某大型地鐵換乘站深基坑工程施工關鍵技術研究

楊松堂，侯新宇

一、工程特點

1.基本概況

某大型地鐵換乘站位于城市鐵路交通樞紐區域，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.結構形式

根據使用功能及地面環境要求，該站主體結構分南區、北區和過站區3部分，總建筑面積約13 000m3。

南區、北區為明挖箱型框架結構，地下二層鋼筋砼箱型框架結構，采用15.30m寬島式站臺，標準斷面寬度24.0m，結構高度14.191(南區)～15.49m(北區)，頂板覆土厚度1.2～4.3m。這部分主體結構內襯墻和各層樓板與圍護樁脫離，樁、墻之間設柔性防水層，形成重合墻結構。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。

過站區位于既有鐵路站場下，為雙洞單層暗挖隧道，復合式襯砌，內設4.2m寬側式站臺，單洞標準斷面為馬蹄形，結構最大寬度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2個橫通道。

該站主體框架、隧道及出入口與通道防水標準為一級，風道、風井防水標準為二級，結構防水以砼自防水為主，砼抗滲等級不低于0.8MPa，同時為增強防水效果，明挖框架結構頂板、內襯墻設附加柔性防水層，底板則為自防水，不設附加防水層；暗挖隧道在初期支護與二次襯砌之間設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管超前注漿達到止水目的。

3.工程水文地質條件及場地環境

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，區內覆蓋層自西向東變薄，基巖面在既有鐵路段下隆起，與南、北區落差較大，場地內地層自上而下分布有：人工填土層、淤泥質粉質黏土、粉質黏土、殘積混合土、強-微風化閃長巖，局部為角礫狀灰巖。南區基巖頂埋深21.0～27.0m，北區基巖頂埋深9.0～16.0m，過站區5.3～10.0m。該站場地震基本烈度為7度，屬基本穩定區，場地土類型屬中軟場地土，場地類別為Ⅱ類。

場區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，但角礫狀灰巖中含相對較豐富的地下水。根據勘察成果，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，鐵路站房東西兩側分別為郵政樞紐和鐵路分局綜合樓。地鐵車站北段為規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，其北側為規劃的高速鐵路站場，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、施工條件特點及重點、難點分析

1.工程條件特點

(1)該標段位于火車站地區，周邊環境復雜，鐵路、公路行車密集，客流量大，對施工干擾大。

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

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

(4)施工過程中需對鐵路出站客流、郵政行包車及某路段進行臨時疏導，施工要分期組織，以滿足鐵路運營及公路交通的需要，施工組織協調復雜，施工管理難度大。

(5)站區范圍內溝、管、線眾多，特別是南區及過站區多而復雜的溝、管、線尚待查明，施工中溝、管、線的處理及保護非常關鍵。

2.工程施工重點

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

(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定。過站區隧道施工中，必須嚴格控制拱頂及地表下沉，以防止路基坍陷，危及鐵路運營安全，同時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，確保這部分巖體穩定也是本標段施工重點之一。

(3)過站區隧道暗挖與既有鐵路線路加固需同步施工，統籌安排，這點非常關鍵。根據施工安排，暗挖隧道由北區向南單頭掘進，鐵路線路加固相應也由北向南分3次進行，線路加固必須與隧道暗挖保持同步，即隧道暗挖到達相應軌道區域前先將線路加固完成，待隧道二襯達到設計強度后再拆除加固設施，這需要對既有線路加固施工與暗挖施工進行統籌安排，確保鐵路正常運營及施工安全。

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

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

(6)地下管線遷移與保護。本標段站區范圍地下管線眾多，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，尚待進一步調查，所有管線都直接影響鐵路運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保護措施。

(7)周邊建筑物安全防護。本標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措施，以確保建筑物及鐵路運營安全。

(8)施工監控量測。本標段緊鄰火車站，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測，及時進行信息反饋，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)施工協調。本標段過站區穿越京滬鐵路干線，施工安排必須服從行車安全和運營的需要，因此與鐵路各部門做好協調配合工作，為行車安全和施工順利創造條件是工程的中心工作。

三、施工關鍵技術措施

1.確保既有鐵路線路安全運營

第一，由副經理、調度、安全員組成協調小組，積極與鐵路有關部門協商。根據施工安排，對線路分期加固、限速運營，同時加強對線路維修養護，確保既有鐵路運營安全。

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行，即先對鐵路線路進行限速加固，隧道暗挖至站臺下方時暫停，待左右線隧道二次襯砌均達到設計強度后再拆除線路加固設施并繼續向前進行暗挖掘進。

第四，加強對地表沉陷的監控量測，及時反饋信息。

2.控制地表下沉及洞間土體穩定

為控制地表下沉，過站區隧道采用CRD法開挖，設臨時中隔墻及臨時仰拱將大斷面隧道劃分為4個小導洞分別掘進，同時，采取超前大管棚(Φ159)、掛網噴砼、砂漿錨桿(或錨管)及格柵鋼架等組成初期支護體系，待初期支護封閉成環后，及時施作二次襯砌并在初期支護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定，左右線隧道必須保持一定的安全施工距離，同時在右線隧道(先行施工)內向這部分土體打設注漿錨管，提前對土體進行注漿加固，并在左右洞邊墻之間設對拉錨桿，以提高隧道及地層穩定性。

3.結構防水

結構防水嚴格按設計要求進行施工，在砼自防水施工、透水管網及防水層的鋪設與保護，施工縫與沉降縫的防水處理等工序施作前均編制詳細的作業指導書并對操作人員進行技術指導與崗前培訓。施工中嚴格執行“五檢”制度，每道工序只有在取得專職質檢工程師及監理工程師認可后，方可進入下道工序施工，以此確保結構防水質量。

4.疏導施工期間客流與車流

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

第二，和鐵路管理部門及市交通管理部門加強聯系，密切配合，共同解決好交通疏導工作，成立專門的交通疏解機構，派專人進行疏導和分流。

第三，施工地段設專人防護，加強施工地段的巡視，使用號角、口笛和喊話等方法，對客流進行安全疏導。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，主體結構完工后立即恢復原有地面，最短時間內將對繁忙交通的影響降低到最低限度。

5.確保管線的暢通

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

6.做好施工監測工作，及時反饋信息

當地層變形及周邊建筑物沉降超過預警值時，停止明挖或暗挖施工，立即調整施工支護參數，并對地層及房屋基礎采取注漿加固等措施，待變形或沉降穩定后，再繼續施工。

7.確保站場內線路加固施工安全

第一，人員上崗必須遵守崗內安全培訓教育考核制度，關鍵崗位人員須熟練掌握相應的安全操作規程和安全操作細則要求，持證上崗。

第二，制定并落實嚴格的安全作業和防護制度，完善崗位責任制，責任到人。

第三，施工時與相關部門積極協調配合，按批準的施工方案，向車站登記，并通過值班調度員申請，辦理封鎖或慢行手續。在接到調度命令，確認施工起止時間，按規定設置防護信號后方可開工。施工完畢且線路狀態達到放行列車條件，方可撤出防護向車站開通線路。施工作業必須先防護后施工。

第四，與鐵路各部門溝通協調，及時申報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。

地下交通工程建設中的諸多不確定性因素構成了大型地鐵換乘站施工風險源[1-3]，這些因素也是施工的難點。針對這些難點采取有效技術措施，并配合科學管理，能夠有效降低地下工程施工風險，確保地鐵車站得以順利實施[4]。

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

[2] 中華人民共和國建設部.地鐵及地下工程建設風險管理指南[M].北京:中國建筑工業出版社,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,侯學淵，等.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.