刘洪波
【摘 要】城区敏感环境明挖受限条件下采用暗挖技术建造地铁车站的需求越来越大,暗挖法具有良好的应用前景.介绍了上海轨道交通地下车站出入口采用的暗挖工法及工程案例,并对拟尝试应用的地下车站主体结构顶管工法进行了探索研究,其实践可为今后类似工程提供借鉴.
【期刊名称】《上海应用技术学院学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2018(018)002 【总页数】7页(P152-158)
【关键词】轨道交通;地下车站;出入口;主体结构;顶管法;管棚法;冻结法 【作 者】刘洪波
【作者单位】上海申通地铁集团有限公司技术中心 ,上海201103 【正文语种】中 文 【中图分类】U231+.4
近年来，随着国民经济实力的不断增强和城市发展的需要，我国众多城市都在大规模开展城市轨道交通建设。迄今为止，上海已形成15条线路、617 km、366座车站的轨道交通基本网络，网络规模位居世界前列，日平均客流近千万人次。目前，上海地铁正在开展新一轮建设，建设规模达216 km，其中大部分车站设置在中心城区，远期上海还将继续推进“5+2”线网建设，届时市区地下车站数量还将增加。
如若在城市敏感区域采用明挖法修建车站，将给城市交通、管线带来了很大影响，特别是城市主干道[1-3]。在上海目前在建项目中，轨道交通14号线静安寺站就面临了这方面的巨大挑战。14号线静安寺站所跨延安路交通繁忙、管线众多，且车站紧临延安路高架桩基。如采用明挖法施工，需要进行横向和纵向交通和管线的多次翻交，施工筹划复杂，施工工期长，前期费用高，且给居民出行带来诸多不便。此外，随着城市中心区域地下空间的快速开发，轨道交通车站设置的位置越来越受到限制，设置深度也将越来越深，一方面采用明挖法可能会造成大量拆迁，另一方面，车站深度深带来的施工难度和施工风险增大，导致采用明挖法修建地铁车站的建设成本也将激增。因此，针对城区敏感环境明挖受限条件下采用暗挖技术建造地铁车站的需求也越来越大。
经调研，国内外采用暗挖法修建地铁车站的施工方法主要有浅埋暗挖法、管幕法、盾构法、盾构法扩挖技术等[4-6]。在出入口暗挖法施工方面，上海对管棚法、顶管法、冻结法等进行了探索并已有成功实践经验。如采用管棚法修建了8号线鞍山新村站一过街出入口[6]，采用顶管法修建了多个地铁车站的过街通道或出入口，采用冰冻法修建了13号线大渡河站3号出入口[7]；但在暗挖法实施地铁车站主体结构方面，上海尚无建成案例，目前正在探索阶段，拟对14号线静安寺站局部主体结构尝试采用暗挖法施工。
1 上海采用暗挖法实施地铁车站出入口案例
综合考虑上海地铁出入口断面尺寸、工程地质和水文地质条件、结构埋置深度和周边环境等因素的综合影响，目前上海已开通运营的地铁出入口中，已采用管棚法、冻结法、顶管法、拉顶结合法等多种非开挖施工方法修建了多个地铁车站出入口。 1.1 顶管法
1999年，上海地铁2号线陆家嘴站5号出入口人行通道工程，采用矩形顶管法圆满完成了2条 62 m 的矩形通道，此后采用顶管法成功实施地铁出入口工程近20
多项，如表1所示。顶管断面尺寸也从外径 3.8 m×3.8 m逐步增大至 4.2 m×6.9 m。这些断面的顶管还将被应用于正在建设的地铁14、15、18号线的某些车站。近期，为适应车站换乘通道及大断面出入口建设需求，又研制了 9.5 m×4.88 m顶管[8]，如图1所示。目前该顶管断面拟应用于轨道交通14号线静安寺站站厅层连通道和15号线上海南站换乘通道。
2014年，用于市政隧道工程的 10.4 m×7.5 m的超大断面类矩形顶管机研发成功，并成功应用于郑州市中州大道下穿隧道项目工程，该下穿工程全长909 m，其中隧道段长775 m。在不封闭交通，不搬迁地下管线的前提下，完成了全国首次110 m长距离矩形顶管穿越。图2所示为中间两根类矩形隧道为采用新研制的 10.4 m×7.5 m 类矩形顶管施工的两根车行道，两侧的两根矩形隧道为采用 6.9 m×4.2 m 矩形顶管施工的2根非机动车车道。该项目采用的 10.4 m×7.5 m 顶管设备是目前世界上最大断面的矩形顶管机，为今后非开挖法的选择多了一条途径。 表1 矩形顶管的工程应用Tab.1 Engineering application of rectangular pipe jacking顶管尺寸内径:宽×高(m)外径:宽×高(m)工程案例顶进长度
(m)3×33.8×3.85×36×43×34×45.24×3.366.24×4.366×3.36.9×4.28.44×3.789.5×4.882号线陆家嘴站5号出入口4号线塘桥站1、2号出入口6号线儿童医学中心站1号出入口7号线场中路站7号线南陈路站2号出入口8号线芦恒路站9号线七宝站5、6号出入口9号线中春路站1号线南北厅换乘通道6号线浦电路站3号出入口8号线西藏北路2号出入口10号线航中路站1号出入口13号线长清路站3号出入口2号线东延伸金科路站3号出入口10号线伊犁路站3号出入口12号线漕宝路站与1号线换乘通道拟用于14号线静安寺站站厅层连通道拟用于15号线上海南站换乘通道2×62 1 号出入口长29.952号出入口长28.8 40.5 48.8 37.344.4 55、53 42 47.3 42.7 51.5 47.5 32.8 49.1 52.8 55.582 2×108 图1 9.5 m×4.88 m矩形顶管断面图(单位：mm)Fig.1 9.5 m×4.88 m
rectangular pipe jacking section (unit: mm)
图2 10.4 m×7.5 m矩形顶管断面图(单位：mm)Fig.2 10.4 m×7.5 m rectangular pipe jacking section (unit: mm)
图3 施工步序图(单位：mm)Fig.3 Construction steps diagram (unit: mm) 1.2 管棚法
上海市轨道交通8号线鞍山新村站一出入口通道工程，下穿控江路。由于控江路是主要交通干道，人流集中，往来车辆较多，且控江路下管线众多，主要有36孔电信、∅500 mm上水、∅200 mm上水、∅500 mm燃气、∅380 mm雨水、21孔电力6类管线。为减少交通影响和管线搬迁，下穿控江路的通道部分采用了管棚法施工，位于路侧的出入口部分则采用明挖法施工。
暗挖主通道采用直墙拱形断面，全长 20.227 m，平均覆土 2.2 m，正洞开挖尺寸为宽 6.6 m×高 4.665 m，施工步序图如图3所示。施工采用双重管全断面注浆预加固、∅108 mm大管棚超前支护。通道采用复合衬砌，初期支护永久部分C20喷射混凝土350 mm厚，临时部分C20喷射混凝土300 mm厚，设内外双层钢筋网，网格间距150 mm×150 mm，格栅架立间距为500 mm。二衬采用500 mm厚的模筑钢筋混凝土。防水层为400 g/m2的无纺布结合2 mm厚的PVC全包防水。
图5 静安寺站总平面图Fig.5 General layout of Jing’an Temple Station 1.3 冻结法
轨道交通13号线大渡河路站地处金沙江路上，呈东西走向。3号出入口上方为市区主干道金沙江路，车流量较大。出入口长 11.975 m，净宽 5.7 m，净高 2.55 m，为矩形钢筋砼结构。出入口上方管线较多，主要管线有∅300 mm上水管(管底埋深 1.2 m)，∅500 mm煤气管道(管底埋深 1.7 m)，∅800 mm 雨水污水管道(管底埋深 3.6 m)，如图4所示。为避免管线二次改迁及道路翻交，下穿金沙江路
区段出入口通道采用了冻结加固暗挖法施工。结构开挖宽度为 7.5 m，开挖高度为 5.15 m。
图4 暗挖段剖面图(单位：mm)Fig.4 Section of buried-tunneling structure (unit: mm)
2 上海采用暗挖法实施地铁车站主体结构的探索
在暗挖法实施地铁车站主体结构方面，上海正在尝试。轨道交通14号线静安寺站位于华山路与延安中路交叉路口的华山路下方，沿华山路南北向布置，如图5所示。车站为地下三层岛式站台车站，开挖深度约24 m，车站主体结构下穿既有延安路高架桥，车站东侧为静安寺主变电站、静安公园，西侧为会德丰大厦、上海国际贵都大饭店，北端头井位于正在运营2号线地铁隧道南侧，周围环境复杂。 车站站位几乎占据了整条现状华山路，华山路红线宽度42 m，设双向7车道；延安中路宽70 m，设双向14车道，该路口处交通繁忙，车流量巨大，施工期间不具备临时封闭条件，华山路、延安路均需保证通行。同时，作为本区域地面车辆向上接至延安路高架最重要的入口之一，交通疏解设计中华山路左转车道数不得减少。道路下方管线众多，共有各类市政公用管线52路，尤其是包含搬迁难度极大的10组各种孔数的信息光缆、12组高压供电电缆、∅1 000 mm给水干管1根、∅1 200 mm、∅1 000 mm 雨水干管各1根。
若采用明挖方案，为满足交通翻交需求，需分成3个区施工，并进行5次管线搬迁，延安路交通需导改2次，且需减少2根车道，对延安路的交通、管线影响较大，扰民时间长，土建总工期约70个月。如若下穿延安路高架段(约82 m)采用暗挖法施工，其他段明挖施工，可满足工期和施工期间地面交通的疏解要求。因此，对延安路高架段下方车站主体结构暗挖法实施方案进行探索和研究，以最大程度减小交通管线多次翻交带来的社会影响非常必要。
国内外采用暗挖法修建地铁车站的施工方法主要有浅埋暗挖法、管幕法、盾构法、
盾构法扩挖技术等，由于上海有过多例顶管法施工成功经验，且2014年成功采用 10.4 m×7.5 m 超大断面类矩形顶管法，施工了郑州市中州大道下穿隧道项目工程，故把大断面顶管法也作为比选方案。各类工法比较如表2所示。
综合以上工法比较，浅埋暗挖法、管幕法、盾构法扩挖技术对地层要求较高，故考虑软土地层适应能力较强的盾构法和顶管法。盾构法和顶管法都是非常成熟的非开挖施工技术，实际施工根据项目具体情况来选取。
对盾构法、顶管法从结构特点、场地布置、运输要求、设备改制、施工影响5个方面进行了比较，如表3所示。
表2 各类暗挖工法综合比较Tab.2 General comparison of buried-tunneling methods工法浅埋暗挖法管幕法盾构法盾构扩挖技术顶管法适应地质条件土层性质好,围岩自稳能力强地质条件较好,自稳能力强地层适应能力强,适用于软土、坚硬岩石等各种复杂地层 土层性质好,围岩自稳能力强软土地层断面形式断面形式灵活,专业设备需求小断面形式灵活车站断面尺寸受盾构设备限制,不够灵活断面形式较灵活车站断面尺寸受顶管设备限制,不够灵活施工及环境影响施工速度相对较慢,环境影响较大管幕施工速度较慢,精度要求高,沉降控制难施工安全快捷、地面建筑物变形小 施工速度较慢,环境影响较大施工安全快捷、地面建筑物变形较小 表3 盾构法、顶管法综合比较Tab.3 General comparison of shield method and pipe jacking施工方法盾构法顶管法结构特点盾构法管片分块多,接缝多,结构刚度较小,渗漏隐患较多管节分块少,接缝少,结构刚度较大,渗漏隐患较少场地布置盾构法实施长度仅82 m,后配套车架设置在地面,占地需求较大。场地仅需满足管节堆场、大型行车、集土坑、减摩泥浆拌制系统、动力站等布置要求,占地面积较小。 运输要求盾构法管片分块多,单块管片体积小、重量轻,便于运输。顶管法管节单块重量相对较重,体积较大。运输时需与道路交通相关部门协调。设备改制盾构机功能集中,设备配置多,要求高,改造或制造成本相对高。顶管机主体与主顶装置分离,不
需要管节拼装设备等,设备改制或制造费用相对小。施工影响 盾构法采用同步注浆工艺,管片脱出盾尾后直接用浆液充填,地面变形控制能力好。采用厚稠混合泥浆对一定变形区域实施动态补充跟踪注浆,及时补充土体损失,地面变形有效控制在一定范围。
综合上述，盾构法和顶管法均能满足施工需求，但由于本工程掘进通道距离短、施工场地小、相邻通道施工间距小等现状，顶管法相比盾构法有较大的优势。 根据建筑布置，站台层连通道需满足一定的站台宽度及行车要求，采用 9.9 m×8.7 m(宽×高)的类矩形断面，如图6所示；同时为了使车站南北站厅层连通，连通道采用 9.5 m×4.88 m(宽×高)的类矩形断面，如图7所示，均采用顶管法施工[9]。暗挖段结构设计剖面图如图8所示，静安寺站结构设计纵剖面如图9所示。 图6 9.9 m×8.7 m类矩形顶管断面图 (单位：mm)Fig.6 9.9 m×8.7 m pipe jacking section (unit: mm)
图7 9.5 m×4.88 m类矩形顶管断面图(单位：mm)Fig.7 9.5 m×4.88 m pipe jacking section (unit: mm)
图8 静安寺站暗挖段横剖面图(单位：mm)Fig.8 Cross section of buried-tunneling structure of Jing’an Temple Station (unit: mm)
图9 静安寺站纵剖面图Fig.9 Longitudinal profile of Jing’an Temple Station 3 结 语
上海目前正在开展大规模轨道交通建设，未来还将继续推进轨道交通线网加密，很多车站设于城市中心。在城市敏感区域采用明挖法修建地铁车站将给城市交通、管线和居民出行带来很大影响。因此针对城市敏感环境采用暗挖技术施工地铁车站的需求越来越大。上海轨道交通14号线静安寺站为解决延安路交通和管线问题，对车站局部主体结构采用了暗挖顶管法施工，这是上海软土地层采用暗挖法从实施地铁车站出入口扩展到车站主体结构的一次重要尝试，是暗挖法在上海轨道交通地下
车站应用上取得的重要突破，其实践将为今后类似工程提供参考。 参考文献：
[1] 李围, 张梦恒, 任立志, 等. 城市立交下车站工法选择及围护桩施工技术[J].应用技术学报, 2017, 17(4): 333-336.
[2] 张子新, 李佳宇, 周湘, 等. 近距离开挖卸荷条件下运营地铁高架桥墩响应研究[J]. 岩土力学, 2015, 36(12): 3531-3540.
[3] 张中杰, 黄天寅. 近距离下穿轨道交通高架桥的深基坑设计施工技术[J].城市轨道交通研究, 2006, 9(8): 57-60.
[4] 刘洪波. 城市轨道交通地下车站暗挖工法综述[J].城市轨道交通研究, 2015(7): 99-104.
[5] 曹文宏, 申伟强. 软土地层中暗挖轨道交通车站设计方案探讨[J].地下工程与隧道, 2015(1): 1-7.
[6] 上海轨道交通杨浦线鞍山新村站暗挖法设计施工技术专题[R]. 上海市桂林路909号1号楼: 上海申通地铁集团有限公司技术中心, 2004.
[7] 上海轨道交通13号线一期工程大渡河站3号出入口施工组织方案[R]. 上海市桂林路909号1号楼: 上海申通地铁集团有限公司技术中心, 2004.
[8] 9.5 m×4.88 m(外径)矩形顶管法工程技术要求[R]. 上海市桂林路909号1号楼: 上海申通地铁集团有限公司技术中心, 2015, 9.
[9] 上海市轨道交通14号线静安寺站调整初步设计[R]. 上海市桂林路909号1号楼: 上海申通地铁集团有限公司技术中心, 2015.
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容