劉洪波

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城市軌道交通地下車站暗挖工法綜述

劉洪波

（上海申通地鐵集團有限公司技術中心，201103，上?！胃呒壒こ處煟?/p>

暗挖法修建地鐵車站具有不影響城市交通，以及管線搬遷少、建筑拆遷量小、環(huán)境影響小等優(yōu)點，具有良好的應用前景。介紹了國內外修建地鐵車站采用的各類暗挖工法，并進行了綜合比較，提出了選擇暗挖工法應考慮的因素。應根據(jù)工程地質條件、既有施工設備、車站自身特點及周邊環(huán)境等因素來選擇具體的暗挖工法。

城市軌道交通；地下車站；淺埋暗挖法；新管幕法；盾構法

Author's address Technical Center of Shanghai Shentong Metro Group Co.，Ltd.，201103，Shanghai，China

在城市軌道交通建設中，地鐵車站施工方法的選擇至關重要，它直接影響到車站的土建投資、建設工期及周邊環(huán)境等。經(jīng)過幾十年的探索和實踐，我國各城市都形成了比較成熟的地鐵車站施工方法，如明挖順作法、明挖逆作法、蓋挖法等。但這些施工方法往往需要占用地面道路，對車站上方的管線需進行臨時或永久搬遷，建筑、綠化拆遷量大，施工期間機械施工噪聲對城市生活干擾大，容易引發(fā)建設與環(huán)境、交通、社會的矛盾。特別是在城市主干道，這些矛盾會更加突出。

隨著國內各城市軌道交通線網(wǎng)的不斷加密及網(wǎng)絡化建設的不斷推進，車站埋置深度越來越深，采用明挖法施工可能并不經(jīng)濟；或車站所處站位不允許車站采用明挖法施工；或明控法施工因車站上方有重要管線或建筑物需搬遷而帶來較大的工程前期費用；或隨著人們環(huán)境意識的增強，不適宜在繁華市區(qū)或居民區(qū)附近進行大開挖施工，這時暗挖法會顯示出其獨特的優(yōu)勢。暗挖法無需占用地面道路或拆遷地面建筑物，不需要搬遷管線，不影響地面交通，施工噪聲小，在軌道交通網(wǎng)絡化建設中具有廣泛的應用前景。

1　國內外各種車站暗挖工法介紹

經(jīng)調研，國內外許多城市軌道交通地下車站采用了暗挖法進行修建。主要的暗挖法有淺埋暗挖法、新管幕法和盾構法。國內地下車站采用最多的是淺埋暗挖法，新管幕法僅有一個應用案例。國外如日本、前蘇聯(lián)、韓國、意大利等國家的地下車站較多地采用了盾構法和新管幕法施工。

1.1淺埋暗挖法

淺埋暗挖法是利用圍巖的自穩(wěn)能力或在超前支護（如超前小導管或管棚等）保護下施工初期支護、柔性防水層及二襯結構的施工方法。淺埋暗挖法已在北京、廣州、深圳、南京等城市的地鐵車站修建中得到了廣泛應用，如北京地鐵5號線東單站為不影響繁忙的地面交通而采用了淺埋暗挖法施工，如圖1、圖2所示。淺埋暗挖法還在廣州地鐵越秀公園站、南京地鐵南京火車站站，以及北京地鐵復興門站、王府井站、西單站、東單站、磁器口站等得以應用。因淺埋暗挖法施工工藝比較成熟，因此本文不作詳細介紹。

1.2新管幕法

新管幕法全稱為New&Tubu-lar-Roof-Method，簡稱NTR工法［1］，是在管幕法的基礎上演變而來的。該工法在意大利、韓國得到廣泛應用，如韓國首爾市中心的地鐵9號線913快速換乘站采用了NTR工法施工。NTR工法在國內的首次應用案例是沈陽地鐵2號線新樂遺址站。該站的橫斷面示意圖如圖3所示［2］。

圖1　北京地鐵5號線東單站縱斷面圖

圖2　北京地鐵5號線東單站橫斷面圖

圖3　沈陽地鐵2號線新樂遺址站橫斷面示意圖

NTR工法的施工程序為：以擬建結構的橫斷面為施工工作面，沿著結構的軸線方向頂入鋼管，鋼管沿著結構橫斷面的輪廓線布設并進行密排，在頂管的過程中，管內的土隨鋼管頂進逐步挖出，人可在管內操作；所有鋼管頂進去形成管排后，將相鄰鋼管的鄰接部位切開，切口的高度大于設計結構厚度；同時用鋼板將相鄰鋼管的切口橫向焊接并在連接鋼板之間加支撐，使相鄰鋼管連接并形成一個完整的廊道；在廊道內進行結構鋼筋混凝土施工；在已形成的結構內進行土方開挖及結構施工。其施工關鍵技術包括超前管棚施工、地下水的防治處理、二次襯砌的澆筑等。

1.2.1超前管棚施工

由于NTR工法施工的管棚均為大直徑管棚，且管棚在后期又是永久結構的一部分，因此施工工藝較為復雜。管棚施工步驟如下：

（1）將管棚先導管頂入土體，先導管的外徑略大于管棚外徑，內徑等同于正常管棚外徑（先導管相當于盾構的外殼）；

（2）管棚先導管正常頂入土體后，在先導管內部推入直徑小于正常管棚管徑的鋼管，在先導管的支護下將小管徑鋼管側面切開，從小管內徑向設置千斤頂將小管直徑擴大到正常管直徑，然后加鋼板焊接。施工步驟如圖4所示。

圖4　管棚施工步驟示意圖

（3）在先導管與后續(xù)就位鋼管之間設置頂進設備，為確保管棚開挖面前方土體穩(wěn)定，阻止地下水的滲入，在掌子面前方采用超前注漿止水，如圖5所示。

圖5　工作面超前注漿加固止水示意圖

1.2.2地下水的防治處理

NTR工法的特點是施工期間不必采用人工降水。因為NTR工法在施工各個階段均采用了止水措施：豎井施工期間的降水采用止水帷幕；打設管棚期間在管棚掌子面前方超前注漿止水，并在各個鋼管之間外側注漿止水，如圖6所示。管棚之間注漿止水是為方便結構施工前各個管棚連接期間過渡，一旦各個管棚采用防水鋼板連接后，整個鋼板即形成一個封閉的防水空間，澆筑結構及內部土方開挖均可在無水條件下實施。NTR工法的永久結構防水是外鋼板全包防水加混凝土結構自防水的防水體系。

圖6　鋼管外側注漿止水示意圖

1.2.3二次襯砌的澆筑

國內淺埋暗挖工程均在超前支護下方設置初期支護，在初期支護內開挖土體并澆筑二次襯砌。NTR工法是直接在管棚內綁扎鋼筋并澆筑混凝土。各個鋼管聯(lián)通并綁扎鋼筋后，在每根鋼管內分別埋設混凝土澆筑管、空氣排出管、補償注漿管；混凝土由下而上澆筑，縱向澆筑長度根據(jù)具體情況確定；澆筑過程中隨澆筑隨拔出混凝土澆筑管［3］。具體如圖7所示。

1.3盾構法

可直接利用大直徑單圓盾構機或連體盾構機（如三圓盾構、四圓盾構）修建地鐵車站，車站斷面可

一次成型；也可采用單圓盾構與其他工法如礦山法、半盾構法等配合修建，即在單圓盾構修建隧道的基礎上擴挖形成地鐵車站。據(jù)調查，國外采用盾構法修建地鐵車站的主要方法有以下幾種。

1.3.1單圓盾構與礦山法結合修建地鐵車站

單圓盾構與礦山法結合修建地鐵車站的結構斷面相對比較靈活，具體根據(jù)客流情況確定。礦山法修建地鐵車站時，會配合使用各類輔助工法，如超前管棚、超前小導管、冰凍法等。

對于客流較大的車站，可利用礦山法修建島式車站中間集散廳。即車站兩旁側隧道采用盾構法施工，與區(qū)間隧道斷面相同，列車停在圓形的“區(qū)間隧道”里；車站集散廳采用礦山法施工，站臺全部置于中央集散廳內，在行車隧道和集散廳之間用連續(xù)開洞的隔墻代替原有的梁柱體系，在墻上對應車廂的部位設屏蔽門。這種方法在前蘇聯(lián)較為常見。圖8為采用此工法施工的圣彼得堡地鐵三拱墻柱式車站標準橫斷面圖。

對于客流較大的車站，也可采用由三個并列的圓形隧道組成三拱塔柱式車站。這種型式的車站在前蘇聯(lián)的地鐵中也較多。圖9為采用該方法施工的基輔地鐵三拱塔柱式車站標準橫斷面圖，兩側的圓形隧道作為行車隧道并在其內設置站臺，中間隧道作為集散廳，用橫向通道將三個隧道連成一個整體。

對于客流量較小的車站，可由橫向通道將兩個并列的圓形隧道連成假島式站臺車站。即在橫向通道處可視為島式站臺車站。每個隧道內都設有一組軌道和一個站臺，乘客從車站兩端或車站中部夾在兩圓形隧道之間的豎井（或自動扶梯隧道）進入車站橫通道，再進入站臺乘車。圖10為采用這種方法修建的倫敦地鐵車站標準橫斷面。

圖7　管棚內混凝土澆筑示意圖

圖8　圣彼得堡地鐵三拱墻柱式車站標準橫斷面圖

圖9　基輔地鐵三拱塔柱式車站標準橫斷面圖

圖10　倫敦地鐵暗挖法車站標準橫斷面圖

上述車站采用的盾構隧道斷面通常與區(qū)間隧道斷面一致，但也可與區(qū)間隧道斷面不一致，如日本成功運用子母式盾構修建了雜司谷地鐵車站和西早稻田地鐵車站，如圖11所示。在雜司谷車站及西早稻田車站范圍內采用了Φ8.17 m的母盾構進行掘進施工，車站掘進完成后，從母盾構中推出Φ6.77 m子盾構繼續(xù)掘進單線區(qū)間隧道。母子式盾構如圖12所示。

圖11　雜司谷/西早稻田地鐵車站橫斷面圖

圖12　母子式盾構機

1.3.2單圓盾構與半盾構結合修建地鐵車站

先用2臺盾構平行開挖兩旁側隧道，然后在1臺半盾構的掩護之下掘進車站中間站廳部分，乘客從車站兩端的斜隧道或豎井進入站臺。圖13為前蘇聯(lián)采用這種方法修建的巴維列茨克地鐵車站標準斷面。

圖13　維列茨克地鐵半盾構法車站標準斷面圖

1.3.3三圓盾構修建地鐵車站

20世紀80年代以后，以日本為代表，為滿足在城市繁華地區(qū)及一些特殊工程的施工需要，大量的新型盾構施工技術應運而生。這些新技術主要反映在施工斷面上從常規(guī)的單圓形向2圓形、3圓形、4圓形、方形、矩形及復合斷面發(fā)展。

日本于1994—1998年第一次成功應用三圓泥水盾構技術修建了東京地鐵7號線白金臺車站，如圖14所示。之后12號線飯?zhí)飿蛘疽膊捎昧巳龍A盾構施工。三圓盾構有中央大直徑圓和兩側小直徑圓、三個等直徑圓兩種形式，如圖15所示。

1.3.4四圓盾構修建地鐵車站

該方法適用于車站寬度受到限制且客流量較小的車站。四圓盾構暗挖法在東京地鐵12號線六本木站有過成功的經(jīng)驗。六本木站站位上方有兩根電

圖15　三圓盾構掘進機的兩種形式

力隧道，受此影響，車站埋深很深，且不能采用大開挖的形式施工。為盡量減小對周邊環(huán)境影響，該站選用四圓泥水盾構方案暗挖車站，詳見圖16。該盾構有兩個主刀盤，兩個輔助刀盤。盾構高7.06 m，寬13.18 m，兩端主刀盤直徑為6 560 mm，上下小刀盤直徑為1 720 mm，如圖17所示。

圖16　六本木車站橫剖面效果圖

圖17　四圓盾構

1.3.5大直徑單圓隧道直接作為車站主體

此法目前僅見于巴塞羅那地鐵車站。該類型車站和區(qū)間隧道一起用Φ12.06 m大直徑盾構施工，車行區(qū)上下雙層設置，在車站范圍隧道內設置側式站臺，乘客從隧道旁的豎井進車站，上下運輸利用垂直電梯，如圖18所示［4］。

圖18　巴塞羅那地鐵車站橫剖面圖

2　各種暗挖工法的綜合比較

通過分析上述三種暗挖工法的特點，從工程地質的適應性、車站斷面尺寸、地面沉降影響、工程造價、主要優(yōu)缺點等方面對三種暗挖工法進行了比較，如表1所示。

3　選擇暗挖法需考慮的因素

地鐵車站暗挖工法的選擇，必須綜合考慮車站所處工程地質條件、施工現(xiàn)有設備、車站自身特點及車站周邊環(huán)境等情況。

（1）工程地質條件。工程地質條件對于車站暗挖工法的選擇至關重要。根據(jù)多年的地鐵施工經(jīng)驗，對于含水量較高的軟弱土層，選擇淺埋暗挖法需慎重；對于相對較好的土層，淺埋暗挖法因斷面尺寸選擇靈活、工程造價低等特點有獨特的優(yōu)勢；盾構法對地層的適應性較強，但若配合其他工法，則必須考慮其他暗挖工法的地層適應性。

表1　三種暗挖工法的綜合比較

（2）施工現(xiàn)有設備。車站暗挖工法的選擇也應考慮現(xiàn)有設備情況，特別是選用盾構法施工，若購買新設備將帶來巨大的前期投入，后期也應有相應的工程跟上，否則將帶來巨大的資源浪費和長期的維護費用；若利用既有盾構設備，則應考慮設備尺寸能否滿足車站使用功能需求。

（3）車站自身特點及功能需求。車站自身的客流情況對暗挖工法的選擇有所影響，對于客流量較大的車站，應考慮設置乘客集散廳，因此對車站的站臺寬度及車站的斷面尺寸要求較高，這種情況下要評估利用既有盾構設備能否適應車站功能需要。車站的埋置深度也對車站暗挖工法的選擇有所影響，車站的埋置深度越深，施工對地表的影響越小，暗挖工法選擇所受的限制也越小。

（4）車站周邊環(huán)境。車站周邊環(huán)境情況如車站上方有無大的管線、車站周邊有無重要建筑物需要保護、車站距周邊建（構）筑物的距離遠近等決定了車站暗挖工法的選擇。對于相同的土層，盾構法施工對地面的影響較小，地層損失率較低，對周邊環(huán)境影響小。4結 語

隨著軌道交通建設的不斷發(fā)展和人們環(huán)保意識的不斷增強，會有越來越多的車站不適宜采用明挖法施工，如開挖深度較深的車站、車站上方有重要管線或建筑物需搬遷但費用很高的車站、上方道路交通不允許中斷的車站、地處環(huán)保要求較高的繁華市區(qū)或居民區(qū)的車站等。暗挖法因具有不影響城市交通、管線搬遷和建筑拆遷量小、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，將具有良好的應用前景，但具體選擇哪一種暗挖工法，應根據(jù)工程所處的地質條件、既有設備情況、車站自身特點及周邊環(huán)境等因素來綜合確定。

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Summary of Tunneling Method for Urban Rail Transit Station

Liu Hongbo

In the constructing of subway station，because of the advantages like smaller impact on urban traffic，lighter amount of pipeline removal and building demolition，minimum environment influence，etc.，tunneling method has a good application prospect.In this paper，various buried-tunneling methods adopted in the construction of subwaystations around the world are introduced and comprehensively compared，deliberative factors for adopting the buried-tunneling method are proposed，which put full consideration of engineering geologic conditions，the existing equipment，the surrounding conditions of a station and the neighboring environment.

urban rail transit；underground station；shallow buried tunneling method；new tubular roof method；shield tunneling method

U 231+.4；TU 94+1

10.16037/j.1007-869x.2015.07.023

2013-09-13）