大直徑盾構(gòu)擴(kuò)挖修建地鐵車站的探索

朱久川，王文軍

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院軌建分院，天津 300051）

0 引言

隨著北京城市建設(shè)、地面交通和市政設(shè)施的快速發(fā)展，地鐵的建設(shè)用地愈來愈緊張，周邊環(huán)境也愈來愈復(fù)雜，因此地鐵車站的建設(shè)難度也越來越大，采用通常的工法在建成區(qū)實(shí)施車站的建設(shè)，會(huì)受到周邊建筑、地下管線、地面交通等周邊環(huán)境條件的種種制約。這不僅牽扯到各方面的問題，而且地鐵建設(shè)總體投資中拆遷、管線改移等方面的投資所占的比重大幅增加，甚至在部分地區(qū)會(huì)影響地鐵車站設(shè)置而造成地鐵功能的缺失，因此探索一種較少受周邊環(huán)境條件制約的工法就成為一種迫切的需要。

目前地鐵車站主要采用明（蓋）挖法和暗挖法施工，區(qū)間主要采用盾構(gòu)法和礦山法施工，也有部分區(qū)間采用明挖法施工。通常車站采用明（蓋）法施工，在車站兩端設(shè)置盾構(gòu)端頭井，區(qū)間才有條件采用盾構(gòu)法施工；而暗挖車站目前只做到盾構(gòu)調(diào)頭，還不具備直接在車站端部設(shè)置始發(fā)井和接收井，實(shí)現(xiàn)始發(fā)和接收的功能。若要具備始發(fā)條件，需要在區(qū)間上另設(shè)盾構(gòu)始發(fā)井。要具備接收條件，也需要在車站端部將盾構(gòu)機(jī)平移到風(fēng)井后，再進(jìn)行接收。這些因素大大地制約了區(qū)間采用盾構(gòu)施工的條件。目前，在建成區(qū)建設(shè)地鐵車站受周邊建筑、地下管線、地面交通等周邊環(huán)境條件的制約，明挖施工條件越來越困難，另外車站暗挖施工又制約了區(qū)間的盾構(gòu)施工。

1 大盾構(gòu)擴(kuò)挖車站工法的提出

為了解決上述問題，通過研究提出了區(qū)間盾構(gòu)先推過車站后，在車站范圍采用盾構(gòu)法與暗挖法聯(lián)合修建車站的方法（簡(jiǎn)稱盾構(gòu)擴(kuò)挖車站）。該方法實(shí)現(xiàn)了車站暗挖和區(qū)間盾構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，既解決了困難地段車站的修建問題，也提高了盾構(gòu)在區(qū)間的利用效率，為今后北京地鐵，乃至全國(guó)地鐵的建設(shè)提供一條新工法和思路。該工法與常規(guī)方法相比較具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

（1）施工對(duì)周圍建筑和地面交通影響較小，管線遷改量小。

（2）區(qū)間施工不受車站的影響，車站與區(qū)間施工干擾小。

（3）站位選擇靈活，甚至可以預(yù)留站位。

（4）區(qū)間盾構(gòu)，車站工法選擇靈活，可暗挖，也可蓋挖或明挖。

（5）盾構(gòu)機(jī)利用率高，一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)推過一個(gè)或多個(gè)車站，需要的盾構(gòu)場(chǎng)地少，盾構(gòu)無需轉(zhuǎn)場(chǎng)或二次始發(fā)等。

（6）施工方法單一，如車站采用暗挖擴(kuò)挖，暗挖體量小，且受力轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單，施工風(fēng)險(xiǎn)和難度小。

2 盾構(gòu)擴(kuò)挖型式的比選

結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，分析研究了盾構(gòu)區(qū)間與擴(kuò)挖車站的可能性，主要概括為以下三種形式。

2.1 單圓大型盾構(gòu)擴(kuò)挖車站（見圖1）

2.2 雙圓小型盾構(gòu)擴(kuò)挖車站（見圖2）

圖2 雙圓小型盾構(gòu)擴(kuò)挖車站示意圖（單位：mm）

2.3 雙圓中型盾構(gòu)擴(kuò)挖車站（見圖3）

圖3 雙圓中型盾構(gòu)擴(kuò)挖車站示意圖（單位：mm）

3 大盾構(gòu)擴(kuò)挖方案的優(yōu)勢(shì)

在確定盾構(gòu)擴(kuò)挖的基礎(chǔ)上，其設(shè)計(jì)主要針對(duì)大、中、小型盾構(gòu)擴(kuò)挖實(shí)現(xiàn)車站方案進(jìn)行了比選：方案一：大盾構(gòu)隧道擴(kuò)挖形成側(cè)式車站（盾構(gòu)限界8.8 m）。方案二：中盾構(gòu)隧道擴(kuò)挖形成分離島式車站（盾構(gòu)限界7.6 m）。方案三：小盾構(gòu)隧道擴(kuò)挖形成分離島式車站（盾構(gòu)限界5.2 m）。比選情況見表1、表2所列。

表1 區(qū)間斷面比較一覽表

經(jīng)過比選，單線大盾構(gòu)在工程量、造價(jià)、安全性、實(shí)施難度等方面相對(duì)其它形式具有綜合優(yōu)勢(shì)。該項(xiàng)設(shè)計(jì)采用限界8.8 m，隧道內(nèi)徑9 m的單線盾構(gòu)隧道方案。在單線盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上進(jìn)行車站擴(kuò)挖施工，形成側(cè)式站臺(tái)車站。東四環(huán)北路站具有始發(fā)條件，將臺(tái)路站、萬(wàn)紅西街站定為擴(kuò)挖站。在萬(wàn)紅西街-阜通東大街區(qū)間具備設(shè)置接收井條件，根據(jù)地勘資料，這段范圍的地層條件比較好，適合采用盾構(gòu)施工。因此確定該標(biāo)段作為大盾構(gòu)試驗(yàn)段，全長(zhǎng)約3.6 km，其中11標(biāo)段長(zhǎng)度2.92 km。

表2 常規(guī)思路與盾構(gòu)擴(kuò)挖思路比較表

結(jié)合該標(biāo)段的具體情況，通過與明蓋挖法和暗挖法比較，大盾構(gòu)擴(kuò)挖法具有明顯的優(yōu)勢(shì)：

（1）對(duì)地面周邊環(huán)境影響小，外部協(xié)調(diào)工作量大大減小。

（2）與明蓋挖法相比，將臺(tái)路站、萬(wàn)紅西街站兩座大盾構(gòu)擴(kuò)挖車站可少改移管線36根，約3400 m。節(jié)省管線改移費(fèi)用約8000萬(wàn)元。

（3）與明蓋挖法相比，節(jié)省交通導(dǎo)改費(fèi)用約300萬(wàn)元。

（4）盾構(gòu)機(jī)可連續(xù)施工幾個(gè)區(qū)間和車站，施工可操作性強(qiáng)，避免了常規(guī)暗挖車站需要過站或站內(nèi)調(diào)頭，解決了暗挖車站與盾構(gòu)區(qū)間結(jié)合的難題。簡(jiǎn)化了盾構(gòu)施工流程，方便了施工管理。

（5）東四環(huán)設(shè)置始發(fā)井，在12標(biāo)段區(qū)間設(shè)置接收井，減少了中間站盾構(gòu)始發(fā)、調(diào)頭和轉(zhuǎn)場(chǎng)，有效縮減了區(qū)間施工工期。

通過初步的設(shè)計(jì)研究，大盾構(gòu)擴(kuò)挖車站在管線改移、交通導(dǎo)改、外部協(xié)調(diào)工作量、站位布置、盾構(gòu)施工等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。這種方法適合在城市中心區(qū)修建地鐵，特別是在地鐵沿線建筑密集，交通繁忙，地下管線直徑大、種類多、埋深深等困難環(huán)境下修建地鐵。

4 結(jié)語(yǔ)

在日益發(fā)展和復(fù)雜的城市環(huán)境下，對(duì)大直徑盾構(gòu)擴(kuò)挖地鐵車站方案及工法進(jìn)行了研究和探索。雖然該工法仍有很多具體問題需要繼續(xù)研究解決，但其本身無論是技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)上都是完全可行的，使得地鐵工程建設(shè)者對(duì)解決特殊及困難地段地鐵車站的建設(shè)問題擁有了更多的技術(shù)解決手段。

[1]北京城建設(shè)計(jì)研究總院.北京地鐵十四號(hào)線工程可行性研究報(bào)告[R].2009.

[2]北京城建設(shè)計(jì)研究總院.北京地鐵十四號(hào)線工程方案設(shè)計(jì)文件組成與內(nèi)容[R].2009.

[3]GB50157-2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]北京市地方標(biāo)準(zhǔn)城市軌道交通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）[S].