翟磊

摘 要：結合具體工程，分析了基于大直徑盾構隧道擴挖地鐵車站關鍵技術，緩解隧道施工和車站施工相互制約的矛盾，提高地鐵車站施工的便利性。基于大直徑盾構隧道擴挖地鐵車站施工階段，進一步優化快挖方案和管片拆除方法，拆除用于擴大階段的盾構隧道管片，優化盾構隧道中的臨時支撐，有利于控制基于大直徑盾構隧道擴挖地鐵車站施工階段的風險。

關鍵詞：大直徑盾構隧道；擴挖；地鐵車站；關鍵技術

中圖分類號：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）10-0008-03

0 引言

某地鐵工程的穿越土層主要包括粉土和黏土以及含水粉細砂層，線路上方的道路比較狹窄，交通通行比較繁忙，在隧道穿越過程中涉及較多的風險源，暗挖施工的危險性比較大。因此在施工過程中需要利用盾構法，而相應的車站施工中需要利用明挖法，但是一些臺站缺乏明挖施工條件。針對這種工程特性，利用大直徑盾構推進，一次性的形成單洞雙線隧道，以盾構隧道為基礎，施工單位可以利用PBA工法擴挖方法。

1 大直徑盾構隧道施工關鍵技術

1.1 盾構選型和關鍵設備

泥水盾構的施工成本比較高，因此在地鐵工程盾構隧道主要是利用土壓平衡盾構方式。該盾構方式一方面可以增大隧道直徑，另一方面將會成倍地增加盾構機推力和扭矩，需要技術人員針對性選取盾構機大扭矩系數，還需要合理選擇土體改良設備和同步注漿設備[1]。

1.2 小半徑曲線關鍵技術

車站位置很容易產生小半徑曲線，在設計階段需要合理增加管片楔形量，合理減小管片環寬，并且結合實際施工情況增加縱向螺栓數量等。

實施時需要注意以下4點：①注意控制小半徑曲線范圍內線路縱坡，避免急劇調整同一區段設置平縱斷面，降低盾構轉彎的難度。②開展小半徑曲線范圍內的盾構掘進，可能會出現超挖問題，或者產生大范圍的擾動，避免在復合地層設置隧道洞身。如果條件允許，可以在條件較好的地層設置隧道洞身。③開展小半徑急曲線轉彎施工。因為隧道兩側地層損失具有差異性，可以落實精細化注漿管理工作，有利于控制不均勻沉降問題。利用多分區油壓控制系統，使盾構機的靈活性因此增強，避免發生糾偏過急和盾尾損傷等問題，否則將會引發地層損失問題。④在小半徑曲線轉彎施工過程中，需要緊密接觸盾尾后方隧道和圍巖，注意保障曲線外側注漿的飽滿度，加強協調注漿量和漿液初凝時間以及盾構掘進速度。

1.3 盾構刀盤選取原則

大直徑盾構在實際掘進過程中，刀盤振動產生的影響比較大，不利于保障開挖面地層穩定性，因此需要選擇常壓刀盤，保障開挖面地層的穩定性。在復合地層掘進過程中，需要合理選擇工作措施，需要降低刀盤中心區域泥餅發生率，可以合理增大刀盤中心開口率。通過多層布置刀具，使其切削功能進一步提高，增設刀盤中心結泥餅沖刷系統，并創新泥餅破除技術[2]。

1.4 盾構常壓換刀技術

在砂卵石地層條件下掘進大直徑盾構隧道，將會嚴重磨損刀具。這就導致技術人員要定期檢修和更換刀具，加固地層之后也要換刀，從而增加了施工成本，還有較高的風險性，因此需要利用常壓換刀技術。常壓換刀技術指的是利用刀盤幅臂或者中心錐中將刀具封蓋拆除，安裝液壓油缸和套筒，并且利用液壓泵站和電動葫蘆等設備，通過發揮出刀筒的保護作用，可以抽出刀具進行檢查或者更換，有利于保障道具檢修和更換工作的安全性和快速性。

2 大直徑盾構通過車站風道的方式

車站風道通常是在完工之后才會具備盾構穿越條件，而盾構施工速度比較快，且存在更多的制約因素，不利于保障盾構穿越條件。因此，結合工程實際情況，提出以下兩種盾構通過車站風道的方式。

2.1 方案一

先開展盾構穿越的風道結構施工，盾構通過風道之后，再有序開挖風道剩余部位的土方，并且有序澆筑整體結構。在盾構穿越部位風道結構施工過程中可以利用PBA法。在盾構到達之前可以開挖導洞、中洞開挖以及扣拱施工等施工環節。如果需要等待所有風道結構施工完成之后再施工，只能延長盾構達到其他風道的時間，因此延誤整體施工時間。

可以利用如下措施加快施工進度[3]：①在盾構到達之前注漿加固盾構進出風道兩側的土地，使整體土體的自穩能力因此提高。②開展盾構進出洞部位的上部環梁施工，隨后向下開挖滾動，在東西兩側設置格柵噴射混凝土，從而發揮出支護作用，在南北兩側利用洞內鉆孔灌注樁，也可以發揮出支護作用，完成土方開挖工作之后，可以作為風道底板，隨后全面架設鋼管，有利于優化盾構穿過風道的條件。③盾構通過風道之后，可以開挖風道剩余的土方，并且有序澆筑結構。

利用這種方式避免區間隧道施工和車站封道施工的矛盾，無需降低盾構掘進的速度，也不用停機等待，避免車站風道施工影響到盾構掘進施工。將區間隧道作為整體工程施工的主線，有利于順利實現施工目標[4]。

2.2 方案二

盾構通過風道后再開展風道結構施工。在車站風道施工中利用PBA法，在盾構掘進過程中，在設置風道二襯之后再通過盾構，為了順利實現施工任務，可以利用盾構首先穿過車站的風道，隨后再開展風道結構施工，并且在導洞內部采取合適的措施加固梁結構。

3 大盾構隧道作為施工通道的車站擴挖施工方案

某工程涉及1號風道和2號風道，因為2號風道涉及房屋拆遷，無法進行開挖工作，只能開展1號風道擴挖作業，但是無法滿足工期需求。施工單位選擇在盾構管片側壁開洞，因此增加施工通道。在實際施工過程中，在盾構隧道破除管片，并且在橫向暗挖。因此形成橫向通道，再通過橫向通道將洞上側的土體掏出，從而形成擴挖工作面。

在實際施工過程中設置了3個橫通道，并且設置了6個擴挖工作面，因為盾構隧道內徑超過了9 m，施工單位需要利用隧道作為主要的施工通道，用以運輸土方和施工材料以及人員等，利用擴挖方式有利于減少地面占地面積，進一步提高車站施工的便利性。

4 擴挖方案和管片拆除方案優化措施

結合實際施工情況，施工單位需要合理調整擴挖方案和管片拆除方案。施工單位需要合理規劃設計方案，具體工作有以下3方面：①沿著隧道實施縱向分段，將管片兩側的小塊拆除，并且將小導洞局部襯砌鑿除。②合理設計施工車站拱部的二襯結構。③開挖土體到小導洞的底板位置。④將小導洞隔壁支護結構和上部管片結構有序拆除。

設計方案存在以下4個問題：①因為施工作業有限，因此很難綁扎拱部二襯的鋼筋，也不利于設置支立模板和碗扣式支架。②破除管片和側洞初期支護的過程中很容易擾動拱部二襯結構。③破除封頂K型管片兩側的小塊之后，需要承載剩余管片自重力和兩側土壓力，因為隧道支撐體系具有復雜性的特征，不利于順利破除管片。④因為封頂管片兩側管片拆除難度比較大，再加上管片質量影響，如果突然掉落管片，將會引發安全事故。

通過計算分析，可以采取以下兩個措施來優化管道內部支撐和側動初支以及管片拆除方案：①拆除側導洞初期支護結構和上部管片之后，再有序推進二次施工。②將盾構隧道中的第二道支撐和第三道支撐取消之后，可以在B管片的下方移動第一道支撐。

采取優化措施之后需要有序推進以下6個步驟：①完成拱部初期支護之后，需要及時將洞內剩余土體挖除干凈。②將側洞初支格柵有序拆除。③在支撐下側安裝碗扣式支架。④在管片底部設置加工之后的支架，隨后利用工字鋼頂住支架和中墻，利用捯鏈拴牢B型管片上部，并且在側洞初襯的預埋件上固定捯鏈另外一側。⑤將管片上部的螺栓切除，并且利用捯鏈拴牢管片，隨后將管片下部螺栓切除。在支架上放置B型管片，最后拆除B型管片。⑥重復上述步驟將另一側的B型管片拆除。

5 擴挖車站的施工步驟和結構關鍵節點

5.1 車站擴挖施工步驟

在地鐵車站擴挖施工過程中利用PBA法，具體施工步驟如下：①在車站區段經過盾構機，盾構機進入到隧道內部的鋼筋混凝土墊層，并且架設隧道內部臨時鋼支撐，并且開展注漿施工，對于周圍土體結構實施加固。②注漿加固導洞周圍的土體，并且開展導洞初期支護施工。在施工導洞內部落實鉆孔灌注樁和頂縱梁。在施工導洞內部開展初期支護工作，隨后再有序回填混凝土。③對于拱頂地層實施注漿加固，對稱開挖拱頂土體到指定的部位后，開展初期支護工作。④繼續對稱開挖拱部土地，在小導洞的底部初期支護持平之后，將直墻和拱部初支拆除，開展拱部二襯施工。⑤對稱開挖兩側的土地，達到特定標高之后再開展兩側直墻和中板施工。⑥對稱開挖車站兩側的土體，達到特定標高之后，落實施工側墻和底板以及橫通道的墻柱施工，注意預留橫通道寬度。⑦開挖車站橫通道，并且需要做好橫通道的初期支護，將盾構管片拆除之前，開展施工橫通道的二次襯砌工作，通過連接開口環管片，從而形成封閉性的結構受力體系。

5.2 車站橫通道施工步驟

拆除盾構管片過程中將會影響附近的管片，為了避免橫通道施工影響到管片，保障整體施工效率，在車站兩側需要利用不對稱的橫通道施工方式。具體的施工步驟如下：①同時開展施工橫通道1和右側橫通道2施工。②開展橫通道4和右側橫通道2施工。③開展施工橫通道4和右側橫通道2施工。施工流程圖如圖1所示。

5.3 結構關鍵節點

在車站范圍內需要利用通縫拼裝方式，每條縱向節點利用斜直螺栓連接，在管片接頭的中間位置通過螺栓，控制接縫夾角在60°范圍內。保留開口環管片和現澆混凝土的連接節點。拆除盾構管片之后，橫通道的管片即可形成為非穩定結構，而開口環管片和橫通道頂以及底板等共同形成穩定性的結構受力體系。盾構隧道管片主要是利用接頭螺栓連接，從而形成為連續性的結構體系，整體結構剛度相對較小，對比常規的全剛車站結構，二者的力學特性具有較大的差異性。

主體結構節點負責連接柔性盾構管片結構和剛性主體結構，可以將盾構管片和橫通道現澆混凝土連接節點作為車站結構的節點，通過綜合利用數值模擬和足尺試驗等深入分析受力特征和變形特征。

5.4 大直徑盾構隧道管片拼裝質量控制措施

5.4.1 縱向導向式接頭

增大盾構隧道直徑，將會增大管片環寬，增大單塊管片質量，將會顯著增加拼裝難度，可以將導向桿安裝在管片縱縫部位。例如在縱縫接觸面設置半圓槽，通過半圓槽利用接受導向桿劃入管片。

5.4.2 嵌鎖系統的環向接頭

在大直徑盾構隧道中主要是利用常規彎螺栓和定位榫構造，在拼裝過程中定位榫發揮著定位作用，因此提出結合定位榫和常規螺栓，形成新型嵌鎖系統。對比常規螺栓安裝工作，嵌鎖系統的安裝工作更加方便，嵌鎖系統主要包括PVC預埋套管和連接銷釘以及對中聚丙烯襯套等，在拼裝就位管片之前，在套筒中插入連接銷釘。

5.4.3 控制盾構掘進

利用通縫拼裝車站擴挖范圍盾構管片，因為在盾構掘進過程中需要嚴格控制軸線控制精度。因此在盾構掘進過程中，距離車站端頭50 m時，施工單位需要復核盾構軸線和隧道中心線，及時糾偏和調整。在車站段需要合理降低掘進速度，保障盾構機掘進施工的勻速性，避免在盾構掘進過程中發生軌跡偏移問題。還需要提高測量頻次，加強盾構軸線和姿態，嚴格控制調整量，保障整體和施工的精細化。

5.4.4 控制管片拼裝和拆除

施工單位需要確定車站擴挖工序和擴挖臨時支撐位置，在安裝管片的時候需要設置臨時支撐，有效連接擴挖初支。在過站段需要利用通縫拼裝方式，不僅需要分塊布置，還需要保障布置的對稱性，保證在正上方設置封頂塊。在擴挖施工過程中，需要拆除相鄰管片和標準管片等，施工單位只需將連接螺栓拆除，因此減少了切割量。

5.4.5 使用可拆卸式K型管片

拼裝管片后，需要架設兩道橫向內支撐，并且需要保障定位的準確性，有效固定支撐和管片。為了提高擴挖部分主拱二襯澆筑的便利性，可以分塊連接K型管片，為后續拆卸工作提供便利。通過使用可拆卸式K型管片，可以回收利用管片，還可以快速拆除可拆卸式鋼管片。鋼管片不容易被損壞，具有較高的利用率，有利于節省成本。通過快速拆除管片，減少車站結構的不利時間，順利開展二次襯砌澆筑工作。

6 結束語

本文分析了基于大直徑盾構隧道擴挖地鐵車站關鍵技術，可以對于實際施工起到參考作用，緩解隧道施工和車站施工之間的矛盾，進一步提高地鐵車站施工的便利性，并對施工質量控制和注意事項等方面進行論述，切實保障地鐵工程施工質量。

參考文獻

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