重慶地鐵暗挖車站盾構過站方式研究及實踐

楊志豪，丁鵬飛，*，鄒光炯

(1. 上海市隧道工程軌道交通設計研究院，上海 200235；2. 重慶市軌道交通設計研究院有限責任公司，重慶 401122)

0 引言

為了提高區間隧道施工的效率和機械化程度，通過前期論證，重慶軌道交通環線工程首次在重慶地區大規模地采用盾構工法施工區間隧道[1-2]。軌道交通環線工程中，在暗挖車站較多且車站端頭無法設置盾構工作井的情況下，盾構安全、快速、便捷地通過暗挖車站顯得尤為重要，有助于提高區間隧道的施工效率，減少盾構轉場的費用和時間。

文獻[3-4]介紹了盾構整體過明挖車站的相關方法與技術、經濟性、適應性分析，暗挖車站空間狹小，盾構過站的重難點與明挖車站有較大的區別；文獻[5-6]介紹了盾構在空推過預留礦山法暗挖隧道與通過分離島暗挖車站(隧道斷面內凈空尺寸高8 843 mm、寬7 750 mm)的案例，隧道斷面較小，且均為已完成暗挖隧道結構后再進行盾構步進，與盾構通過同步建設的暗挖大斷面車站有較大的差異；文獻[7-9]介紹了敞開式TBM過站的相關案例，因敞開式TBM采用撐靴提供反力，噴錨支護，不拼裝管片，機器開挖掘進的功效更高，掘進機工作狀態與復合式盾構有較大的差異，進而造成盾構工法與礦山法暗挖車站的匹配等重、難點有較大的區別，工程建設過程中需要關注的重點各不相同。

本文以軌道交通環線工程為依托，進一步深入探討復合式盾構過站方式，按照盾構過站時車站的施工時序分為3種過站方式，并對實現盾構靈活過站及同步實施車站二次襯砌澆筑與盾構過站等有助于加快工期的方式進行嘗試，解決暗挖車站與盾構工法相組合在工程實施中的難題。

1 盾構過站的原則及方案研究

1.1 過站原則

復合式盾構過站應遵循“安全、快速、投資少”的原則，綜合考慮暗挖車站及盾構施工進度、工程籌劃，減少盾構過站對車站工期的影響。施工過程中，應跟蹤現場施工進展，根據實際工程進展情況進行必要的調整，最終獲得整體工程進度的最優化。

1.2 暗挖車站的施工工序簡介

重慶地區軌道交通礦山法暗挖車站，根據建筑的使用及行車限界的要求，標準12 m島式暗挖車站結構內凈空尺寸為21.0 m×18.490 m(跨度×高度)。考慮到重慶地區基巖埋深小、巖石整體性較好的地質條件，依據類似工程經驗類比及環線工程實際情況，環線工程暗挖車站主要采用雙側壁導坑法施工，共分9步開挖[10-11]。暗挖車站雙側壁導坑法施工步序如圖1所示。

第1階段： 完成施工通道向車站主體施工轉換后，開挖車站側壁上導坑，并完成相應支護。

第2階段： 開挖側壁中導坑，并完成支護。

第3階段： 開挖側壁下導坑，并完成支護。

第4階段： 開挖車站上臺階核心土，并完成拱圈初期支護封閉。

第5階段： 完成核心土開挖，并完成仰拱二次襯砌的澆筑。

第6階段： 分步澆筑車站主體二次襯砌及內部結構。

圖1 暗挖車站雙側壁導坑法施工步序圖

1.3 盾構過站方式及適用性分析

1.3.1 盾構過站難點

盾構過站方式的選擇應與其過站時暗挖車站所處的工況階段相匹配。經過分析，復合式盾構通過暗挖車站難點如下。

1)礦山法暗挖車站自身工程體量大，施工難度大、風險高、受力體系轉換多、步序復雜，暗挖車站主體工程的工期通常是控制性節點工期。

2)復合盾構在暗挖車站接收后通過車站洞身，開始掘進下一段區間隧道，已完成的隧道及車站洞身需作為盾構出碴、管片運輸、電力、通風、供水的通道且不能中斷，直到盾構掘進完成全部區間隧道。

1.3.2 盾構過站適用性分析

根據盾構通過時暗挖車站所處的不同施工階段，過站方法如下。

1)盾構掘進過站(先隧后站)。盾構到達車站范圍時，車站主體結構尚未施工，盾構可選擇正常掘進并拼裝管片通過車站，后期暗挖車站施作時再破除管片。盾構掘進過站示意如圖2所示。

2)盾構初期支護步進過站。盾構到達車站范圍時，車站尚處于導坑開挖階段(即上述暗挖車站施工步序第3階段)，盾構空推步進(不拼裝管片)通過已完成的暗挖車站初期支護導洞，待盾構過站完成后，再進行車站的后續階段施工。盾構初期支護步進過站示意如圖3所示。

3)盾構二次襯砌步進過站。盾構到達車站范圍時，車站主體隧道的二次襯砌已經澆筑完成，盾構空推步進通過車站(不拼裝管片)。盾構二次襯砌步進過站示意如圖4所示。

1.3.3 盾構3種過站方式的優缺點

經初步分析，3種過站方式的優缺點如表1所示。

圖2 盾構掘進過站示意圖

圖3 盾構初期支護步進過站示意圖

圖4 盾構二次襯砌步進過站示意圖

2 環線沙坪壩區段盾構過站施工實踐

2.1 工程概況

重慶市軌道交通環線工程是重慶主城區軌道交通線網的重要組成部分，也是線網規劃中“九線一環”的主骨架，全線共設33座車站，其中高架站3座，半地下車站2座，明挖車站11座，礦山法暗挖車站17座，礦山法暗挖車站占比超過50%。

本文以環線工程經主城沙坪壩區的7站7區間為例，結合施工組織籌劃，統籌研究盾構過站方案。本段線路全長約9 925.561 m，均采用地下敷設方式，共設地下站7座(其中明挖車站2座，礦山法暗挖車站5座)，平均站間距為1 411 m。車站情況見表2。

本段區間均為地下線，且位于重慶中心城區，根據前期的專題論證成果，除了停車場接軌區間(鳳天路站—天星橋站區間)采用礦山法施工外，其余6段區間均采用復合式盾構進行施工。

2.2 盾構過站方式籌劃

本段區間以鳳天路站—天星橋站礦山法區間為界分為南、北2段進行盾構施工籌劃。南段為重慶西站(不含)—上橋站—鳳鳴山站—鳳天路站(不含)段；北段為天星橋站(不含)—沙坪壩站—沙正街站—嘉陵江隧道洞口段，均為2站3區間。

2.2.1 重慶西站—鳳天路站區段工程籌劃

南段重慶西站—鳳天路站區段工程籌劃，利用明挖鳳鳴山站作為盾構始發場地，分別向鳳天路站和重慶西站方向掘進，上橋站需采用盾構過站方式。初期工程籌劃的考量點如下。

表1 復合式盾構過站方式優缺點比較表

1)盾構要于暗挖鳳天路站接收并經暗挖風道吊出，需考慮盾構在風道中平移的難度且場地提供較晚。

2)上橋站—鳳鳴山站區間長度為853 m，盾構始發之后，掘進約3個月即可到達上橋站，要通過正在施工暗挖主體的上橋站。

充分考慮上述影響因素后，工程籌劃采用盾構自明挖鳳鳴山站小里程端頭井始發，經上橋站過站后于重慶西站端頭井接收，預判盾構到達上橋站時，車站尚處于暗挖主體隧道開挖階段，按照初期支護步進過站方式預排定(若現場上橋車站工期進展順利，則采用二次襯砌步進過站)；盾構至重慶西站盾構井接收后轉場至鳳鳴山站大里程端頭井二次始發，于鳳天路站接收，并經暗挖風道吊出(見圖5)。本段工程籌劃，盾構共計掘進3 384雙線延米，初期支護步進通過1座暗挖車站約214 m。

表2 沙坪壩區段車站概況一覽表

2.2.2 天星橋站—嘉陵江隧道洞口區段工程籌劃

北段天星橋站—嘉陵江隧道洞口段，盾構自天星橋站大里程端頭井始發，經沙坪壩站、沙正街站過站后于嘉陵江隧道洞口接收(見圖6)。本段工程籌劃難點為盾構要通過正在施工中的暗挖沙坪壩站、沙正街站，2座車站均為暗挖車站，暗挖車站的施工狀態決定了盾構過站方式的選擇。

初步的工程籌劃，沙坪壩站為3線換乘車站，車站斷面大且車站施工通道場地選取困難，初步判斷盾構推進至車站時主體尚未開挖，擬定本站采用盾構掘進過站，待區間隧道貫通后，暗挖車站開挖時破除車站范圍內區間管片。沙正街車站為暗挖配線車站，工程量較大，考慮到車站距離盾構始發端較遠且施工通道場地條件較好，預判盾構到達時，車站主體開挖已完成，故采用盾構初期支護過站的方式。本段工程籌劃，盾構共計掘進3 338雙線延米，通過2座暗挖車站，其中掘進過站1座長約178 m，初期支護步進過站1座長約283 m。

2.3 工程實踐及相應調整

在工程實施過程中，因外部條件的改變，盾構到達暗挖車站主體時，車站主體施工階段與前期設計階段預判有所不同，需對施工籌劃進行調整。

南段重慶西站—鳳天路站區段，工程進度滿足籌劃要求，采用盾構在車站隧道初期支護狀況下步進過站(見圖7)。待上橋站—重慶西站區間貫通后，再進行車站隧道核心巖柱解除及后續車站主體結構施工。工程的風險主要在于中隔巖柱高約20 m[12]，需待區間隧道貫通后方可解除巖柱，施作隧道襯砌結構，該風險工況持續約6個月。

北段天星橋站—嘉陵江隧道洞口段，因為盾構始發場地較晚提供，無法按照計劃始發盾構，而沙坪壩站、沙正街站施工較計劃有所提前。考慮到沙坪壩站主體隧道結構最大開挖跨度為26.1 m，初期支護過站風險不可控。經過多方論證，適當延后盾構始發時間，加速完成沙坪壩站、沙正街站的主體二次襯砌，最終盾構均采用二次襯砌步進過站的方式，通過沙坪壩站和沙正街站；并采用了高凈空模板臺車的方式，預留了盾構通過模板臺車的空間。

圖6 天星橋站—嘉陵江隧道洞口區段盾構施工籌劃圖(單位： m)

(a) 盾構在暗挖車站端頭接收

(b) 盾構臨時軌道過暗挖車站

3 盾構過站方式的優化與重點技術探討

3.1 盾構靈活過站方式的實現

盾構過站方式雖然在工程初步籌劃時會有一個預判方案，但在工程實施中，因諸多邊界條件的變化，預判方案與現場進度會有較大的差異，需預留接口工程滿足3種過站方式，以便根據現場實際進度，合理調整過站方式，實現靈活過站。接口工程不僅要考慮工序轉換的方便，而且應盡量與永久工程相結合，盡量避免廢棄工程量的產生。

3.1.1 盾構與暗挖車站結構關系

環線工程中，復合式盾構刀盤直徑為6 860 mm，根據限界要求，車站結構線路中心線距離車站二次襯砌內表面為2 250 mm，小于1/2的盾構直徑(3 430 mm)。車站初期支護內表面距離線路中心線約3 820 mm，故在不偏移隧道中心線的情況下，盾構外殼距離車站初期支護約380 mm，盾構與隧道二次襯砌結構沖突約860 mm(見圖8)。因此，若暗挖車站二次襯砌完成后，則盾構無法沿線路中心線通過已完成的車站，而盾構掘進過站或初期支護過站時，因二次襯砌尚未施工，故盾構可沿設計線路通過車站隧道。

圖8 盾構與暗挖車站標準斷面結構關系圖(單位: mm)

3.1.2 過站導洞的設置

在采用盾構二次襯砌步進過站方式時，不能簡單地通過加大車站暗挖隧道的跨度來滿足盾構步進過站的尺寸要求，主體隧道的安全性、經濟性均無法得到保證。通過多方案的比選研究，在環線工程中，在暗挖車站端頭增設分離式的過站導洞(見圖9)，在接收(始發)洞中可以實現盾構的接收、平移和步進，以適應暗挖車站主體隧道的尺寸[13]。盾構過站工序平面見圖10。同時，所增設的接收(始發)洞可兼作車站人防段或站端廢水泵房，實現預留工程“零廢棄”的目標。

圖9 過站導洞(后期兼作人防段)

工況1—盾構接近接收洞端頭，做好接收準備； 工況2—盾構進入站端接收洞； 工況3—在接收洞中平移盾構，以便其進入已完成二次襯砌的暗挖車站； 工況4—進入車站斷面后的盾構，繼續調整其位置，通過鋪設好的臨時軌道，通過車站。

3.2 同步實施車站二次襯砌澆筑與盾構過站

暗挖車站二次襯砌的澆筑是一個系統的過程，常規流程是拆除臨時鋼撐—鋪設防水卷材—鋼筋綁扎—混凝土澆筑。由于車站隧道斷面較大，為了提高施工效率，一般需定制鋼筋綁扎臺車和二次襯砌模板臺車[14-15]。在天星橋站—嘉陵江隧道洞口區段實施時，盾構通過的沙正街站正好是車站二次襯砌澆筑的時段，為了不打亂車站二次襯砌施工的節奏，在模板臺車設計加工階段，考慮臺車下預留盾構通過的凈空(見圖11)，采用新型高凈空桁架式模板臺車，做到車站二次襯砌和盾構過站同步進行(見圖12)。

圖11 車站高凈空模板臺車示意圖

圖12 盾構下穿模板臺車現場照片

4 結論與討論

1)重慶市軌道交通環線工程是重慶地區在主城范圍內首次大規模應用復合式盾構工法的項目，通過研究盾構通過暗挖車站的工法，解決了暗挖車站與盾構工法相組合在工程實施中的難題，以期為類似工程提供有益的經驗。

2)盾構通過暗挖車站有掘進過站、初期支護步進過站、二次襯砌步進過站3種方式，通過比選和工程實踐，在整體工期可控的前提下，首推盾構二次襯砌步進過站方法。掘進過站方式因工程廢棄量較大，應盡量避免。

3)在暗挖車站端頭增設接收(始發)導洞、高凈空桁架式模板臺車等新工藝的應用，可增加盾構過站方法的靈活性，提高工程籌劃的精準度。

4)過站工況有較大的不確定性，前期應重點加強對過站方式預留工程的靈活性與永臨結合進行多工況考慮，避免廢棄工程的產生。實施過程中應加強工期跟蹤，對各工序的實施步驟及時了解，可以盡早從總體籌劃角度來決策、優化。

5)初期支護步進過站工法靈活性比較高，但其所帶來的中隔巖柱及過站后對巖柱的破除給車站常規正常施工帶來了干擾，應選用合適的支護參數。

6)不論采取哪種過站方式，盾構過站均會對暗挖車站產生較大的干擾。若結合快慢車組合運營模式下的“越行線”的配線設置模式，研究過站快線與進站慢線施工工法匹配，減少車站、區間施工的相互干擾。