梁，保证拱部支护结构的整体受力效果; 车站边墙初期支护为单层格栅钢架网喷混凝土+ 2 道预应力锚索+ 中空注浆锚杆的综合支护体系。具体结构设计支护参数及结构尺寸参数见表1 和图8。
图7 工程地质纵剖面图
表1 车站设计支护参数及结构尺寸参数表
3． 3 结构计算
3． 3． 1 计算模型
计算采用Midas － Gts 进行二维数值模拟分析，考虑围岩与结构的共同作用、分步施工过程。计算模型左右水平计算范围均取车站跨度的3 倍，垂直计算范围向上取至自由地表，向下取隧道高度的3 倍，取模型尺寸为151 m × 94． 05 m，隧道埋深为11． 6 m。在本模型中，隧道围岩本构模型采用Drucker － Prager( D － P)模型，以考虑围岩的非线性变形。衬砌结构采用弹塑性各向同性体材料模拟，锚杆采用全长粘结式杆材料模拟，为植入式桁架单元，喷射混凝土初期衬砌采用全长粘结式直梁材料模拟。大管棚支护和超前小导管注浆，采用平面应变单元，等效为注浆加固。计算结构模型见图9。
兴工街站为单拱双层大断面暗挖车站，拱部采用双层初期支护。施工计算步骤严格按照隧道施工顺序进行，计算程序首先计算原始地应力，岩土体的开挖是在前一计算步骤所得地应力分布的基础上进行的，根据结构整体刚度的改变，按实际开挖方法施加地层释放荷载，并求解开挖后的应力场。
施工开挖: 1 边洞上台阶拱部注浆加固－ 边洞上台阶开挖－ 边洞上台阶第1 道初期支护及支撑; 2 边洞下台阶拱部注浆加固－ 边洞下台阶开挖－ 边洞下台阶第1 道初期支护及支撑; 3 中拱上台阶拱部注浆加固－ 中洞上台阶开挖－ 中洞上台阶第1 道初期支护及支撑; 拆除支撑－ 拱部第2 道初期支护及竖向支撑; 4中拱下台阶开挖及拆除竖向支撑; 5 中部侧边开挖及底部拉槽－ 中部边墙初期支护、打设锚杆、锚索及封底; 6 中部拉槽; 7 底部侧边开挖－ 底部边墙初期支护、打设锚杆、锚索及封底; 8 中部拉槽。主要开挖步序见图10。
3． 3． 2 模型计算结论
1) 通过对主要施工过程位移情况的模拟分析，拱部拆撑后竖向位移变化较大，施工过程中应注意监测，并采取相应措施，及时施作第2 道初期支护和竖撑后拱部最大位移15． 83 mm，地表最大沉降14． 00 mm。
通过模拟分析各部开挖过程结果，沉降位移均满足要求，在施工过程中，围岩和初期支护结构均处于安全状态。
2) 通过对底部开挖后应力应变情况的模拟分析，拱部围岩应力集中，有明显的成拱作用，沿洞周环向切向应力增大，法向应力减小，利于洞室稳定; 洞周围岩拱脚、侧墙及墙脚外侧下方土体发生小范围的塑性屈服和破坏，破坏深度2 ～ 2． 8 m，洞室周围其他地方无塑性屈服和破坏区域。
图8 结构设计支护参数及结构尺寸参数( 单位: mm)
图9 计算模型
图10 主要开挖步序
3) 通过对底部开挖后结构内力情况的模拟分析，第1 道初期支护为主要承载构件，受力较大，拱脚处最不利成为承载力控制点，第2 道初期支护及其他初期支护受力较小。按破损阶段法验算其安全系数均大于2． 0，满足规范要求，拟定的结构尺寸满足强度、刚度的要求。
3． 4 施工方案
本站长度较长，工期紧张。本站设置3 号施工竖井，1号施工竖井利用1 号出入口进行设置，2号施工竖井利用1 号风道进行设置，3号施工竖井在4 号出入口处施工横通道，利用2 号风道作为斜坡道进行设置，斜通道坡度为15%; 开挖时采取钻爆法进行施工。具体施工情况见图11 － 13。
1) 1 号施工竖井开挖至车站站厅层标高，通过横通道进入车站主体，进行车站上半断面的两侧导洞施工，导洞采用台阶法设置临时仰拱施工，两侧洞错开距离5 ～ 10 m; 侧导洞结合主体结构断面采用小导管+ 大管棚注浆加固地层，及时架设第1 道初期支护。进行车站上半断面中导洞开挖支护施工，中导洞采用台阶法预留核心岩柱分部施工，与侧洞错开距离15 ～ 20 m; 中导洞结合主体结构断面采用小导管+ 大管棚注浆加固地层，及时架设第1 道初期支护; 施作侧洞内纵梁，待监控量测显示结构变形稳定时分段拆除上部临时竖撑，施作拱部二次初期支护结构进行加强; 拱部封闭成环后，进行初期支护背后注浆。
2) 待拱部封闭成环稳定后，利用3 号施工竖井作为斜坡道，开挖站台层至底板，斜坡道坡度及宽度、高度满足出土车进出; 对称开挖车站两侧并施作边墙支护，完成后对中部进行分层开挖，车站下半断面分2 次施工至底板底面标高。
3) 向下开挖至底板底面标高后，施工地模，铺设边墙、底部防水层，绑扎钢筋浇注底板、底纵梁、下层边墙混凝土。
图11 施工总平面图( 单位: mm)
图12 ① －④步施工平面图( 单位: mm)
图13 ⑤ －⑧步施工平面图( 单位: mm)
4) 混凝土达到设计强度后，拆模，铺设边墙防水层，绑扎钢筋浇注中板、中纵梁、上层边墙混凝土。预留边墙开洞处的钢筋、防水层接头。最后施作拱部防水层及二次衬砌。
4 车站综合管线设计
4． 1 设计原则
1) 根据一般车站综合管线设计原则，以环控专业设计图为基础，按暖通－ 给排水－ 动力照明－ 变电－接触网－ 通信－ 信号－ FBS /BAS － AFC － 其他有关专业等顺序设计各专业的管线及设备，管线相碰处根据" 小管让大管、软管让硬管、有压管让无压管、弱电让强电" 的原则进行调整，最后进行汇总整理完成的。
2) 综合管线相对位置的原则一般主要遵守风上、电中、水下的原则，即送风管、排风管布置在上层，强、弱电电缆桥架布置在中层，水管布置在下层，但有部分风口需要伸至吊顶上时应根据具体情况合理安排。同时应尽量将检修、维护较多的管线布置在下层。
3) 在车站站厅、站台公共区吊顶内，综合管线相对位置的布置原则主要遵守平行设置的原则，即通风干管、各类桥架及水管支架采用平行布置方式，各种管线之间距离应满足各专业设计规范要求。
4) 强弱电设备房间内，除本专业管线外，原则上各类管线严禁布置在设备上方，如果环控专业风管确实无法避开，必须保证风口避开设备上方并尽可能的与设备保持一定距离。
5) 轨行区外侧结构侧墙处，装修设计阶段如需设置广告灯箱，在满足限界要求的前提下，广告灯箱必须避开排水立管设置。
6) 所有管线的布置高度应综合协调考虑，尽可能布置于高处，同时所有管线的布置应避开设备吊装孔、风系统风口、设备运输预留门洞以满足运营期间设备检修和更换的运输要求; 各类水管不应穿越电器房间要求。
4． 2 综合管线设计
根据本站设计特点，车站站厅层具有为大拱、无柱、圆形等特色，综合管线安装应保持该特色，使得车站空间效果更好。本站站厅层设备区、站台层的综合管线设计等同于一般车站，而站厅公共区综合管线区别一般车站，主要表现在以下几方面: 1) 管线应尽量贴拱顶安装; 2) 通风管道尽量小，且扁平;3) 横穿管线安装按照车站拱顶弧形进行安装; 4) 因出入口高度较低，管线进入出入口通道时，采取穿管的形式进行过渡，避免采取桥架; 5) 在设备区管线安装灵活，不受结构下翻梁和结构的影响。综合管线剖面见图14。
图14 综合管线剖面图
5 车站装修设计
5． 1 设计方法
大连地铁1 号线装修设计以" 简洁、大气、明快"为总体原则，彰显山海内涵和色彩亮丽、活力朝气等特色。1 号线以青山起伏和海水流动的曲线为主要造型元素，结合线和板的标准做法，形成1 号线特色内涵;大连地铁整体色彩比较淡雅，以灰、白色为主，设计风格以简洁为主，更突出车站的功能和实用性，没有设计文化墙，同时车站顶棚设计较高，宽敞大气，便于旅客快进快出。其中兴工街站站厅层宽阔透亮，视野开阔，站厅层无柱子，空间以灰白色为主色调。站厅及站台效果见图15 和图16。
5． 2 装修材料
天花吊挂采用10 镀锌钢拉杆独立吊挂并喷涂深色聚酯类涂料; 站厅吊顶采取50 mm 圆通+ 2． 5mm 厚铝板的形式; 站台吊顶采取50 mm 圆通+ 铝合金平板的形式; 站厅( 台) 地面采取地面石材为25 mm厚，800 mm × 800 mm 白麻花岗石。公共区墙面材料采用以1 200 mm × 600 mm 为模块的微晶石进行排列，统一以干挂方式安装。
图15 站厅层效果图
图16 站台层效果图
6 结论与体会
通过对大连地铁兴工街站设计过程的描述和总结，暗挖大拱站厅无柱车站的设计主要结论如下。
1) 暗挖大拱站厅无柱车站是一种新型建筑结构形式，建筑风格独特，站厅层公共区空间大，视野开阔，结构工法特殊，综合管线布置灵活，装修美观，建筑布局灵活，不受结构柱和结构梁的影响。
2) 暗挖大拱站厅无柱车站作为一种新型的建筑结构形式，同时又是采取矿山法施工，对结构设计要求较高，并视所处区域的工程地质与水文地质而定。
3) 车站在设备安装阶段，设备区管线及桥架较多，往往因结构下翻梁和结构柱的影响，导致很多地方管线碰头点较多，管线及桥架安装标高较低，检修空间小，而大拱无柱车站避免了这些问题的发生，管线及桥架走向灵活，碰撞较少，仅公共区横向管线需结合装修效果进行微调即可。
4) 暗挖大拱站厅无柱车站在设计过程中仍有一些不足: ①站厅层大拱两侧边墙高度稍低，侧墙装修时，为保证通行净高的使用，侧墙外立面装修占站厅层的宽度稍多; ②公共区垂直电梯采取混凝土的结构形式，同时站台层公共区结构柱间距小，且截面尺寸稍大，影响公共区整个效果; ③结构设计中对水文地质的分析尚浅，施工过程中小问题稍多; ④综合管线设计时，因时间较仓促，风管截面形式未结合车站的结构形式进行优化; ⑤装修设计时，站厅层装修高度小，采取装修形式稍简单，颜色单调。针对这些不足，在今后的设计过程中应尽量避免。
综上所述，大拱无柱车站站厅公共区装修效果较好，美观，通透。暗挖大拱站厅无柱车站作为一种新型地铁车站建筑形式，突破和拓展了传统的设计理念，但需结合当地的工程及水文地质进行分析，确保工程本身的安全是首要选择; 通过对兴工街站整个设计过程的总结，暗挖大拱站厅无柱车站独特的建筑风格，应进一步进行推广，很多设计方法和思路希望能给类似工程的设计人员起到指导和借鉴作用，值得推广和应用。
摘自：隧道建设