關于矩形頂管法施工地鐵出入口始發、接收方式的研究及案例分析

李俊玲

（廣州金土巖土工程技術有限公司，廣東廣州 510507）

1 引言

近年來，隨著城市建設的加快，繁華城區空間利用日趨緊張，地鐵建設在解決利用城市地下空間、交通擁堵等方面起到了很大作用。目前地鐵通道施工技術主要有：明挖法、淺埋暗挖法、盾構法、頂管法等。淺埋暗挖法、盾構法廣泛應用于長距離地鐵隧道施工，明挖法及頂管法則廣泛應用于地鐵站配建出入口。而在靠近在建或運營中既有地鐵的繁華城區，頂管法在地鐵出入口建設中相對于明挖法在征拆、管線遷改、成本、綠色環保等方面具有明顯優勢[1-4]。

頂管法按形狀主要分為矩形頂管法及圓形頂管法，地鐵出入口主要采用矩形頂管法施工。自20 世紀70 年代，我國第一條采用矩形頂管法施工的地下通道建設完成以來[5]，經過50 余年的發展，技術逐漸進步，形成了多種不同類型矩形頂管法施工技術，在地鐵出入口建設中被廣泛應用。

本文擬通過分析現有矩形頂管法施工地鐵出入口的案例，總結矩形頂管施工地鐵出入口始發、接收方式的主要設計原理，以期為今后類似工程設計、施工提供借鑒。

2 既有研究和案例分析

2.1 案例介紹

（1）杭州市地鐵十六號線中泰站過街通道矩形頂管工程，工程位于位于杭州市余杭區，中泰站地鐵車站主體為地下兩層島式站臺車站，設在天目山西路北側，包含A、B、C、D1、D2 五個外掛出入口，其中C、D1出入口是下穿杭徽高架橋、天目山西路的過街通道，采用矩形頂管法施工，其他出入口采用明挖施工。

本工程C 出入口頂進長度61.6 m，D1 出入口頂進長度62.9 m，矩形頂管通道斷面尺寸為7.0 m×5.0 m，內凈空為6.0 m×4.0 m，采用7.02 m×5.02 m多刀盤組合式土壓平衡頂管機施工。出入口周邊建（構）筑物較少，影響范圍內主要有杭徽高速公路高架橋、C 出入口始發井附近有新達沐浴用具有限公司大樓。

中泰站地鐵車站主體結構與出入口同時施工，頂管始發井均位于天目山西路南側，接收井位于天目山西路北側靠近車站處預留基坑。頂管接收完成后，施工接收井頂板，封閉接收井基坑，同時鑿除車站預留出入口，完成與在建地鐵的對接（見圖1、圖2）。

圖1 中泰站矩形頂管布置示意圖

圖2 中泰站矩形頂管剖面圖

（2）廣州市軌道交通五號線科韻路站Ⅲ號出入口工程，工程位于黃埔大道中與科韻路交叉口東南角，科韻路站主體結構位于黃埔大道自西向東車道下方，已處于運營階段。新建Ⅲ號出入口自南向北下穿黃埔大道，采用矩形頂管法施工，通道斷面尺寸為6.0 m×4.0 m，內凈空為5.0 m×3.3 m。

因新建Ⅲ號出入口與科韻路站斜交，頂管機接收處為車道下方且靠近地鐵，無法進行接收井施工，故采用棄殼接收方案。頂管機頂進至原地鐵車站圍護結構連續墻位置后停機，然后割除胸板，拆除頂管機刀盤、動力裝置及內部機電設備等，拆解后的構件退運至頂管始發井吊出。頂管段與地鐵主體結構之間三角形區域采用人工暗挖法施工，機殼及人工暗挖段鋼筋混凝土內襯與車站預留口暗梁暗柱順接，最后破除車站預留口混凝土襯墻，形成貫通的地下通道[6-7]（見圖3、圖4）。

圖3 矩形頂管接收端與暗挖段連接處平面布置圖（單位：mm）

圖4 矩形頂管棄殼接收方式示意圖

（3）武漢市軌道交通8 號線二期洪山區政府站Ⅴ號出入口頂管工程，工程位于武漢市洪山區珞獅路與文秀街交叉口西南側，車站主體結構位于珞獅路西側，頂管自東向西下穿珞獅路，全長19.5 m，斷面尺寸為6.9 m×4.9 m，內凈空為6.0 m×4.0 m，采用6.92 m×4.92 m 多刀盤組合式土壓平衡頂管機施工。周邊建（構）筑物較多，始發井緊鄰麗島花園。

頂管始發井與出入口明挖段相接，在車站內預留接收端。由于車站已運營，站內無接收條件，且頂管上方靠近接收端有一條6.0 m×4.0 m 的雨水箱涵，距頂管頂僅0.5 m 左右，因此頂管機掘進至車站預留洞口后，采取棄殼接收方式。頂管機胸板、刀盤、電氣設備等構件均內部拆解從貫通通道內運至始發井，從始發井吊出，殼體留在通道內作為初期支撐，內部施工鋼筋混凝土二次襯砌結構（見圖5、圖6）。

圖5 洪山區政府站平面布置示意圖

圖6 洪山區政府站Ⅴ號出入口頂管工程立面圖

（4）武漢市軌道交通5 號線工程王青公路站Ⅰ號出入口工程，工程位于武漢市洪山區，Ⅰ號出入口全長57 m，通道管節斷面尺寸為6.9 m×4.9 m，凈空尺寸為6.0 m×4.0 m。因Ⅰ號出入口地下過街通道下穿團結大道，中間位置燃氣管線不得遷改，因此設計采用矩形頂管法施工。

本工程始發井位于團結大道北側，通道下穿團結大道與南側王青公路站主體結構相接，接收井設在車站主體內站廳層，站臺層為地鐵軌道鋪設區，因地鐵軌道已鋪設完工，施工時頂管接收井處設計鋼筋混凝土接收平臺進行頂管機接收，為保證接收平臺的承載力滿足頂管機出洞所需承載力，下設鋼結構滿堂支架，頂管接收完成后施工接收端頂板結構，完成車站主體結構封頂（見圖7、圖8）。

圖7 王青公路站矩形頂管平面布置示意圖

圖8 王青公路站Ⅰ號出入口矩形頂管施工立面圖

（5）徐州市軌道交通1 號線彭城廣場站工程，工程位于徐州市云龍區淮海東路。Ⅰ、Ⅱ號出入口設在淮海東路南側，連接中央百大和悠沃時尚街。通道采用頂管法施工，全長33.6 m，斷面尺寸為6.9 m×4.9 m，內凈空為6.0 m×4.0 m，采用6.92 m×4.92 m 多刀盤組合式土壓平衡頂管機。

頂管通道自南向北下穿淮海東路，周邊建筑物較多，始發井緊鄰徐州百貨大樓和悠沃時尚街。接收端由于地理條件限制、征地困難，因而該工程無接收井。頂管機頂進到地鐵車站主體接收位置后棄殼，同時Ⅰ、Ⅱ號出入口采用疊線施工，Ⅱ號出入口通道位于Ⅰ號通道正上方，Ⅰ號通道施工完成后施工Ⅱ號出入口通道，因此始發井處Ⅱ號出入口施工需設置始發平臺。

始發平臺設計使用鋼結構平臺，施工完成后拆除臨時鋼平臺，施工鋼筋混凝土永久中板結構，始發井內出入口分別與東西兩側明挖出入口結構連接（見圖9、圖10）。

圖9 彭城廣場站矩形頂管平面示意圖

圖10 彭城廣場站Ⅰ、Ⅱ號出入口矩形頂管立面圖

2.2 案例分析

綜合以上案例分析，可以發現目前地鐵出入口施工方式主要分為一般始發接收方式、棄殼接收、設計采用接收平臺、設計采用始發平臺四種，具體如下：

（1）中泰站C、D1 出入口采用一般始發接收方式，一般始發接收方式是在需要下穿施工的地段兩側，設置始發井、接收井，這是目前主要使用的頂管施工方法。

這種設計主要為道路兩側占地面積相對寬裕，地鐵正處在建設中或地鐵出口外掛，一般接收井為地鐵外掛出口部分，始發井設在地鐵站對面，外接明挖出入口，管線在頂管施工時不影響的情況下可不進行遷改。

（2）棄殼接收是矩形頂管施工中只設置始發井、不設置接收井，矩形頂管機掘進到接收端時直接在通道內棄殼拆解，拆除的胸板、刀盤等構件通過已完成通道運至始發井并吊出的一種施工方式。棄置的殼體作為人行通道的初期支撐。

這種方式多用于在建或運營地鐵出入口、地鐵站內及周邊影響范圍無法進行基坑開挖、出入口通道與地鐵出口斜交、頂管機出洞困難的情況，因此通道施工時,頂管機在地鐵站外墻處進行棄殼接收。在地鐵車站內預留出入口處設圍擋[8]，從通道內鑿除并清理圍護結構完成頂進通道與地鐵站對接，頂管始發井外接明挖結構，作為地鐵人行通道出口。這樣施工時既不影響地鐵運營，也不影響站內行人、地鐵通行，占地面積相對小。

廣州市軌道交通五號線科韻路站Ⅲ號出入口工程及武漢市軌道交通8 號線二期洪山區政府站Ⅴ號出入口人行通道均采用頂管棄殼接收方式。

（3）矩形頂管法施工設接收平臺，由于頂管施工中接收井設在地鐵站內，同時與接收平臺有一定高程差，因此需要設計施工一個平臺作為頂管機的接收平臺。接收平臺根據地鐵運營情況及施工需要，設計采用鋼筋混凝土平臺或鋼結構平臺。武漢軌道交通5 號線工程王青公路站Ⅰ號出入口施工采用鋼筋混凝土接收平臺。

頂管施工設接收平臺主要應用在在建地鐵出入口施工中。地鐵站施工時，人行通道出入口接收端設在地鐵站內，接收端底層、二層分別為地鐵運營站臺層、站廳層，人行通道出入口設在站廳層，因此地鐵結構地面與接收平臺存在高程差，需在站廳層與站臺層中間設中板結構作為頂管機接收平臺，中板結構可以采用鋼結構平臺或混凝土結構平臺，設計承載力需滿足施工要求。

（4）矩形頂管法施工設始發平臺，是頂管施工中有始發井，但基坑地坪與通道設計標高存在一定高程差，設計采用鋼筋混凝土平臺或鋼結構平臺作為始發平臺。徐州市軌道交通1 號線彭城廣場站Ⅱ號出入口施工采用鋼結構始發平臺。

頂管施工設始發平臺主要應用在始發井與人行通道有高程差的情況，主要有以下幾種情況：一是地鐵站為線路中轉站，站廳層有多層，均需設置人行通道出入口，因用地等限制采用疊線施工的；二是始發井底層作為已施工完成使用的區域，為不影響使用，施工臨時結構作為始發平臺進行施工；三是由于用地或周邊環境限制，始發井設計在車站內站廳層。

3 始發、接收方案的選擇

根據以上施工案例分析可知，影響地鐵出入口矩形頂管始發、接收方案選擇的主要因素為：施工場地情況、管線情況、地鐵運營或建設情況、始發井或接收井底與通道底面高程差，因此矩形頂管法施工地鐵出入口始發、接收設計方案的確定主要根據三個方面進行考慮：

（1）在滿足地鐵出入口設置需要的同時考慮降低工程造價，減少征地拆遷、降低管線遷改工程量、減少施工占地是降低工程造價的有效方式之一。棄殼接收不施工接收井，接收端不需進行管線遷改、征地拆遷、交通導改等；設置接收平臺可充分利用站內空間及站內結構設施，減少結構二次施工；以上方式均可在不影響地鐵運營的情況下完成施工。

（2）考慮現場工況及既有條件對始發、接收方式的影響。地鐵運營或在建情況，周邊環境及管線等情況是地鐵出入口人行通道選擇頂管法始發接收方式關鍵因素之一。在設計出入口時考慮盡量不影響既有地鐵運營、站內及道路人員車輛通行、出入口周邊既有建（構）筑物結構安全，及地下管線能否遷改或者在通道影響范圍內是否采取保護措施，周邊場地范圍內是否可以滿足始發井、接收井施工臨時用地要求，以及利用車站主體結構時通道高程與結構底板高度等因素。

（3）施工因素對始發、接收方式的影響。始發、接收方式要考慮施工風險、施工經驗等方面的因素。棄殼接收在通道內頂管機棄殼施工、棄殼處二次襯砌、與地鐵主體結構連接施工等工序對作業水平要求較高；始發平臺、接收平臺等操作過程中需滿足頂管機及配套設備施工運行過程中全部承載力要求，施工風險相對較高；以上均是對施工作業人員的施工經驗、對施工風險的把控及現場管理水平的考驗。

因此，綜合以上三點，矩形頂管施工地鐵出入口始發、接收方式的確定的原則如下：

（1）通常情況下，宜選用一般始發接收方式設計、施工，這種施工技術較為成熟，施工風險相對較低。

（2）地鐵運營中、占地較為狹小、周邊建（構）筑物較多且接收端上方管線較多或不進行遷改的，宜選用棄殼接收。

（3）在地鐵建設過程中周邊占地面積更小或成本預算較低、管線遷改困難的情況下，考慮站內接收或疊線施工，始發井或接收井地面與通道底存在高程差，宜設置始發平臺或接收平臺，建議優先選用設置接收平臺。

（4）四種施工方式可單獨使用，也可結合使用。

4 結語

本文通過介紹國內目前矩形頂管法施工地鐵出入口的始發接收方式及其應用案例，分析了矩形頂管不同始發接收方式的設計、施工特點。根據不同案例及特點，總結了矩形頂管工法不同始發接收方式的設計、施工影響因素及原則，該原則可作為相關技術人員設計、施工矩形頂管地鐵出入口時的參考，同時可擴展到地下快速路、地下商場的出入口聯通、地下過街通道等不同地下工程設計、應用領域[9]。