鄭州火車站東西廣場地下行人通道工程方案設(shè)計

沈 捷/SHEN Jie

（中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計院，河南 鄭州 450000）

東西廣場地下行人通道工程是鄭州火車站地下空間綜合開發(fā)利用工程的重要組成部分之一，該工程由同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院負(fù)責(zé)總體設(shè)計，火車站東西廣場相互獨立，兩個區(qū)域人流不能聯(lián)通，目前，西廣場地下空間已開通，火車站內(nèi)持票乘客可以通過現(xiàn)有通道向西廣場疏散，但是站外兩廣場乘客不能自由通過（圖1）。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道總體平面圖

東西廣場地下行人通道工程作為該工程的一個子項，是提高火車站地下空間開發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)。本工程起點為火車站西廣場地下停車場，終點為火車站東廣場。聯(lián)絡(luò)通道規(guī)劃通行凈寬為6.0m。項目研究范圍包括隧道主體工程、通風(fēng)、消防、排水、監(jiān)控、電力及照明工程等。

1 工程地質(zhì)及水文條件

根據(jù)現(xiàn)場鉆探及原位測試結(jié)果，勘探深度40m 范圍內(nèi)除表層為雜填土外，其下約22.0m為第四紀(jì)晚新近沖積形成粉土、粉砂以及粉質(zhì)黏土，約22.0m 以下均為第四紀(jì)晚更新世沖積形成粉土、粉質(zhì)黏土，將勘察深度內(nèi)的土層按其不同的成因、時代及物理力學(xué)性質(zhì)差異劃分為9 個工程地質(zhì)單元層。本工程勘察期間現(xiàn)狀地下水位在自然地面以下埋深約9.8～11.8m（標(biāo)高約91.0m），屬第四系松散巖類孔隙潛水。地下水主要補給來源為大氣降水入滲補給和地下水徑流補給，主要排泄方式為人工開采和地下水徑流。

2 穿越線位選擇

鄭州火車站有東、西兩座站房，主站房區(qū)為東站房，目前入站客流可從東西站房入站，客流比較均勻。高架候車廳通過樓梯與地面站臺相連，為主要進(jìn)站通道。

東西兩側(cè)主站房之間的高架候車室區(qū)段基礎(chǔ)為密排樁柱體系，中心間距僅5.67m，基礎(chǔ)下部樁間距約3m，不滿足地下通道所要求的寬度；且東西主站房為火車站的中樞系統(tǒng)，正常使用要求非常嚴(yán)格，故基本上不可能在其下部建造新的聯(lián)絡(luò)通道，因此將其定位不可行區(qū)域，具體如圖2所示。

圖2 鄭州火車站周邊地形圖

2.1 上跨方案

根據(jù)鄭州火車站的特點，火車站中間站房區(qū)域為候車廳，沒有穿越空間；兩側(cè)站臺區(qū)域為風(fēng)雨棚（圖3），風(fēng)雨棚橫向跨度由東向西分別為60m、42m，高度15m 左右。

圖3 鄭州火車站風(fēng)雨棚

采用上跨方案時，上跨天橋立柱若設(shè)置在與風(fēng)雨棚的立柱對應(yīng)的位置，在股道之間，受鐵路限界影響，立柱施工時，臨近的股道要封閉，對應(yīng)的站臺要停運。而鄭州火車站目前客運繁忙，封鎖股道、停運站臺基本不可行；若采用大跨度一跨穿越，跨徑達(dá)到230m 以上，梁體施工在風(fēng)雨棚頂部，沒有設(shè)置支架的空間，而懸臂施工兩側(cè)有受場地限制沒有配跨的位置，該方案也基本不可行。

2.2 下穿方案

地下聯(lián)絡(luò)通道可設(shè)置區(qū)域分別為國鐵站房南北兩側(cè)，下穿國鐵廣場，總長度近400m。周邊建、構(gòu)筑物為火車站信息調(diào)度樓、4 貨線股道、16 客線股道和7 個站臺、無柱雨棚樁基，鐵道大廈、火車站鄭州行車公寓樓、天泉酒店等，地下有鄭州地鐵1 號線左、右線盾構(gòu)隧道，建設(shè)環(huán)境十分復(fù)雜。

根據(jù)調(diào)查研究，天泉大酒店地下室有高壓配電室、變壓器室和空調(diào)機房等設(shè)備用房，遷改利用難度大，南配樓下為酒店自用停車場及倉庫等，天泉大酒店及南配樓均為樁基礎(chǔ)，穿越難度極大，本次聯(lián)絡(luò)通道東側(cè)設(shè)計線位考慮從南配樓與晟達(dá)賓館之間穿越，減少對既有建筑物的影響，線位如圖4 所示。

圖4 穿越線位之下穿方案路線

3 施工方案選擇

根據(jù)工程的地質(zhì)、環(huán)境情況，下穿鐵路段施工工法在明挖法[1]、管幕暗挖法[2]、蓋挖逆作法[3～5]、矩形頂管法[6]、圓形盾構(gòu)法[7]、類矩形盾構(gòu)法[8]之間進(jìn)行的比選。

由于工程在鄭州火車站站臺位置穿越，無法采用明挖法施工；蓋挖逆作法與明挖法類似，頂板需要明挖施工，因此，蓋挖逆作法亦不適用于本工程。

工程下穿隧道在鄭州火車站站臺穿越，若采用暗挖法施工，由于在地層中有粉、細(xì)砂層，隧道埋深淺，施工中產(chǎn)生的變形容易引起路基塌陷，地面沉降變形無法有效控制，在鐵路下方施工風(fēng)險大，因此傳統(tǒng)的淺埋暗挖法也不適用于本工程。

矩形頂管法隧道開挖斷面最小，隧道有效利用率最高，斷面最接近道路限界，但其機械設(shè)備造價高，管片需要預(yù)制場地，對于頂進(jìn)長度超過300m 的工程，國內(nèi)尚無先例，頂進(jìn)效率低，沉降難控制，頂進(jìn)過程中管片頂進(jìn)會持續(xù)對鐵路造成干擾，對鐵路影響時間長，且矩形頂管只能直線頂進(jìn)，無法適應(yīng)線位的平面轉(zhuǎn)彎，因此矩形頂管法也不適用于該工程。

圓形盾構(gòu)法具有施工進(jìn)度快、作業(yè)安全、噪音小、管片精度高、襯砌質(zhì)量可靠、防水性能好、地表沉降小等優(yōu)點，但其空間利用率不高，且圓形盾構(gòu)占用場地大，造價高。圓形盾構(gòu)受施工工藝限制，隧道覆土需在1 倍洞徑以上，導(dǎo)致線路埋深較深。本工程為行人通道，對線路縱坡無太大要求，本工程可采用此工法，但不經(jīng)濟。

矩形隧道的斷面利用率高，具有覆土淺、施工成本低、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點，能很好地解決城市核心區(qū)和舊城區(qū)所面臨的“放不下”和“碰不得”兩大難題，是當(dāng)前迫切需求的地下空間開發(fā)手段，也是城市建設(shè)發(fā)展的趨勢。因此，矩形盾構(gòu)在滿足規(guī)劃斷面的前提下，能以適當(dāng)?shù)穆裆畲┰洁嵵莼疖囌荆茏畲笙薅缺ＷC施工過程中及施工完成后的鐵路安全，矩形盾構(gòu)法非常契合本工程。

最終，通過各施工方法優(yōu)缺點及現(xiàn)場情況必選，采用矩形盾構(gòu)法施工最為經(jīng)濟有效，矩形盾構(gòu)具體如圖5 所示。

圖5 矩形盾構(gòu)施工示意圖

4 矩形盾構(gòu)法施工重難點控制

矩形盾構(gòu)下穿運營鐵路隧道施工防沉降施工是本工程的重難點，施工過程中主要從設(shè)備方面和施工方面進(jìn)行控制。

4.1 設(shè)備方面

1）如圖6 所示，采用多刀盤低擾動開挖系統(tǒng)。該開挖系統(tǒng)刀盤直徑較小，所以刀盤開挖邊緣線速度較小，即對上部土層擾動小；另一方面，由于多刀盤在切削時，各個刀盤旋轉(zhuǎn)方向不一致，使掌子面受力相互抵消。此外，根據(jù)土拱效應(yīng)分析，單刀盤形成的土拱區(qū)域面積較大，容易造成土體沉降，因此對覆土要求高，而多刀盤由于刀盤直徑較小，會形成多個小的聯(lián)拱，所以能夠更好的實現(xiàn)超淺覆土及超小間距施工。

圖6 多刀盤開挖

2）盾體上采用“帽檐”結(jié)構(gòu)，形成良好的減摩泥漿套。在前盾靠近切口環(huán)的位置布置上半圈帽檐，如圖7 所示，主要確保盾體與土體之間建立一定的間隙，同時向該間隙注入減摩劑，降低土體與盾殼的摩擦力，可有效防止“背土”引起的地表沉降，同時阻止后部的減摩劑返流到土倉中，如圖8 所示。

圖7 盾體帽檐結(jié)構(gòu)

圖8 減摩泥漿注入過程

4.2 施工方面

4.2.1 同步注漿

同步注漿及二次注漿盾構(gòu)施工與盾構(gòu)施工存在一定差異性，盾構(gòu)隧道在始發(fā)井內(nèi)進(jìn)行管節(jié)拼裝，隧道掘進(jìn)過程中整條隧道在地層中移動。為減小隧道和地層間的摩擦力，在盾構(gòu)隧道貫通前，盾構(gòu)同步注漿及二次注漿均不能采用水泥漿，注漿漿液為觸變泥漿。觸變泥漿在盾構(gòu)施工過程中起到潤滑減阻、支撐地層等作用。

4.2.2 渣土改良技術(shù)

良好的渣土改良效果可保證土艙壓力的穩(wěn)定、連續(xù)、掌子面的穩(wěn)定、出渣量的精確控制。渣土改良一般以水、泡沫劑、膨潤土、高分子聚合物和添加為主，為得到渣土良好的流動性和塑性，通過綜合實驗平臺對各種材料改良后渣土性能進(jìn)行研究，考慮到經(jīng)濟、效果等綜合因素，確定渣土改量采用泡沫劑+膨潤土的方法進(jìn)行改良。

4.2.3 置換注漿技術(shù)

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，壓注大量的觸變泥漿，隧道貫通后，觸變泥漿勢必會失水、收縮和固結(jié)，造成地表后期持續(xù)沉降。為減小隧道貫通后的地表沉降、運營過程中的變形和保證隧道的整體防水，在盾構(gòu)隧道貫通后及時從預(yù)留的注漿孔中壓注水泥漿，置換或填充施工過程中壓注的觸變泥漿，固結(jié)隧道。

5 結(jié)語

東西廣場地下行人通道工程作為鄭州火車站交通總體改善工程的一個子項，是提高鄭州火車站地下空間開發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)。本研究通過工程地質(zhì)與水文地質(zhì)調(diào)查、穿越線位的選擇、施工方案的比選，最終選定了矩形盾構(gòu)施工工法用于本工程施工，并從設(shè)備和施工兩個方面對施工重難點進(jìn)行控制，將為本工程的順利施工提供有力的支撐。