廣州地鐵5號線文沖站局部明挖改暗挖方案設(shè)計(jì)

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.中國華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司，610031，成都∥第一作者，高級工程師）

1 工程概況

廣州地鐵文沖站為5號線首期工程的終點(diǎn)站，位于石化路上，呈東西走向，為明挖二層島式站臺車站（標(biāo)準(zhǔn)段）；車站對應(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)，以下簡稱“6號房”）。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號房戶主所要的拆遷補(bǔ)償費(fèi)過高，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)無法就補(bǔ)償情況達(dá)成一致，成為聞名全國的地鐵建設(shè)“釘子戶”（詳見搜狐網(wǎng)http：／／news.sohu.com／20071128／n253592755.shtml，“廣州修地鐵避讓釘子戶，5號線工期嚴(yán)重滯后”），嚴(yán)重影響本站乃至5號線的開通。為確保廣州地鐵5號線順利通車，采取將本段明挖施工改為暗挖施工，車站從房子底下通過的方案。本文將針對這一工程的特點(diǎn)，對變更設(shè)計(jì)方案中涉及的一系列技術(shù)問題進(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)過各方面多次開會協(xié)調(diào)、討論、論證，最終認(rèn)為拆遷方案無法實(shí)施，無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；同時為加快施工進(jìn)度，本樓房兩側(cè)已圍成兩個分離的基坑，圍護(hù)樁（鉆孔樁）已施工完成并準(zhǔn)備基坑開挖，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)站臺層連接，站廳層分開為東、西兩站廳后，對公共區(qū)與設(shè)備區(qū)建筑布置進(jìn)行合理調(diào)整問題；

（2）將東、西兩站廳層進(jìn)行有效連接及連接管廊設(shè)置問題；

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

3 設(shè)計(jì)方案和對策

3.1 建筑設(shè)計(jì)調(diào)整方案

受6號房“釘子戶”的影響，里程 YDK31＋743.098～YDK31＋772.098段隧道需避開該房子，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該房子產(chǎn)生的影響，對本站建筑設(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)分成兩個空間，公共區(qū)位于6號房西側(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，與二號排風(fēng)道、二號進(jìn)風(fēng)道進(jìn)行合建（見圖2）。

（2）由于本段隧道地下一層公共區(qū)與設(shè)備區(qū)分開，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對該房子的影響，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（見圖4）。由于站廳層里程YDK31＋ YDK31＋739.098處絕對標(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，同時原東端的自動售貨機(jī)、查詢機(jī)取消（見圖2）。

（4）為保證6號房不拆遷的同時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，右線下穿6號房（見圖4），本段范圍內(nèi)的站臺層設(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〉，局部穿過斷層破碎帶（見圖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。暗挖隧道為兩個單線暗挖隧道（單洞隧道開挖跨度9.55m，高度9.94m，，隧道凈距為0.683m，見圖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)較大沉降時進(jìn)行跟蹤注漿。經(jīng)過破碎帶時，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 站臺層暗挖隧道施工步驟圖

（1）開挖東端明挖基坑，開挖順序?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），同時為減少進(jìn)洞開挖時，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)對開挖面①、②、Ⅲ、Ⅳ部的掌子面處圍護(hù)樁的監(jiān)測，必要時加砂袋反壓。

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

（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會產(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挖或機(jī)械開挖，尤其是先期施工隧道，以保證先期施工隧道的安全；開挖順序?qū)r體的穩(wěn)定會產(chǎn)生較大的影響，隧道斷面分部開挖中，縮短后期開挖巖柱側(cè)巖柱體的暴露時間，開挖時，一次循環(huán)掘進(jìn)長度應(yīng)控制在0.5～1.0m內(nèi)。

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

（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)一定長度后對初支拱背后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超過5m，并在靠巖柱側(cè)的邊墻初期支護(hù)施工時預(yù)埋φ42鋼花管作注漿管，當(dāng)初期支護(hù)封閉成環(huán)一定長度后對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)，二襯盡可能緊跟開挖施工。

3.2.5 房屋保護(hù)方案

本段隧道下穿文沖村6號房，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)因開挖引起的地面沉降，保證房屋安全（見圖4）。

圖4 站臺暗挖隧道與明挖管廊、地面房屋關(guān)系剖面圖

（2）隧道開挖及時支護(hù)及時封閉，盡量減少開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（見圖4）。

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

3.2.6 明挖管廊與站臺層暗挖隧道的干撓及解決方案

明挖管廊位于站臺層暗挖隧道的正上方，與其最小凈距只有0.3m（見圖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)、分段開挖，不能一次性將管廊基坑全部挖開，及時加設(shè)支撐，并適當(dāng)加預(yù)加力，開挖到底后，及時施作底板封底。明挖管廊施工時應(yīng)盡可能保證大管棚完好，不破壞原有大管棚，以減少卸載帶來的對隧道的不利影響。

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_層暗挖隧道、地層及其上方房屋施工過程中的應(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)測情況

本段暗挖隧道自從2008年1月份開始施工，至2008年6月份已挖通，施工情況良好。開挖時采用機(jī)械（炮機(jī)）開挖，并及時支護(hù)封閉成環(huán)，施工監(jiān)測地面最大沉降小于10mm，對地面房屋影響很小，未出現(xiàn)房屋開裂、形變的情況，沒有影響5號線的開通及運(yùn)營；業(yè)主比較滿意，沒有出現(xiàn)不良的社會影響。

6 結(jié)語

隨著社會法制建設(shè)的不斷健全以及人們法律意識的不斷提高，房屋拆遷問題越來越突出，由于拆遷問題影響地鐵的開通及運(yùn)營的情況時有發(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題，在國內(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.