矿山法扩挖盾构隧道修建地铁车站技术

都市快轨交通・第２４卷第６期２０１１年１２月　＾　｜　㈣　＃　土建技术．．１　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—６０７３．２０１１．０６．０１９　矿山法扩挖盾构隧道　修建地铁车站技术　廖鸿雁　（广州市地下铁道总公司广州５１０３８０）　明挖法扩挖盾构隧道是明挖一盾构法结合的技　术，在广州地铁５号线五羊村站成功采用；矿山法扩挖　盾构隧道是矿山法一盾构法结合的技术，在６号线东　山口站成功采用。真正实施“先隧后站”的案例鲜见，　设计、施工可借鉴的经验不多。笔者以东山口站为例，　对矿山法扩挖盾构隧道修建车站的技术进行介绍。　１修建地铁车站技术　１．１　明挖法　地下车站大多采用明挖法修建。该工法需占用大　由于地铁工程地下车站和区间隧道的结构断面尺　面积的施工场地，常会遇到征地拆迁、交通疏解、管线迁　寸差异较大，往往采用不同的工法实施。地下站多采　用明挖法，当地面施工场地不足时，则采用明挖一矿山　法结合的方式。地下区间一般采用明挖法、矿山法、盾　构法，少数采用顶进法施工。　各城市地铁全线工程筹划，常规为“先站后隧”，即　改、绿化迁移等问题，导致迟迟不能开工，影响全线的通　车运营时间。在城市繁华地区，建筑物、管线密集，交通　繁忙，施工场地严重不足，地面愈发不具备明挖的条件。　１．２矿山法　当地面没条件时，部分地下站采用矿山法修建。　矿山法占用施工场地较少，断面的尺寸、形状灵活，但　由于车站的结构断面大，人工作业量大，施工安全风险　多，劳动作业环境恶劣。矿山法施工步骤多、开挖速度　较慢，工期长。由于城市用地紧张，目前愈来愈多的地　先完成站台隧道结构，提供过站条件，区间盾构通过站　台隧道，重新始发。由于前期存在征地拆迁等问题，部　分车站的施工场地移交滞后，导致个别盾构机到了站　外，车站站台隧道尚未完成，盾构机需在站外停机等　待。后续的地铁轨道、机电系统进场安装，受制于区间　隧道的贯通时间，因此区间隧道的贯通往往是全线工　期的关键节点。　广州地铁在个别车站，尝试了“先隧后站”的工法，　分别采用明挖法扩挖盾构隧道、矿山法扩挖盾构隧道　修建车站，均顺利实施完成。从工程筹划角度，确保了　区间关键节点的贯通，为全线的“隧通”、“轨通”、“电　通”奠定了良好的基础。　收稿日期：２０１１－０５－０９修回日期：２０１１—０５—２６　下站采用明挖一矿山法结合修建。　１．３盾构法　盾构法多用于区间隧道施工，施工速度快。国外已　有用异形大断面盾构直接修筑车站站台结构的尝试。　大断面盾构修建地下车站的局限性是：国内地铁车辆一　般为４～ｌ０节列车编组，单线区间隧道，采用结构外直径　为６～６．７　ｍ，外径约６．２６～７　ｍ的中等直径盾构机。而　地铁车站单线站台隧道，结构外轮廓在９～１０　ｍ以上，　需要特殊定制价值上亿元的大直径或异形大盾构机，　并相应修建较大的盾构始发、到达井。　盾构法的优势在于长距离掘进，机械开挖速度远　ＵＲＢＡＮ　ＲＡＰＩＤ　ＡＩＲＬ　ＴＲＡＮＳＩＴ｜ｌ鲋鏊　作者简介：廖鸿雁，女，建设事业总部副总工，高级工程师，主要从事轨道　交通建设工作，ｌｉａｏｈｏｎｇｙａｎ＠ｇｚｍｔｒ　ｃｏｍ　都市快轨交通・第２４卷第６期２０１１年１２月　远超过其他工法。４～１０节列车编组的地下站，长度一　般在２００～３００　ＩＴＩ，若用大断面盾构仅仅修建站台隧道，　盾构机往往需分体始发，掘进工效低；除去盾构始发及　到达井，车站有效掘进里程约１００～２００　ｍ，掘进距离　短，不经济；若用大断面盾构同时修建车站及区间隧　道，区间隧道的空间浪费严重。　１．４矿山法扩挖盾构隧道工法修建地铁车站　该工法是盾构掘进和矿山法相结合的技术，即采　用区间隧道的盾构机，先行开挖成洞过站，然后拆除盾　构管片、用矿山法扩挖修筑地下车站。　该工法既能充分发挥盾构法、矿山法各自的优势，　又可避免采用大断面盾构机造成的施工机械、地下空　间资源的　良费。　２工程背景　广州地铁６号线采用４节列车编组，成功应用矿　山法扩挖盾构隧道修建东山口站。　东山口站位于城市繁华区（见图１），站厅采用明　挖法；左右线站台隧道及其之间的各类横通道，均采用　矿山法。其中，左线站台隧道长９１．１　ｍ，为马蹄形断　面，宽９．５６８　ｉｎ，高９．７８４　１ＴＩ，原设计采用６个分部的　ＣＲＤ工法，约需９．５个月。　图１　东山口车站总平面　左线站台隧道上方为Ａ６框架结构的省二轻综合　楼，采用摩擦桩基础，桩底为冲洪积土＜４—１＞、残积土　＜５一ｌ＞。左线站台隧道拱顶距地面１８．８～１９．８４５　ｒｌｌ，　距上部Ａ６综合楼桩底净距约７．１～９．５　ＩＴＩ。　东山口站地面场地不足，工程筹划为：东山口站台　隧道完成后，盾构机过站。　因受前期征地及管线迁改工作滞后的影响，东山　ＩＳｌ站左线站台隧道未按计划施工，若采用ＣＲＤ法施　工，则无法及时提供盾构过站条件，左线盾构机将在东　山ＩＳ］站外长期停滞，而按当时的广州亚运开通线网的　策划，该盾构机将赶赴机场线施工。此时适逢全国各　地均处地铁建设高潮，盾构机资源缺乏，该盾构机在东　嗣　ＵＲＢＡＮ　ＲＡＰＩＤ　ＲＡＩＬ　ＴＲＡＮＳＩＴ　山口站外长期停滞，将影响机场线的开通。　为保证机场线的节点工期，并规避盾构机在站外　长期停机的经济损失，东山口站采用矿山法扩挖盾构　隧道修建（见图２～图３）。　＝　、　∥…　＝Ｋ　　＼＼．　．　线　莲线　　Ｉ构　隧　路　道　由　堕　ｒ—－　寞　．Ｊ　心　Ｌ　＝——，　　～＝　右线站台隧道：矿山法开挖　左线站台隧道：矿山　法扩挖盾构隧道　图２矿山法扩挖盾构隧道修建东山１：３站　图３矿山法扩挖盾构隧道施工现场　３水文地质　东山口站地层自上而下主要为：人工填土层＜１＞、　海陆交互相沉积层、冲洪积砂层＜３—２＞、冲积土层　＜４—１＞、河湖相淤泥质土层＜４—２＞、残积土＜５—１＞　＜５—２＞、岩石全风化带＜７＞、岩石强风化带＜８＞、岩　石微风化带＜９＞。岩层主要为泥质粉砂岩，局部存在　砂砾岩（见图４）。　图４左线站台隧道地质纵剖面　左线站台隧道中下部为中、微风化岩，顶部地质北　部为中风化岩层，向南逐渐变差，南部隧顶１．５　ｍ范围　黧　第四系松散岩类孔隙水、基石　阴　４４　。关　区间隧道采用　筹・　２慧８盾　‘　赫　　护地面　超量补浆，　的盾构机直接施工过站　建构筑物的安全。　因此管片背后仅需同步　苎旺承　一　一　。目的　盖　位于拱顶。本次管片错　见　‘　。　缝拼装，封顶块位于隧道顶部　、¨恩　豢篝慧　图５现场管片拼装　盾构隧道贯通后，拆　道等，将车站范围内需拆除管片刚旧　。　交给矿　除平台　袖阈管进一步封闭大管　’假利用车　纵向水平梅花型布设２排。头腿汩　ｕＲ８ＡＮＲ＾ＰＩＤ　ＴＲＡＮ８ｌＴ　Ｉ都市快轨交通－第２４卷第６期２０１１年１２月　图８堆砌管片拆除平台　边扩挖边利用部分渣土回填反压尚未破除的管　片，将管片拆除平台往扩挖方向推进（见图９）。目的　是既确保管片在破除期间的稳定性及施工安全，又可　形成纵向流水作业，避免出渣延误扩挖初支的支护，以　便加快施工进度。　图９管片拆除平台往开挖方向推进　４．５矿山法扩挖站台隧道　在超前大管棚、袖阀管预注浆加固护顶下，采用三　台阶进行扩挖（见图５），根据地质变化，必要时架设临　时仰拱及中立柱。　４．５．１　工序　上台阶扩挖６～９　ｍ—拆除管片连接螺栓、炮机配合挖　掘机松动拆除管片一中台阶扩挖６～９　ｍ一下台阶扩挖。　在扩挖的过程中，及时穿插初支背后注浆：初支封　闭成环前，采取无压力填充注浆；初支成环封闭后，进　行压力填充注浆。　４．５．２扩挖台阶的划分原则　为方便拆除管片，台阶分界尽量设在管片的分块　位置。上台阶初支应快成型，在满足锁脚锚杆、隔栅架　设等操作空间的前提下，尽量减少上台阶的高度，快挖　快支。中台阶需快跟进，上台阶高度小，洞型较扁，不　利于保持长期稳定。拆除中台阶位置管片后，上台阶　右侧拱脚下方围岩削弱较大，为保证上台阶初支的稳　定，避免上台阶拱脚同时悬空，设计方案分左右侧开挖　中台阶，先左侧后右侧。　由于现场地层较好，且每环管片的左右侧基本需　同时对称拆除，实际扩挖时中台阶一次成型。为形成　纵向流水作业，下台阶循环进尺长度应放大。下台阶　警　ＵＲＢＡＮ　ＲＡＰＩＤ　ＲＡＩＬ　ＴＲＡＮＳＩＴ　施工时，需破坏隧道内施工便道，且出渣量大（包括上　台阶、中台阶部分渣土），因此上、中台阶循环进尺几　次，下台阶才循环进尺一次。　４．６拆除回收管片　拆除顺序为由上向下，拆封顶块（Ｋ）一拆邻接块　（Ｂ、Ｃ）一拆标准块（Ａ）。由于拆除的管片无人回收，　本次采用爆破破碎管片。如管片拆除得当，是能够回　收利用的，钢绳与小型炮机或挖掘机配合，管片可整块　拆卸；单块管片最大重约４　ｔ，可从２　竖井吊出。　５实施效果　５．１　隧道及建构筑物变形小　盾构机先行掘进，完成大部分的土方开挖工作，然　后采用矿山法扩挖站台隧道，对围岩的扰动少，有利于　控制地层失水及围岩变形。相比完全采用矿山法开挖　大断面的站台隧道，其拱顶沉降及收敛小，地表、建构　筑物沉降小。　理论计算及监测结果均表明，隧道结构、地表、建　构筑物变形，在盾构机先行掘进阶段较小；变形主要来　自之前的右线站台隧道、横通道的矿山法施工，以及之　后的左线站台隧道的矿山法扩挖阶段。　从车站开工（２００７年５月）至左线站台隧道二衬　完工（２００９年２月），地表最大沉降点ｘＪ］１累计沉降　７７．４１　ｍｍ，其中盾构施工阶段沉降７．９８　ｍｍ，扩挖阶段　沉降１９．３　ｍｍ。左线上方的省二轻Ａ６楼，结构差异沉　降满足规范要求，无损伤，最大沉降点Ｊ１２累计沉降　７７．３　ｍｍ，其中盾构施工阶段沉降小于１０　ｍｍ，扩挖阶　段沉降２１　ｉＴｌｍ。左线站台隧道断面净空收敛累计　１７．０３　ｍｍ，拱顶最大沉降累计２１．３５　ｍｍ。　５．２施工安全性高　由于盾构先行掘进，后矿山法扩挖，人工开挖量大　大减少，掌子面可快速支护封闭成环，施工安全性大大　提高。　５．３工期评价　５．３．１　常规“先站后隧”方案　若东山口站坚持“先站后隧”，左线站台隧道采用　ＣＲＤ法施工，约需９．５个月，提供盾构过站条件。　５．３．２矿山法扩挖盾构隧道方案　左线站台隧道完成拆管片、矿山法扩挖历时８８　天；完成左线站台隧道的二衬历时７４天。　５．３．３评价　区间隧道实际工期比原方案提前约９．５个月完工。