某大型地鐵換乘站深基坑工程施工關(guān)鍵技術(shù)研究

楊松堂，侯新宇

一、工程特點(diǎn)

1.基本概況

某大型地鐵換乘站位于城市鐵路交通樞紐區(qū)域，受地鐵南北向線路走向控制，該站自南向北，以80度角下穿既有鐵路站場，并在北端與遠(yuǎn)期的2條地鐵線在交匯，是大型城市交通樞紐換乘站，為一級地鐵站。

2.結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)使用功能及地面環(huán)境要求，該站主體結(jié)構(gòu)分南區(qū)、北區(qū)和過站區(qū)3部分，總建筑面積約13 000m3。

南區(qū)、北區(qū)為明挖箱型框架結(jié)構(gòu)，地下二層鋼筋砼箱型框架結(jié)構(gòu)，采用15.30m寬島式站臺，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度24.0m，結(jié)構(gòu)高度14.191(南區(qū))～15.49m(北區(qū))，頂板覆土厚度1.2～4.3m。這部分主體結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻和各層樓板與圍護(hù)樁脫離，樁、墻之間設(shè)柔性防水層，形成重合墻結(jié)構(gòu)。它們將分別與火車站房改造及未來京滬高速鐵路站房同步建設(shè)。

過站區(qū)位于既有鐵路站場下，為雙洞單層暗挖隧道，復(fù)合式襯砌，內(nèi)設(shè)4.2m寬側(cè)式站臺，單洞標(biāo)準(zhǔn)斷面為馬蹄形，結(jié)構(gòu)最大寬度11.0m，凈跨9.3m，最大高度9.546m，凈高7.846m，兩洞中心線間距15.46m，隧道埋深6.69～8.06m，隧道之間設(shè)2個橫通道。

該站主體框架、隧道及出入口與通道防水標(biāo)準(zhǔn)為一級，風(fēng)道、風(fēng)井防水標(biāo)準(zhǔn)為二級，結(jié)構(gòu)防水以砼自防水為主，砼抗?jié)B等級不低于0.8MPa，同時(shí)為增強(qiáng)防水效果，明挖框架結(jié)構(gòu)頂板、內(nèi)襯墻設(shè)附加柔性防水層，底板則為自防水，不設(shè)附加防水層；暗挖隧道在初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)1.2mm厚PVC或1.0mm厚EVA防水板作為附加防水層，并在開挖前通過管棚及小導(dǎo)管超前注漿達(dá)到止水目的。

3.工程水文地質(zhì)條件及場地環(huán)境

該站站址位于山前平原與古河道交接地帶，場地南端處于河漫灘之上，中北部位于階地之上，區(qū)內(nèi)覆蓋層自西向東變薄，基巖面在既有鐵路段下隆起，與南、北區(qū)落差較大，場地內(nèi)地層自上而下分布有：人工填土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、殘積混合土、強(qiáng)-微風(fēng)化閃長巖，局部為角礫狀灰?guī)r。南區(qū)基巖頂埋深21.0～27.0m，北區(qū)基巖頂埋深9.0～16.0m，過站區(qū)5.3～10.0m。該站場地震基本烈度為7度，屬基本穩(wěn)定區(qū)，場地土類型屬中軟場地土，場地類別為Ⅱ類。

場區(qū)地下水主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水、巖溶裂隙水，其中孔隙潛水主要賦存于表層填土及上覆土，受地下管道滲漏和大氣降水補(bǔ)給，富水性較差，一般情況下閃長巖中裂隙的透水性和富水性不大，但角礫狀灰?guī)r中含相對較豐富的地下水。根據(jù)勘察成果，場地混合地下水位埋深0.60～3.00m，水位變化受大氣降水滲入影響，年變幅在0.8～1.5m左右，地下水對鋼筋砼無侵蝕性。

該地鐵車站南段上方為既有鐵路站房，鐵路站房東西兩側(cè)分別為郵政樞紐和鐵路分局綜合樓。地鐵車站北段為規(guī)劃的地鐵線及京滬高速鐵路站房。地鐵站中段上方為既有普速鐵路站場，其北側(cè)為規(guī)劃的高速鐵路站場，普速鐵路站場包括1座基本站臺、2座9m寬中間站臺和8股道鐵路線，其中Ⅱ道和Ⅷ道為既有鐵路上下行正線，規(guī)劃中的高速鐵路站場包括8股道及4座12m寬中間站臺。

二、施工條件特點(diǎn)及重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1.工程條件特點(diǎn)

(1)該標(biāo)段位于火車站地區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，鐵路、公路行車密集，客流量大，對施工干擾大。

(2)受周邊地形與環(huán)境限制，車站南、北區(qū)采用明挖順筑法施工，過站區(qū)采用暗挖(CRD)噴錨構(gòu)筑法施工，工法多，工序復(fù)雜。

(3)車站中部(過站區(qū))從既有鐵路站場下穿過，為了確保鐵路正常運(yùn)營，暗挖隧道施工必須在既有鐵路線路加固完成后進(jìn)行，施工中對線路采取安全防護(hù)措施，這是本標(biāo)段工程的顯著特點(diǎn)之一。

(4)施工過程中需對鐵路出站客流、郵政行包車及某路段進(jìn)行臨時(shí)疏導(dǎo)，施工要分期組織，以滿足鐵路運(yùn)營及公路交通的需要，施工組織協(xié)調(diào)復(fù)雜，施工管理難度大。

(5)站區(qū)范圍內(nèi)溝、管、線眾多，特別是南區(qū)及過站區(qū)多而復(fù)雜的溝、管、線尚待查明，施工中溝、管、線的處理及保護(hù)非常關(guān)鍵。

2.工程施工重點(diǎn)

(1)既有鐵路線路加固及安全防護(hù)。本標(biāo)段過站區(qū)隧道從既有鐵路站場下穿過，埋深僅為6.69～8.06m，地質(zhì)條件較差，為確保鐵路運(yùn)營安全，隧道暗挖施工過程中必須對既有鐵路線路進(jìn)行加固，這是本標(biāo)段工程施工的重點(diǎn)。

(2)暗挖隧道施工過程中控制地面下沉并確保左、右線隧道之間巖體穩(wěn)定。過站區(qū)隧道施工中，必須嚴(yán)格控制拱頂及地表下沉，以防止路基坍陷，危及鐵路運(yùn)營安全，同時(shí)因左右線隧道之間巖體薄弱(僅4.4m厚)，開挖過程中容易失穩(wěn)，確保這部分巖體穩(wěn)定也是本標(biāo)段施工重點(diǎn)之一。

(3)過站區(qū)隧道暗挖與既有鐵路線路加固需同步施工，統(tǒng)籌安排，這點(diǎn)非常關(guān)鍵。根據(jù)施工安排，暗挖隧道由北區(qū)向南單頭掘進(jìn)，鐵路線路加固相應(yīng)也由北向南分3次進(jìn)行，線路加固必須與隧道暗挖保持同步，即隧道暗挖到達(dá)相應(yīng)軌道區(qū)域前先將線路加固完成，待隧道二襯達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再拆除加固設(shè)施，這需要對既有線路加固施工與暗挖施工進(jìn)行統(tǒng)籌安排，確保鐵路正常運(yùn)營及施工安全。

(4)南區(qū)、北區(qū)、過站區(qū)施工期間對車流及客流的疏導(dǎo)。南區(qū)施工期間將影響現(xiàn)有公交車輛、鐵路出站客流及行包、郵政車正常通行，北區(qū)明挖施工期間將影響道路原有交通，過站區(qū)既有鐵路線路加固時(shí)，因站臺停放機(jī)具設(shè)備，施工人員的各項(xiàng)施工操作(如挖基、棄土外運(yùn)、上下站臺)對站內(nèi)客流及郵政行包車有一定的影響。因此，根據(jù)周邊環(huán)境及施工條件確定合理的交通疏導(dǎo)方案是南區(qū)、北區(qū)、過站區(qū)明挖施工重點(diǎn)考慮的因素。

(5)結(jié)構(gòu)防水。防水是地下工程永恒的主題，同樣也是本標(biāo)段工程的重點(diǎn)。該地鐵站既有明挖框架結(jié)構(gòu)，又有暗挖隧道，防水施工各有不同，如何做好不同類型的結(jié)構(gòu)防水，是施工的重點(diǎn)之一。

(6)地下管線遷移與保護(hù)。本標(biāo)段站區(qū)范圍地下管線眾多，有通信信號、電力電纜、給排水管、上水管、排水溝等，其中部分管線已查明，但還有部分地下管線改動較大，尚待進(jìn)一步調(diào)查，所有管線都直接影響鐵路運(yùn)營和城市正常生活秩序，故施工中必須對這些管線采取重點(diǎn)保護(hù)措施。

(7)周邊建筑物安全防護(hù)。本標(biāo)段周邊建筑物較為密集，地鐵站主體又從火車站站場下穿過，施工對周邊建筑物及鐵路站場影響較大，因此必須對其采取安全防護(hù)措施，以確保建筑物及鐵路運(yùn)營安全。

(8)施工監(jiān)控量測。本標(biāo)段緊鄰火車站，周邊建筑物及管線較密集，施工中既有明挖，又有暗挖，因此必須做好跟蹤監(jiān)測，及時(shí)進(jìn)行信息反饋，以控制地層變形與下沉，確保施工安全及鐵路站場、周邊建筑物與管線安全。

(9)施工協(xié)調(diào)。本標(biāo)段過站區(qū)穿越京滬鐵路干線，施工安排必須服從行車安全和運(yùn)營的需要，因此與鐵路各部門做好協(xié)調(diào)配合工作，為行車安全和施工順利創(chuàng)造條件是工程的中心工作。

三、施工關(guān)鍵技術(shù)措施

1.確保既有鐵路線路安全運(yùn)營

第一，由副經(jīng)理、調(diào)度、安全員組成協(xié)調(diào)小組，積極與鐵路有關(guān)部門協(xié)商。根據(jù)施工安排，對線路分期加固、限速運(yùn)營，同時(shí)加強(qiáng)對線路維修養(yǎng)護(hù)，確保既有鐵路運(yùn)營安全。

第二，對上下行鐵路正線(Ⅱ、Ⅷ股道)采用D16甲型便梁加固，對鐵路到發(fā)線(Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ股道)采用縱橫梁吊軌加固。

第三，暗挖隧道施工與鐵路線路加固同步進(jìn)行，即先對鐵路線路進(jìn)行限速加固，隧道暗挖至站臺下方時(shí)暫停，待左右線隧道二次襯砌均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再拆除線路加固設(shè)施并繼續(xù)向前進(jìn)行暗挖掘進(jìn)。

第四，加強(qiáng)對地表沉陷的監(jiān)控量測，及時(shí)反饋信息。

2.控制地表下沉及洞間土體穩(wěn)定

為控制地表下沉，過站區(qū)隧道采用CRD法開挖，設(shè)臨時(shí)中隔墻及臨時(shí)仰拱將大斷面隧道劃分為4個小導(dǎo)洞分別掘進(jìn)，同時(shí)，采取超前大管棚(Φ159)、掛網(wǎng)噴砼、砂漿錨桿(或錨管)及格柵鋼架等組成初期支護(hù)體系，待初期支護(hù)封閉成環(huán)后，及時(shí)施作二次襯砌并在初期支護(hù)及二襯背后注漿填充，從而減少地層變形與沉降。為了確保左右線單洞之間土體穩(wěn)定，左右線隧道必須保持一定的安全施工距離，同時(shí)在右線隧道(先行施工)內(nèi)向這部分土體打設(shè)注漿錨管，提前對土體進(jìn)行注漿加固，并在左右洞邊墻之間設(shè)對拉錨桿，以提高隧道及地層穩(wěn)定性。

3.結(jié)構(gòu)防水

結(jié)構(gòu)防水嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，在砼自防水施工、透水管網(wǎng)及防水層的鋪設(shè)與保護(hù)，施工縫與沉降縫的防水處理等工序施作前均編制詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書并對操作人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)與崗前培訓(xùn)。施工中嚴(yán)格執(zhí)行“五檢”制度，每道工序只有在取得專職質(zhì)檢工程師及監(jiān)理工程師認(rèn)可后，方可進(jìn)入下道工序施工，以此確保結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量。

4.疏導(dǎo)施工期間客流與車流

第一，施工中進(jìn)行合理圍擋，分期施工，盡量少占用道路，對施工中需臨時(shí)占用的道路與通道采用架設(shè)鋼蓋板及改向疏導(dǎo)等措施。

第二，和鐵路管理部門及市交通管理部門加強(qiáng)聯(lián)系，密切配合，共同解決好交通疏導(dǎo)工作，成立專門的交通疏解機(jī)構(gòu)，派專人進(jìn)行疏導(dǎo)和分流。

第三，施工地段設(shè)專人防護(hù)，加強(qiáng)施工地段的巡視，使用號角、口笛和喊話等方法，對客流進(jìn)行安全疏導(dǎo)。施工操作人員穿著醒目的黃色工作服，按照指定的路線上下站臺，站臺上臨時(shí)堆放的材料及雜物不得干擾旅客及郵政行包車的通行，收工前場地必須清理干凈。

第四，合理組織、快速施工，主體結(jié)構(gòu)完工后立即恢復(fù)原有地面，最短時(shí)間內(nèi)將對繁忙交通的影響降低到最低限度。

5.確保管線的暢通

積極與主管部門聯(lián)系協(xié)商處理辦法，針對不同管線的性質(zhì)與位置，采取遷移或懸吊等措施，待施工完成后予以恢復(fù)，確保管線不因施工而遭破壞。

6.做好施工監(jiān)測工作，及時(shí)反饋信息

當(dāng)?shù)貙幼冃渭爸苓吔ㄖ锍两党^預(yù)警值時(shí)，停止明挖或暗挖施工，立即調(diào)整施工支護(hù)參數(shù)，并對地層及房屋基礎(chǔ)采取注漿加固等措施，待變形或沉降穩(wěn)定后，再繼續(xù)施工。

7.確保站場內(nèi)線路加固施工安全

第一，人員上崗必須遵守崗內(nèi)安全培訓(xùn)教育考核制度，關(guān)鍵崗位人員須熟練掌握相應(yīng)的安全操作規(guī)程和安全操作細(xì)則要求，持證上崗。

第二，制定并落實(shí)嚴(yán)格的安全作業(yè)和防護(hù)制度，完善崗位責(zé)任制，責(zé)任到人。

第三，施工時(shí)與相關(guān)部門積極協(xié)調(diào)配合，按批準(zhǔn)的施工方案，向車站登記，并通過值班調(diào)度員申請，辦理封鎖或慢行手續(xù)。在接到調(diào)度命令，確認(rèn)施工起止時(shí)間，按規(guī)定設(shè)置防護(hù)信號后方可開工。施工完畢且線路狀態(tài)達(dá)到放行列車條件，方可撤出防護(hù)向車站開通線路。施工作業(yè)必須先防護(hù)后施工。

第四，與鐵路各部門溝通協(xié)調(diào)，及時(shí)申報(bào)施工方案與安全措施，精心組織，合理施工，減少施工與行車的干擾。

地下交通工程建設(shè)中的諸多不確定性因素構(gòu)成了大型地鐵換乘站施工風(fēng)險(xiǎn)源[1-3]，這些因素也是施工的難點(diǎn)。針對這些難點(diǎn)采取有效技術(shù)措施，并配合科學(xué)管理，能夠有效降低地下工程施工風(fēng)險(xiǎn)，確保地鐵車站得以順利實(shí)施[4]。

[1] 趙錫宏，李蓓,楊國祥，等.大型超深基坑工程實(shí)踐與理論[M].北京:人民交通出版社,2005:1-7.

[2] 中華人民共和國建設(shè)部.地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007:4-30.

[3] 王元湘,胡建忠.地鐵換乘站站位選定中的深基坑工程問題[J].世界隧道,2000(5):9-12.

[4] 劉建航,侯學(xué)淵，等.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.