先隧后站盾構(gòu)技術(shù)在地鐵車站施工的應(yīng)用研究

摘要：常規(guī)地鐵工程按照先站后遂盾構(gòu)法順序施工時，由于施工影響因素復(fù)雜多變，往往會因隧道施工推進速度緩慢而影響整體施工進度。先隧后站施工法具備施工周期短、對施工場地要求等級低、盾構(gòu)機械周轉(zhuǎn)頻率少、經(jīng)濟性好等優(yōu)勢，可實現(xiàn)地鐵施工質(zhì)量和施工效率的綜合提升。對不同類型的先隧后站盾構(gòu)施工法原理展開分析，討論先隧后站盾構(gòu)施工涉及的關(guān)鍵技術(shù)，在此基礎(chǔ)上闡述了先隧后站盾構(gòu)技術(shù)在地鐵車站施工的實際應(yīng)用情況，以期為相關(guān)地鐵站施工效率和質(zhì)量的提升提供幫助。

關(guān)鍵詞：先隧后站；盾構(gòu)施工；地鐵車站；應(yīng)用要點

0" "引言

常規(guī)的地鐵工程采用先站后遂盾構(gòu)法，即先開展地鐵車站主體施工，直至地鐵站施工至盾構(gòu)機械能夠入站、下井、穿行車站時，再實施隧道工程的施工[1]。如此施工的優(yōu)勢，是能夠應(yīng)用地鐵站主框架結(jié)構(gòu)作為盾構(gòu)施工場所，降低了重復(fù)施工作業(yè)，站隧銜接面施工更為簡便，施工成本相對較低。但在不具備盾構(gòu)施工條件等而無法按期施工時，該工法會阻礙地鐵整體施工進程的推進。先隧后站盾構(gòu)工法具備安全可靠、機動快捷、對作業(yè)環(huán)境要求低等優(yōu)勢，在不影響地面交通正常使用的同時，可實現(xiàn)地鐵工程施工質(zhì)量和效率的有效提升，有效縮短了施工工期，并降低了作業(yè)成本。

1" "先隧后站盾構(gòu)工法概述

先隧后站盾構(gòu)工法主要通過應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)先實現(xiàn)隧道貫穿，再完成地鐵站的盾構(gòu)擴建。該技術(shù)具備安全、快速、靈活機動、對作業(yè)環(huán)境要求度低等優(yōu)勢，可以有效縮短工期、降低施工成本，實現(xiàn)地鐵工程施工質(zhì)量和效率的全面提升[2]。

應(yīng)用先隧后站盾構(gòu)工法，實現(xiàn)盾構(gòu)優(yōu)先行進貫穿地鐵站，節(jié)省了因拆遷征地等因素拖延施工進度的時間，解決了盾構(gòu)施工初始、終端場地受限等不利情況，實現(xiàn)了工程施工效率的提升，施工工期可控性更強。

先隧后站盾構(gòu)施工過程可實現(xiàn)不間斷持續(xù)作業(yè)，免除了停機待進入終端場地的施工環(huán)節(jié)，有效節(jié)省了轉(zhuǎn)場和吊裝盾構(gòu)機械的頻次，并有效減少了盾構(gòu)機械的初始頻次和接收頻次，盾構(gòu)實施期間無需等待停機，間接減少了因各類輔助操作造成的施工風(fēng)險。

應(yīng)用先隧后站盾構(gòu)技術(shù)實現(xiàn)隧道的優(yōu)先貫通，降低了后續(xù)盾構(gòu)穿插對地鐵站主體框架建設(shè)的影響，實現(xiàn)隧道區(qū)間的優(yōu)先貫穿的同時，還可有效縮短隧道洞口、聯(lián)系通道、車站主體等部位的建設(shè)周期，為地鐵工程的作業(yè)質(zhì)量提供保證。

2" "常見先隧后站盾構(gòu)技術(shù)施工方法

隨著先隧后站工法的不斷提升和施工經(jīng)驗的積累，其在國內(nèi)應(yīng)用的成功案例也相繼增加但成功案例多為明挖地鐵站，針對暗挖車站的先隧后站技術(shù)的應(yīng)用還相對較少。以下為先隧后站盾構(gòu)技術(shù)的主要施工方法。

2.1" " 托梁施工方法

托梁施工方法主要基于兩條單線區(qū)間盾構(gòu)隧道工況，進行地鐵站的擴挖施工，進而構(gòu)建地鐵站空間[3]。托梁施工法多應(yīng)用于單層的島式車站，尤其在單條盾構(gòu)隧道工程界限難以達到預(yù)期應(yīng)用需求時，采用托梁施工的效果較好。

2.2" " 輔助盾構(gòu)施工法

輔助盾構(gòu)施工法與托梁施工法有很多共同點，同樣多應(yīng)用在單層的島式車站。其可應(yīng)用在兩臺盾構(gòu)機械同時作業(yè)修建的雙條單線隧道區(qū)間施工中。對地鐵站邊緣立柱完成搭建后，利用輔助半盾構(gòu)的方式構(gòu)建地鐵站頂端框架部分，后期完成管片拆裝，并完成后續(xù)土體挖掘，從而形成下部施工結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

2.3" " 管棚施工方法

管棚施工模式主要在兩個盾構(gòu)隧道的上部完成弧狀管棚的處置作業(yè)，在科學(xué)搭設(shè)支護設(shè)施基礎(chǔ)上，實現(xiàn)下方管片拆裝，并完成相應(yīng)施工設(shè)計方案的挖掘作業(yè)。

2.4" " 盾構(gòu)礦山混合施工方法

此類施工方法主要是綜合運用盾構(gòu)施工法與礦山施工法，實現(xiàn)地鐵站的構(gòu)建施工。通過在兩條盾構(gòu)隧道之間實進行特定管片破除，實施挖掘?qū)Ф矗龠M行底板搭建，如此往復(fù)，完成挖掘及頂板搭建，最終完成整個地鐵站的框架構(gòu)建。

2.5" " 盾構(gòu)擴徑施工方法

盾構(gòu)擴徑施工方法主要基于在已建的盾構(gòu)隧道上方區(qū)域。先找到適合擴徑盾構(gòu)機械施工作業(yè)的空間開展工程實施，以此作為擴徑施工的起點，實現(xiàn)后續(xù)的空間擴充，從而形成更大直徑的斷面搭建，以提升地鐵工程施工效率。

2.6" " 改良盾構(gòu)機械施工方法

根據(jù)隧道斷面的實際工況完成盾構(gòu)機械的二次設(shè)計，將切割盤進行改良，形成分離模式或固定模式的連體盾構(gòu)機械，以滿足地鐵工程所需的盾構(gòu)機需求，實現(xiàn)地鐵隧道及車站的工程建設(shè)。

3" "先隧后站盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1" " 圍護樁基支護施工技術(shù)

地鐵站基坑兩側(cè)擴充位置有圍護樁基，圍護樁基承擔(dān)著結(jié)構(gòu)受力支撐的功能，是穩(wěn)定地鐵站基坑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。應(yīng)保證兩側(cè)圍護樁基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，確保圍護樁基支護結(jié)構(gòu)符合工程安全設(shè)計要求，以實現(xiàn)盾構(gòu)施工由初始端頭至圍護樁基順利貫穿[4]。

樁基支護首先應(yīng)完成螺旋鉆機械成孔作業(yè)。鉆孔作業(yè)秉承由快至慢的作業(yè)理念，在鉆孔位置相距盾構(gòu)隧道頂2m距離時，應(yīng)放慢鉆孔速度。每鉆進0.5m后取出鉆頭，核準(zhǔn)鉆孔深度，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后通過起重機吊裝搭設(shè)鋼筋籠，在水下實施混凝土灌注成樁作業(yè)。

作業(yè)過程中應(yīng)嚴(yán)控標(biāo)高、樁位和鉆工進尺等參數(shù)。以每施工單元支護20根樁基為標(biāo)準(zhǔn)，以兩根樁基為單位實施跳挖法作業(yè)，待混凝土實際強度達到標(biāo)準(zhǔn)強度的75%后，實施兩相鄰支護樁基的成孔作業(yè)。鋼筋籠制備時，底部應(yīng)做箍筋加固處理，不進行收口操作。

吊裝鋼筋籠施工過程中，根據(jù)籠底標(biāo)高及隧道頂端標(biāo)高確定安裝點位，將其安裝在隧道頂端標(biāo)高上方0.5m位置。對水下混凝土灌注樁灌注施工時，應(yīng)先從低強度混凝土開始灌注，控制混凝土灌注速度與灌注高度，低于隧道標(biāo)高下相距20cm后降低灌注速度，距離隧道標(biāo)高上相距30cm后改用小料斗灌注高強度混凝土。

3.2" " 盾構(gòu)擴徑挖掘施工技術(shù)

盾構(gòu)擴徑挖掘施工技術(shù)的實現(xiàn)原理，是通過綜合應(yīng)用盾構(gòu)掘進法與礦山法，利用盾構(gòu)機械在地鐵工程區(qū)間隧道實施隧道挖掘施工過站，然后拆裝盾構(gòu)關(guān)管片。在此基礎(chǔ)上，利用礦山法實施地鐵站的擴挖施工[5]。兩類工法相互配合施工，根據(jù)各自優(yōu)勢實現(xiàn)了技術(shù)互補，有效規(guī)避因大斷面盾構(gòu)機獨立應(yīng)用而造成施工空間浪費情況。

先隧后站盾構(gòu)工程中，采用盾構(gòu)擴徑挖掘施工技術(shù)，會對施工方提出更高的技術(shù)要求，尤其體現(xiàn)在隧道、地鐵站盾構(gòu)施工及相應(yīng)軌道等設(shè)施安裝施工方面。施工單位應(yīng)具備較強地鐵工程管理協(xié)調(diào)和技術(shù)應(yīng)用能力，以保證工程實施效率和質(zhì)量要求。

3.3" " 挖掘深基坑施工技術(shù)

先隧后站施工中，針對深基坑的挖掘應(yīng)遵照“中間拉槽、縱深劃段、側(cè)位擴邊、先撐后挖、撐挖結(jié)合、挖噴結(jié)合”的準(zhǔn)則。挖掘按照由地鐵站兩邊向中間劃段、劃層臺階式次序，根據(jù)劃分臺階完成清除挖土和拆裝管片。

縱向施工可分為上下結(jié)構(gòu)兩個部分。上部結(jié)構(gòu)挖掘土方到隧道拱頂上方1.65m位置，同時控制拆裝管片基準(zhǔn)面與上部結(jié)構(gòu)挖掘之間的距離大于30m。下部結(jié)構(gòu)挖掘土方施工，應(yīng)在隧道內(nèi)徑注漿加固、端頭地表深孔注漿實施完畢后進行。

地下連續(xù)墻具備剛性強度大、完整度高、防水性能好的優(yōu)勢，挖掘施工可適當(dāng)延伸深度，以使其承擔(dān)地鐵站外墻和深基坑圍護墻的作用，實現(xiàn)兩類墻體的功能統(tǒng)一，從而有效降低施工量。

該施工工藝設(shè)計和實施難度相對較高，在實際工程中可綜合考慮使用多種支護聯(lián)合使用的模式，以保證工程支護形變在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍。

4" "先隧后站盾構(gòu)技術(shù)在地鐵車站施工的應(yīng)用

4.1" " 先隧后站盾構(gòu)擴挖施工方案

結(jié)合地鐵工程施工實際，制定先隧后站盾構(gòu)擴挖施工方案，將操作初始基準(zhǔn)位置選擇在線路隧道上端位置。拆裝豎井盾構(gòu)管片后實施豎井方向作業(yè)，以實現(xiàn)兩端雙向施工，有效減少施工周期。使用臺階法實施盾構(gòu)挖掘，并借助爆破開挖方式，細(xì)化挖掘臺階的劃分工作。

設(shè)定上端臺階挖設(shè)高度為5～8m，對其實施先行挖掘。中部臺階隨后實施，按兩側(cè)部分施工模式完成，在一側(cè)挖掘5m距離后，再實施另一側(cè)挖掘，同時利用專業(yè)工具完成連接管片拆裝。下端臺階施工作業(yè)直接利用挖掘機實施管片拆裝，實施仰拱巖層的清底爆破，之后進行擴徑盾構(gòu)作業(yè)。

完成盾構(gòu)基地和初始基地的修建作業(yè)，盾構(gòu)掘進，然后進行盾構(gòu)整體組裝。盾構(gòu)掘進擴徑過程中，拆裝部分原有圍巖及襯砌部分。在完成盾構(gòu)作業(yè)后，還需配合使用礦山法完成后續(xù)的擴挖施工，在最大限度保證先隧后站盾構(gòu)擴挖施工安全前提下，有效縮短盾構(gòu)實施工序的閑置時長，保證了施工工序的按期執(zhí)行，并有效降低對地鐵施工周邊環(huán)境的影響，體現(xiàn)出綠色施工理念。隧道挖掘臺階施工如圖1所示。

4.2" " 先隧后站盾構(gòu)擴挖施工輔助措施

4.2.1" "合理調(diào)整盾構(gòu)和管片拼接模式

在先隧后站盾構(gòu)發(fā)擴挖施工過程中，為有效保證地表穩(wěn)定和安全，應(yīng)科學(xué)應(yīng)用土壓平衡技術(shù)。作業(yè)過程中，應(yīng)實時檢測并嚴(yán)格控制盾構(gòu)結(jié)構(gòu)和土渣的清排量，保證掘進隧道的排土量和倉壓在合理范圍內(nèi)，防止先隧后站盾構(gòu)法擴挖施工進程中，外圍底層形成較大幅度松動。

為保證管片拆裝速度，盾構(gòu)擴挖施工進入暗挖隧道站臺時，應(yīng)嚴(yán)格控制中線設(shè)計偏離量。到達終端位置30m后，進行回歸中線作業(yè)，以更高效的實施后續(xù)管片拆裝。通過通縫方式實施管片拼接，并在頂端留有注漿孔，以方便暗挖地鐵站后續(xù)的補漿操作，同時增強先隧后站盾構(gòu)法擴挖施工后的防水效果。

4.2.2" "隧道加固和上方建筑保護施工

針對盾構(gòu)擴挖施工上方存在建筑情況，為防止沉降問題發(fā)生，應(yīng)實施必要的隧道加固和上方建筑保護施工措施。土方挖掘高度達設(shè)計標(biāo)高后裝配鋼支撐結(jié)構(gòu)，然后裝配少于2根的鋼支撐，控制無支撐時間為12h。進行圍檁安裝時，保證回填混凝土密實，待強度達到設(shè)計值80%時勻速加載軸力，根據(jù)設(shè)計要求逐級調(diào)整軸力等級，并及時觀測鋼支撐與圍檁形變狀況，以達到隧道加固和上方建筑保護的效果。

5" "結(jié)語

采取先站后隧施工方式一旦遇到因特殊原因而無法按期施工時，會影響地鐵整體施工的實施進度。先隧后站施工法具備施工周期短、對施工場地要求等級低、盾構(gòu)機械周轉(zhuǎn)頻率少、經(jīng)濟性好等優(yōu)勢，可實現(xiàn)地鐵施工質(zhì)量和施工效率的綜合提升。

本文圍繞“先隧后站”盾構(gòu)施工技術(shù)展開討論，在科學(xué)應(yīng)用盾構(gòu)技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)地鐵車站的盾構(gòu)擴建，充分體現(xiàn)了盾構(gòu)技術(shù)安全可靠、機動快捷、對作業(yè)環(huán)境要求低等優(yōu)勢，在有效降低地面交通正常使用影響前提下，有效提高了地鐵工程施工質(zhì)量和效率，縮短了施工作業(yè)工期，提高了工程經(jīng)濟性。

參考文獻

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