徐州軌道交通1號線暗挖車站適應性研究

王正松

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

《徐州市城市軌道交通近期建設規劃(2013—2020年)》于2013年3月獲批。目前，徐州市地鐵工程建設正處于起步階段，在淺埋暗挖施工方面沒有自身的工程經驗可以借鑒。1號線工農北路站至徐州火車站區段，受既有道路、橋梁、地面建筑及地下管線等因素的制約，明挖法因為施工嚴重干擾交通，破壞環境和大量的建筑物、管線的拆遷等因素使工程的實施困難重重。為了最大限度地減少軌道交通施工對淮海路、中山路等城市主干道的影響，指導徐州市城市軌道交通工程的設計和施工，研究適合徐州市工程地質、水文地質的淺埋暗挖車站施工方法非常必要。

1 工程概況

徐州市軌道交通1號線一期工程正線起于徐蕭公路與臥牛山路西側的規劃火花西路口，沿老徐蕭公路、西三環路、淮海西路、淮海東路、徐州火車站、淮海東路延長段、東三環路及和平路敷設，止于高鐵徐州東站。平面圖如圖1所示。

一期工程線路全長20.034 km，均為地下線，設有車站17座，2個主變電所，1座車輛段，1座停車場，1座控制中心。

徐州市區位于魯南山區向黃淮海平原過渡的部位，以平原為主，中部斜插丘陵山帶，區內山體最大海拔高程153 m，一般高程100 m左右。山體坡角一般為15°～35°。平原是黃淮平原的一部分，其中黃河故道地勢較高，海拔高程36～42 m，其余地勢低平，海拔高程32～36 m，自北西向南東微傾斜。徐州市區內的地貌形態主要有丘陵(殘丘)和平原兩大類，前者是剝蝕—溶蝕作用的結果，后者是堆積作用的結果。

工程沿線上覆地層為第四系全新統人工填土、淤泥質黏土、黏土、粉土、粉砂，晚更新統黏土，下伏基巖有石炭系鋁土質頁巖、灰巖，奧陶系灰巖，寒武系灰巖、泥質灰巖，震旦系灰巖以及鈣質頁巖。

根據現場鉆探揭露情況，上層滯水富水性較好;孔隙水主要賦存于粉土(2)4-2、粉土(2)4-3、粉土(2)4-4及粉砂(2)5-2層中，富水性中等～豐富;灰巖裂隙水富水性中等，屬弱承壓水。勘察期間測得的地下水位埋深約為2.0～3.2 m。

2 徐州地區淺埋暗挖車站適應性

2.1 工程地質適應性

徐州地區暗挖車站拱部土層為:淤泥質粉質黏土(2)2-1，流塑，液性指數 1.14 ～1.26;粉土(2)4-2，稍密，軟塑;粉土(2)4-3，中密，液性指數0.33～0.82;填土(1)1，松散。

對于淤泥質粉質黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土層，由于土層參數較差，自穩性差，常規的暗挖超前支護措施(如小導管、管棚)加固效果差，難以滿足暗挖施工的安全。需要采取有效的超前加固措施，而水平旋噴注漿加固(APJ工法)適應于軟弱土層，加固效果較好，目前采用較多，具有可實施性。

對于粉土(2)4-3等土層，由于土層參數、自穩性較好，常規的暗挖超前支護措施(如小導管、管棚)加固效果較好，能夠滿足工程需要，具有可實施性。

2.2 水文地質適應性

徐州地區地下水位為地面以下2.0～3.2 m，土層多為淤泥質粉質黏土、粉土、粉質黏土等，土層滲透系數小，采用地面管井降水的效果不理想，同時對市政道路交通會造成一定的影響。對于暗挖車站，可采用具有止水帷幕功能的圍護結構，洞內降水、排水，具有可實施性。

2.3 暗挖車站施工工法的選擇

地鐵車站淺埋暗挖施工方法的選定對初期支護參數的確定和二次襯砌的設計關系十分密切。由于開挖順序不同，其支護內力、位移和地面沉降也不同。因此，選擇一個支護受力好、結構安全可靠、經濟合理的施工方法是極為重要的。根據沿線工程地質、水文地質，地鐵埋深、結構形式等情況，從地表沉降、安全可靠性、施工質量、造價及工期等方面綜合分析，將中洞法、側洞法、洞樁法及NTR工法進行技術經濟比較，見表1。

側洞法是修建大跨隧道常用的方法，但由于首先施工的是兩個側洞，且要同步，對地表擾動大，安全性稍差。

中洞法的核心是CRD工法，按照小分塊、短臺階、快封閉的原則，步步為營，施工安全度高，地面沉降及影響范圍與側洞法相比要小;但中洞法工序轉換次數較多，很難限制工序轉換中產生的附加位移;而且與側洞法相同，臨時支護、廢棄工程量大。

PBA工法(洞樁法)克服了工序轉換多的缺點，地面沉降控制較好，但為了扣拱，除了必須施作中柱及上下導洞外，還要施作圍護邊樁及成樁導洞，增加了工程量。

NTR工法工序轉換最少，初期支護采用頂管作業，在頂管結構內施作二襯結構，最后進行主體結構土方開挖，因此地面沉降控制較好;但是由于此工法機械化程度較高，工藝控制復雜、難度大，在國內應用較少，施工經驗積累不足。

現將國內采用PBA工法施工的幾座車站主要技術指標列于表2。

將北京、大連、沈陽等地區暗挖車站的地層參數與徐州地層參數比較，徐州地區的地層相對較差，特別是淤泥質粉質黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土層參數較差，自穩性差，在施工安全性、地面沉降控制、周邊環境影響、施工工期、工程造價等方面暗挖PBA工法都具有優勢。

綜合考慮各工法的優缺點，徐州地區暗挖車站施工方法建議雙層暗挖車站采用PBA工法(洞樁法)施工。

目前國內采用暗挖PBA工法主要有兩種，即8導洞工法及6導洞工法。兩種工法主要區別:8導洞工法邊樁采用人工挖孔樁+條形基礎，在北京地區應用較多;6導洞工法邊樁采用機械鉆孔樁，在沈陽地區應用較多。兩種工法比較詳見表3。

針對于徐州地區的工程地質、水文地質情況，采用北京地區8導洞PBA工法存在以下問題:①工程地質較差，導洞需要采用水平旋噴注漿加固，導洞數目較多，增加工程投資;②車站圍護樁采用人工挖孔樁，工程地質較差，施工安全性較差，施工速度較慢。

采用沈陽地區6導洞PBA工法剛好彌補了上述缺點，車站圍護樁采用機械鉆孔樁施工速度快，施工風險小，安全系數大。

表3 暗挖PBA工法8導洞與6導洞比較

徐州地區地下水位高，地層多為粉土、粉質黏土、黏土等地層，滲透系數較小，采用坑外管井降水效果較差。這就需要采用洞內降水，要求車站圍護結構具備止水功能。可以采用機械鉆孔樁+樁外高壓旋噴樁止水帷幕，或采用AJP工法旋噴樁內插H型鋼解決止水帷幕的問題，具體比較詳見表4。

表4 暗挖PBA工法圍護樁比較

綜上所述，徐州地區暗挖車站宜選擇PBA6導洞工法，而圍護邊樁采用機械鉆孔樁+樁外高壓旋噴樁與采用AJP工法旋噴樁內插H型鋼，在施工進度、支護效果、經濟性等方面效果都較好，都具有實施性。

3 結論及建議

1)對于淤泥質粉質黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土層，由于土層參數較差，自穩性差，而水平旋噴注漿加固(APJ工法)適應于軟弱土層，加固效果較好，目前采用較多，具有可實施性。

2)地下水位地面以下2～3.2 m，土層多為淤泥質粉質黏土、粉土、粉質黏土等，土層滲透系數小，對于暗挖車站，可采用具有止水帷幕功能的圍護結構，洞內降水、排水，具有可實施性。

3)針對徐州的地層條件，在施工安全性、地面沉降控制、周邊環境影響、施工工期、工程造價等方面暗挖PBA工法都具有優勢，采用6導洞PBA工法，車站圍護樁采用機械鉆孔樁施工速度快，施工風險小，安全系數大。徐州地區暗挖車站施工方法建議雙層暗挖車站采用6導洞PBA工法施工。

4)在淺埋暗挖車站施工中，應充分認識到圍巖對暗挖車站的重要性，應嚴格按暗挖“十八字”方針進行施工，盡量采用機械開挖，少擾動圍巖，保護圍巖，使圍巖與結構共同作用，減輕結構的損害;重視監控量測在淺埋暗挖施工中的重要性，結構轉化部位措施要到位，以有效避免工程事故的發生。

［1］中鐵第四勘察設計院集團有限公司．徐州市城市快速軌道交通1號線一期工程站位方案研究階段巖土工程勘察報告［R］．武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2013．

［2］中鐵第四勘察設計院集團有限公司．徐州市軌道交通1號線一期工程站位方案研究［R］．武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司，2013．

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