韋青岑 張俊儒 何基香

（1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司地鐵設(shè)計(jì)研究院，610031，成都；2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，610031，成都；3.中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司，610031，成都∥第一作者，高級(jí)工程師）

1 工程概況

廣州地鐵文沖站為5號(hào)線首期工程的終點(diǎn)站，位于石化路上，呈東西走向，為明挖二層島式站臺(tái)車站（標(biāo)準(zhǔn)段）；車站對(duì)應(yīng)里程YDK31＋743.098～YDK31＋772.098范圍上方有一幢兩層樓房（房屋為框架結(jié)構(gòu)、天然基礎(chǔ)，以下簡(jiǎn)稱“6號(hào)房”）。原設(shè)計(jì)中本段范圍內(nèi)的車站方案考慮將這幢樓房（位于規(guī)劃道路紅線范圍內(nèi)）拆遷，采用明挖法施工。由于6號(hào)房戶主所要的拆遷補(bǔ)償費(fèi)過(guò)高，經(jīng)黃埔區(qū)建設(shè)局、地鐵業(yè)主與其進(jìn)行多次協(xié)調(diào)無(wú)法就補(bǔ)償情況達(dá)成一致，成為聞名全國(guó)的地鐵建設(shè)“釘子戶”（詳見(jiàn)搜狐網(wǎng)http：／／news.sohu.com／20071128／n253592755.shtml，“廣州修地鐵避讓釘子戶，5號(hào)線工期嚴(yán)重滯后”），嚴(yán)重影響本站乃至5號(hào)線的開(kāi)通。為確保廣州地鐵5號(hào)線順利通車，采取將本段明挖施工改為暗挖施工，車站從房子底下通過(guò)的方案。本文將針對(duì)這一工程的特點(diǎn)，對(duì)變更設(shè)計(jì)方案中涉及的一系列技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 方案設(shè)計(jì)邊界條件和難點(diǎn)

2.1 方案設(shè)計(jì)邊界條件

由于6號(hào)房為黃埔區(qū)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民私人住宅樓，業(yè)主前期部、黃埔區(qū)建設(shè)局與該住房多次協(xié)調(diào)仍未能滿足其要求，不愿搬遷，經(jīng)過(guò)各方面多次開(kāi)會(huì)協(xié)調(diào)、討論、論證，最終認(rèn)為拆遷方案無(wú)法實(shí)施，無(wú)法采用明挖順做法施工，只能考慮采用暗挖法下穿該建筑物；同時(shí)為加快施工進(jìn)度，本樓房?jī)蓚?cè)已圍成兩個(gè)分離的基坑，圍護(hù)樁（鉆孔樁）已施工完成并準(zhǔn)備基坑開(kāi)挖，本樓房北側(cè)圍護(hù)樁（地下連續(xù)墻）也已施工完成。詳見(jiàn)圖1。

圖1 文沖站明挖改暗挖段平面布置圖

2.2 難點(diǎn)

（1）本段采用暗挖法（雙洞單線）將兩側(cè)站臺(tái)層連接，站廳層分開(kāi)為東、西兩站廳后，對(duì)公共區(qū)與設(shè)備區(qū)建筑布置進(jìn)行合理調(diào)整問(wèn)題；

（2）將東、西兩站廳層進(jìn)行有效連接及連接管廊設(shè)置問(wèn)題；

（3）在本段車站東西兩側(cè)、6號(hào)房北側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)已施工完成的情況下，保證文沖站及5號(hào)線全線的開(kāi)通的同時(shí)，繞開(kāi)該“釘子戶”進(jìn)行暗挖隧道施工并保證其安全問(wèn)題，是本段工程設(shè)計(jì)和施工的難點(diǎn)。

3 設(shè)計(jì)方案和對(duì)策

3.1 建筑設(shè)計(jì)調(diào)整方案

受6號(hào)房“釘子戶”的影響，里程 YDK31＋743.098～YDK31＋772.098段隧道需避開(kāi)該房子，其下方原車站方案為標(biāo)準(zhǔn)地下二層雙跨明挖框架結(jié)構(gòu)，為減少地鐵車站施工對(duì)該房子產(chǎn)生的影響，對(duì)本站建筑設(shè)計(jì)方案調(diào)整如下。

（1）將地下一層公共區(qū)與設(shè)備區(qū)分成兩個(gè)空間，公共區(qū)位于6號(hào)房西側(cè)，站廳層公共區(qū)原設(shè)計(jì)終點(diǎn)里程為YDK31＋762.398，現(xiàn)調(diào)整為YDK31＋742.398，即公共區(qū)向西移，較原方案縮短了20m；設(shè)備區(qū)位于6號(hào)房東側(cè)，原設(shè)備區(qū)房間需重新布置，為滿足車站功能要求，東端設(shè)備區(qū)向車站東面外擴(kuò)10m，且為了滿足消防要求，在地下一層設(shè)備房南端增設(shè)一緊急疏散出口，與二號(hào)排風(fēng)道、二號(hào)進(jìn)風(fēng)道進(jìn)行合建（見(jiàn)圖2）。

（2）由于本段隧道地下一層公共區(qū)與設(shè)備區(qū)分開(kāi)，兩區(qū)需進(jìn)行管線聯(lián)接，在房子北面設(shè)置了一明挖管廊，以滿足功能要求（見(jiàn)圖2）。

本工程管廊的設(shè)置是難點(diǎn)之一，本站位于大沙地東路和石化南一街相接的路段上，呈東西向布置，路面管線較多，覆土深度應(yīng)不少于3m；且管廊緊鄰“釘子戶”設(shè)置，但又必須考慮管廊施工時(shí)對(duì)該房子的影響，因此管廊的凈空受到限制。為保證管廊在管線安裝后能滿足凈高要求，管廊凈高為3.3m，管廊處覆土只能為2.5m，管廊凈寬度4.0 m（見(jiàn)圖4）。由于站廳層里程YDK31＋ YDK31＋739.098處絕對(duì)標(biāo)高為－0.383 m，暗挖隧道拱頂標(biāo)高為0.907m，為保證暗挖隧道與明挖管廊有0.300 m的凈距，因此管廊頂?shù)孛鏄?biāo)高設(shè)定為1.473m，與站廳公共區(qū)、設(shè)備區(qū)兩端高差1.8m，兩端需設(shè)置樓梯踏步（見(jiàn)圖2）。

（3）站廳層公共區(qū)原東端票亭改設(shè)在公共區(qū)中間，同時(shí)原東端的自動(dòng)售貨機(jī)、查詢機(jī)取消（見(jiàn)圖2）。

（4）為保證6號(hào)房不拆遷的同時(shí)又不影響隧道的貫通，將該“釘子戶”所處里程處隧道由原明挖車站改為暗挖雙洞單層結(jié)構(gòu)形式，左線隧道與正上方管廊分開(kāi)，右線下穿6號(hào)房（見(jiàn)圖4），本段范圍內(nèi)的站臺(tái)層設(shè)備房也調(diào)整到暗挖隧道的兩端進(jìn)行重新布置。

圖2 本段車站站廳層平面布置圖

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3.2.1 工程地質(zhì)

暗挖段地質(zhì)從上到下依次為填土層〈1〉、砂質(zhì)粘性土〈5Z－2〉、砂質(zhì)粘性土〈5Z－2〉、混合花崗巖強(qiáng)風(fēng)化層〈7Z〉、中風(fēng)化層〈8Z〉，局部有斷層破碎帶，隧道拱頂位于強(qiáng)風(fēng)化層〈7Z〉，其余洞身位于中風(fēng)化層〈8Z〉，局部穿過(guò)斷層破碎帶（見(jiàn)圖4）。

3.2.2 隧道襯砌設(shè)計(jì)及輔助工程措施

文沖站下穿6號(hào)房段隧道原設(shè)計(jì)為兩層雙跨結(jié)構(gòu)明挖框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)根據(jù)地面建筑物情況、周邊環(huán)境、地質(zhì)情況、車站功能要求設(shè)計(jì)為站臺(tái)層局部采用暗挖隧道將兩端明挖結(jié)構(gòu)連接，站廳層采用明挖管廊將兩端明挖結(jié)構(gòu)連接。暗挖隧道為兩個(gè)單線暗挖隧道（單洞隧道開(kāi)挖跨度9.55m，高度9.94m，，隧道凈距為0.683m，見(jiàn)圖4，采用淺埋暗挖法及噴錨構(gòu)筑法進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。

（1）主要支護(hù)參數(shù)。支護(hù)襯砌參數(shù)根據(jù)有關(guān)規(guī)范的技術(shù)原則，結(jié)合工程類比和數(shù)值分析計(jì)算的方法確定。隧道襯砌斷面相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)表

（2）主要輔助施工措施。隧道上方為6號(hào)房，距離隧道拱頂約7m，為天然基礎(chǔ)。隧道拱頂位于花崗混合巖〈7Z〉，洞身基本位于中風(fēng)化〈8Z〉，局部有斷層破碎帶。針對(duì)這兩者特殊情況，在本段隧道圍巖段主要采用φ108，t＝6大管棚和φ32超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行輔助施工；洞外沿房屋四周設(shè)斜向注漿花管作為預(yù)留措施，當(dāng)房屋出現(xiàn)較大沉降時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿。經(jīng)過(guò)破碎帶時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行掌子面全斷面超前注漿加固，漿液為水泥－水玻璃雙液漿。

3.2.3 隧道進(jìn)洞及施工順序

施工順序如圖3所示。

圖3 站臺(tái)層暗挖隧道施工步驟圖

（1）開(kāi)挖東端明挖基坑，開(kāi)挖順序?yàn)橛晌飨驏|。西端明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)封閉后，開(kāi)挖順序也為由西向東。為增強(qiáng)端頭圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性（包括水平方向，特別是豎向的穩(wěn)定性），同時(shí)為減少進(jìn)洞開(kāi)挖時(shí)，東端頂冠梁的不均勻沉降，在頂冠梁上方加高至1.2m×1.0m。

（2）向下開(kāi)挖至第二道支撐以下0.8m，安設(shè)第二道支撐。安設(shè)大管棚、超前小導(dǎo)管、地面斜向注漿花管和右線掌子面內(nèi)背拉錨桿。

（3）加強(qiáng)對(duì)開(kāi)挖面①、②、Ⅲ、Ⅳ部的掌子面處圍護(hù)樁的監(jiān)測(cè)，必要時(shí)加砂袋反壓。

（4）破除①、②部范圍內(nèi)的樁體，架立①、②部型鋼鋼架和臨時(shí)橫撐（圍護(hù)樁下安設(shè)3榀工字鋼架，破樁段2.0m范圍內(nèi)采用間距0.4m工字鋼架加密，其余地段鋼架間距為0.5m），圍護(hù)樁下鋼架與伸入隧道內(nèi)的圍護(hù)樁主筋焊接牢靠。

（5）左線上臺(tái)階進(jìn)洞5m后，封閉掌子面。破除左線下臺(tái)階圍護(hù)樁，初支封閉成環(huán)，開(kāi)挖下臺(tái)階。采用短臺(tái)階法開(kāi)挖左線隧道。為保證破洞處后開(kāi)挖面的掌子面處圍護(hù)樁的穩(wěn)定，左線隧道開(kāi)挖前應(yīng)做好右線隧道掌子面處圍護(hù)樁的背拉錨桿，左線隧道開(kāi)挖同時(shí)加強(qiáng)對(duì)開(kāi)挖面⑤、⑥部的掌子面處圍護(hù)樁的監(jiān)測(cè)，必要時(shí)加砂袋反壓。

（6）施工左線隧道初支和二襯，左線隧道出洞前應(yīng)做好掌子面處圍護(hù)樁的背拉錨桿。

（7）依次參照上述要求開(kāi)挖右線隧道⑤、⑥部，施工右線隧道初支和二襯，右線隧道出洞前應(yīng)做好掌子面處圍護(hù)樁的背拉錨桿。

（8）待隧道二襯及兩端明挖主體結(jié)構(gòu)施工完后，施工明挖管廊基坑。

3.2.4 小間距隧道施工措施

由于本段礦山法施工隧道全部為超小間距隧道（隧道間凈距約0.68m），隧道左右線分離的并行隧道施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生相互影響，且可能產(chǎn)生許多意想不到的情況，為確保隧道施工、隧道結(jié)構(gòu)以及地面建筑物安全，其施工方法除按上述一般方法施工外，還需采取下列有效措施：

（1）先施工左線隧道（即先期施工隧道），左線施工開(kāi)挖及支護(hù)完成后再施工右線隧道（即后期施工隧道），條件允許的情況下盡量采用人工開(kāi)挖或機(jī)械開(kāi)挖，尤其是先期施工隧道，以保證先期施工隧道的安全；開(kāi)挖順序?qū)r體的穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生較大的影響，隧道斷面分部開(kāi)挖中，縮短后期開(kāi)挖巖柱側(cè)巖柱體的暴露時(shí)間，開(kāi)挖時(shí)，一次循環(huán)掘進(jìn)長(zhǎng)度應(yīng)控制在0.5～1.0m內(nèi)。

（2）施工時(shí)制定具體的施工監(jiān)測(cè)方案，隨時(shí)掌握洞內(nèi)外的變化情況，發(fā)現(xiàn)地面沉降量、洞內(nèi)拱頂下沉量等超過(guò)警戒值時(shí)，及時(shí)采取處理措施。

（3）在拱部預(yù)埋φ32鋼花管作注漿管，當(dāng)初期支護(hù)封閉成環(huán)一定長(zhǎng)度后對(duì)初支拱背后2.0m以內(nèi)空隙及軟弱松弛圍巖注漿加固。

（4）先期施工的隧道在靠巖柱側(cè)的拱腰及墻腳錨桿加長(zhǎng)超過(guò)5m，并在靠巖柱側(cè)的邊墻初期支護(hù)施工時(shí)預(yù)埋φ42鋼花管作注漿管，當(dāng)初期支護(hù)封閉成環(huán)一定長(zhǎng)度后對(duì)兩隧道所夾巖柱體進(jìn)行注漿加固。

（5）后期施工隧道在靠巖柱側(cè)的拱肩至軌面線高度范圍內(nèi)的拱墻部位均增設(shè)超前注漿小導(dǎo)管或砂漿錨桿輔助施工，并把伸入的先施工隧道的初支錨桿切斷，然后期將其端頭與后施工隧道的初支鋼架或縱向連接筋焊接形成對(duì)拉鋼筋，以維護(hù)土柱體的承載能力；后施工隧道初支必須盡快封閉成環(huán)，二襯盡可能緊跟開(kāi)挖施工。

3.2.5 房屋保護(hù)方案

本段隧道下穿文沖村6號(hào)房，該房屋為2層框架結(jié)構(gòu)、天然基礎(chǔ)，局部基礎(chǔ)位于原山坡上，距離隧道拱頂約7m。為保護(hù)地面房屋采取以下措施：

（1）洞內(nèi)采用“大管棚加小導(dǎo)管跟蹤注漿”等超前預(yù)加固措施，減少洞內(nèi)因開(kāi)挖引起的地面沉降，保證房屋安全（見(jiàn)圖4）。

圖4 站臺(tái)暗挖隧道與明挖管廊、地面房屋關(guān)系剖面圖

（2）隧道開(kāi)挖及時(shí)支護(hù)及時(shí)封閉，盡量減少開(kāi)挖引起的地下水的流失。

（3）在房屋四周預(yù)埋袖閥管，根據(jù)房屋沉降情況進(jìn)行補(bǔ)償注漿（見(jiàn)圖4）。

（4）施工時(shí)應(yīng)采取必要的安全措施，采用機(jī)械（炮機(jī)）開(kāi)挖，嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，并盡快封閉初襯和二襯結(jié)構(gòu)。應(yīng)針對(duì)6號(hào)房做出專項(xiàng)施工監(jiān)測(cè)方案，加強(qiáng)洞內(nèi)、外監(jiān)控量測(cè)工作，確保隧道施工和既有建筑物的安全。

3.2.6 明挖管廊與站臺(tái)層暗挖隧道的干撓及解決方案

明挖管廊位于站臺(tái)層暗挖隧道的正上方，與其最小凈距只有0.3m（見(jiàn)圖6）。車站暗挖隧道和車站明挖結(jié)構(gòu)施工完后，方可施工明挖管廊，施工前應(yīng)注意直徑800mm圍護(hù)孔定位準(zhǔn)確，樁底標(biāo)高準(zhǔn)確。管廊施工時(shí)為保證隧道結(jié)構(gòu)和基坑安全，明挖管廊基坑應(yīng)分節(jié)、分段開(kāi)挖，不能一次性將管廊基坑全部挖開(kāi)，及時(shí)加設(shè)支撐，并適當(dāng)加預(yù)加力，開(kāi)挖到底后，及時(shí)施作底板封底。明挖管廊施工時(shí)應(yīng)盡可能保證大管棚完好，不破壞原有大管棚，以減少卸載帶來(lái)的對(duì)隧道的不利影響。

4 數(shù)值計(jì)算分析

采用ANSYS有限元通用程序?qū)Ρ径嗡淼婪桨钢姓九_(tái)層暗挖隧道、地層及其上方房屋施工過(guò)程中的應(yīng)力、變形等進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算分析，得到隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力值（折返線隧道初支最大彎矩215kN·m，對(duì)應(yīng)軸力256kN，其余未列）和變形值（地層最大值沉降值12.1mm），如圖5～9，由于篇幅關(guān)系，只列有代表性的結(jié)果。從計(jì)算結(jié)果中看出，結(jié)構(gòu)滿足承載要求，地表沉降滿足規(guī)范要求，本方案是安全、可行的。

圖5 模型圖

圖6 地面地表沉降圖

圖7 初支結(jié)構(gòu)彎矩圖

圖8 初支結(jié)構(gòu)軸力圖

圖9 洞周巖石塑性區(qū)

5 施工與監(jiān)測(cè)情況

本段暗挖隧道自從2008年1月份開(kāi)始施工，至2008年6月份已挖通，施工情況良好。開(kāi)挖時(shí)采用機(jī)械（炮機(jī)）開(kāi)挖，并及時(shí)支護(hù)封閉成環(huán)，施工監(jiān)測(cè)地面最大沉降小于10mm，對(duì)地面房屋影響很小，未出現(xiàn)房屋開(kāi)裂、形變的情況，沒(méi)有影響5號(hào)線的開(kāi)通及運(yùn)營(yíng)；業(yè)主比較滿意，沒(méi)有出現(xiàn)不良的社會(huì)影響。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)法制建設(shè)的不斷健全以及人們法律意識(shí)的不斷提高，房屋拆遷問(wèn)題越來(lái)越突出，由于拆遷問(wèn)題影響地鐵的開(kāi)通及運(yùn)營(yíng)的情況時(shí)有發(fā)生。文沖站在車站大多數(shù)明挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)已施工完成的情況下，將車站結(jié)構(gòu)局部改明挖法為暗挖法施工，同時(shí)采用明挖管廊將兩側(cè)明挖站廳層聯(lián)通，解決了因“釘子戶”拆遷困難而嚴(yán)重影響地鐵施工工期的問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)中屬首例，為今后地鐵建設(shè)提供了重要的經(jīng)驗(yàn)參考和借鑒。

［1］李德才.廣州地鐵2號(hào)線復(fù)雜工程條件下的公紀(jì)區(qū)間隧道設(shè)計(jì)［J］.四川建筑2002（22）：143.

［2］Li Decai.Tunnel Design of Gongji Section of Guangzhou Metro Line2under the Complex conditions ［J］.Sichuan Building，2002（22）：143.