地鐵車站盾構(gòu)法與礦山法聯(lián)合施工技術(shù)

靳鵬謙

【摘要】伴隨著科技的進(jìn)步，更多國外地鐵隧道方面先進(jìn)技術(shù)的引入，地鐵隧道及地下工程建設(shè)呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。作為地鐵車站施工過程中的重要技術(shù)方法，盾構(gòu)法與礦山法聯(lián)合施工技術(shù)有著其獨(dú)特的優(yōu)勢。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)該項(xiàng)施工技術(shù)的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進(jìn)一步優(yōu)化地鐵車站施工的整體效果?；诖?，本文主要對(duì)地鐵車站盾構(gòu)法與礦山法聯(lián)合施工技術(shù)進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】地鐵車站；盾構(gòu)法；礦山法；聯(lián)合施工技術(shù)

1、前言

在城市地鐵工程中，施工時(shí)間最長，施工費(fèi)用最大的工程即為地鐵車站工程。特別是城市地鐵區(qū)間隧道引進(jìn)盾構(gòu)法施工后，因盾構(gòu)法施工速度快，區(qū)間隧道施工速度與地鐵車站施工速度快慢不對(duì)稱的矛盾尤為突出。在實(shí)際地鐵車站施工中若能將盾構(gòu)法和其它輔助方法結(jié)合起來，例如盾構(gòu)法與礦山法聯(lián)合施工，能縮短建設(shè)工期，降低造價(jià)，有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

2、地鐵車站盾構(gòu)法與礦山法聯(lián)合施工技術(shù)

2.1工程對(duì)象和施工方案

根據(jù)北京市地鐵建設(shè)的規(guī)劃和安排，聯(lián)合工法擬定的工程對(duì)象為北京市地鐵四號(hào)線或十號(hào)線等地鐵工程。據(jù)北京市地鐵建設(shè)公司介紹，地鐵四號(hào)線全長26.6km，全部為地下線。該線南起馬家堡西路向北經(jīng)西單至新街口，折向西到白石橋后向北至圓明園，然后再向西至頤和園北宮門。因沿途地面建筑物密集，為減少地面建筑物損壞，設(shè)計(jì)上盡可能采用盾構(gòu)法施工。以地鐵五號(hào)線東四車站施工為例，對(duì)盾構(gòu)法和礦山法聯(lián)合施工地鐵車站進(jìn)行說明。

2.2盾構(gòu)法和礦山法聯(lián)合施工方案

根據(jù)單層三跨隧道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，考慮先采用盾構(gòu)法施工兩側(cè)隧道，然后采用礦山法施工中段隧道（即與礦山法施工的側(cè)洞法施工相似）。采用這兩種工法按上述方案聯(lián)合施工，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢：利用兩端明挖車站作為工作豎井，兩側(cè)車站隧道采用盾構(gòu)法施工時(shí)不用降水；中段隧道采用礦山法施工時(shí)，為充分利用土體的作用，采用長臺(tái)階施工，因地下水一般位于軌頂上方3m左右，尚在上臺(tái)階之下，故上臺(tái)階施工時(shí)不用降水；礦山法施工中段隧道時(shí)，由于有兩側(cè)盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)作為支撐，僅采用上下兩個(gè)臺(tái)階即可完成高約10m、寬約12m的大斷面隧道的施工。同時(shí)還可以根據(jù)地下水滲流速度（由于開采或工程建設(shè)的原因，目前北京市城區(qū)地層實(shí)際滲流速度，一般比勘測結(jié)果要小）的大小，僅用明排法或在洞內(nèi)降水就可以完成下臺(tái)階的結(jié)構(gòu)施工，從而大大降低降水量，可顯著減少對(duì)地面的干擾；對(duì)管片進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)后，拆除的管片可重復(fù)使用，幾乎沒有施工廢棄物，不僅降低工程造價(jià)，同時(shí)也大大加速施工速度。

2.3車站盾構(gòu)法施工隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1隧道內(nèi)徑確定

（1）根據(jù)《地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范》，站臺(tái)進(jìn)入地鐵車廂的高度BC一般取5.0m左右可以滿足要求，同時(shí)為盡可能增加隧道凈空而又不增大隧道埋深，對(duì)區(qū)間隧道進(jìn)入車站隧道的兩種位置進(jìn)行綜合比較后，選用區(qū)間隧道與車站隧道在45°位置相切的進(jìn)入方式。

（2）區(qū)間隧道施工用盾構(gòu)機(jī)可從車站盾構(gòu)隧道通過北京市地鐵盾構(gòu)法隧道內(nèi)徑為5.4m，外徑為6.0m，因此盾構(gòu)機(jī)的外徑必須大于6.0m。根據(jù)壁后同步注漿管路設(shè)計(jì)方式不同，盾構(gòu)機(jī)外徑存在一定差異。德國制造的盾構(gòu)機(jī)一般將注漿管路完全布置在盾尾內(nèi)壁，盾構(gòu)機(jī)公稱外徑一般為6.20m，而日本制造的盾構(gòu)機(jī)因注漿管路布置在盾尾外壁，故外徑為6.14m。目前北京市地鐵施工用盾構(gòu)機(jī)既有德國造，也有日本造，因而區(qū)間隧道盾構(gòu)機(jī)的外徑可按6.20m考慮。綜合考慮上述兩個(gè)因素，并通過計(jì)算與比較，確定車站盾構(gòu)法施工隧道的內(nèi)徑7.00m，其中BC的高度為4.95m。

2.3.2管片分塊與隧道結(jié)構(gòu)形式

（1）盾構(gòu)隧道管片理論分塊設(shè)計(jì)以左線車站隧道施工為例，從隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、分塊最大重量以及便于拆除等方面綜合考慮，每環(huán)結(jié)構(gòu)由10塊管片組成。

（2）管片結(jié)構(gòu)形式與拼裝管片結(jié)構(gòu)形式：為使隧道結(jié)構(gòu)受力合理，同時(shí)又便于拼裝和拆除，設(shè)計(jì)每環(huán)采用A型、B型以及C型三種管片，其結(jié)構(gòu)厚度為350mm。

管片拼裝：根據(jù)車站盾構(gòu)隧道工程部分管片需要拆除的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)考慮每環(huán)管片由兩段基本圓弧組成，兩段基本圓弧的結(jié)合部采用直線型。

2.3.3車站中段站臺(tái)隧道（礦山法施工）結(jié)構(gòu)形式

從站臺(tái)層的建筑空間大小與美觀考慮，車站中段站臺(tái)隧道設(shè)計(jì)采用拱柱結(jié)構(gòu)形式。在隧道頂部或底部拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，筆者考慮在拱腳處盡可能不產(chǎn)生過大的水平外推力以及隧道結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算和比較，隧道上下拱均采用半徑為10.00m的圓弧，兩側(cè)中柱采用φ1000鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱，間距為6.0m（盾構(gòu)管片拆除前，在車站盾構(gòu)隧道內(nèi)施工中柱）。

2.4施工順序及施工方法

地下工程施工時(shí)，結(jié)構(gòu)支護(hù)形式、施工順序等都會(huì)對(duì)地下工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和形變特征帶來較大的影響。對(duì)于地鐵車站工程，考慮三種不同的施工順序，并經(jīng)過結(jié)構(gòu)受力與變形計(jì)算，得出A方案施工順序工程結(jié)構(gòu)受力比較合理，結(jié)構(gòu)變形合理，地面下沉量最小。因此兩種施工方法聯(lián)合施工地鐵車站時(shí)采用A方案施工順序。

2.4.1工作豎井施工

豎井采用錨噴法施工，先進(jìn)行一襯結(jié)構(gòu)的施工，并輔助以橫向鋼支撐作為支護(hù)，等到盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工完成之后，采用“正做法”施做二襯結(jié)構(gòu)時(shí)，再逐漸拆掉鋼支撐。在豎井施工前一個(gè)月需提前降水。

2.4.2盾構(gòu)法隧道施工

盾構(gòu)法隧道施工分為很多步驟，有盾構(gòu)機(jī)下井組裝和調(diào)試，左右線隧道負(fù)環(huán)施工和正常掘進(jìn)施工、貫通掘進(jìn)施工及盾構(gòu)機(jī)掉頭施工等等。為了節(jié)省盾構(gòu)機(jī)的設(shè)備攤派費(fèi)用，應(yīng)考慮一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)用于多個(gè)車站的施工。因此，還要考慮盾構(gòu)機(jī)多次解體和轉(zhuǎn)場施工。

2.4.3中段站臺(tái)隧道施工

站臺(tái)隧道采用礦山法來施工，整個(gè)過程相當(dāng)于礦山法中側(cè)洞法施工中的中洞施工。在具體施工中，可以利用已經(jīng)施工完成的盾構(gòu)隧道作為支撐，采取長臺(tái)階法施工。上臺(tái)階只需要施工頂拱結(jié)構(gòu)，保持拱腳支撐在盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)外壁上。根據(jù)施工的組織需要盡可能拉長臺(tái)階的長度，考慮到地下水的出現(xiàn)，所以優(yōu)先采用排水方法作為保證隧道干燥施工的附加措施。

2.4.4盾構(gòu)隧道站臺(tái)一側(cè)管片拆除施工

車站中段站臺(tái)隧道施工結(jié)束后，可以進(jìn)行盾構(gòu)隧道站臺(tái)一側(cè)管片的拆除施工。拆除時(shí)，可先從預(yù)先設(shè)置的鋼管片拆起，并逐步擴(kuò)大到整個(gè)隧道。為防止拆除不當(dāng)出現(xiàn)不對(duì)稱荷載、破壞車站整體結(jié)構(gòu)，必須堅(jiān)持左右隧道管片對(duì)稱拆除的原則。

2.4.5車站附屬結(jié)構(gòu)施工

車站附屬結(jié)構(gòu)施工包括站臺(tái)、通風(fēng)道、出入口（可提前施工）以及兩端工作豎井二襯結(jié)構(gòu)與車站附屬物施工。

結(jié)語：

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)地鐵車站盾構(gòu)法與礦山法聯(lián)合施工技術(shù)的研究分析，對(duì)于其良好施工效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的地鐵車站施工實(shí)踐中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)站盾構(gòu)法與礦山法聯(lián)合施工技術(shù)的重視程度，并注重其具體應(yīng)用過程的嚴(yán)謹(jǐn)性。針對(duì)城市里各種復(fù)雜的地層條件和各方面的要求，選用盾構(gòu)法和礦山法結(jié)合施工，可以揚(yáng)長避短，可達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。