蘭州地區地鐵車站“先隧后站”設計施工技術風險及措施

張盈

中鐵工程設計咨詢集團有限公司 北京 100055

1 “先隧后站”概述

“先隧后站”是指先施工車站相臨區間，再施工車站。在車站暫時無法施工的特殊情況下，為保證工程順利實施，“先隧后站”較常規“先站后隧”工法存在一定優勢[1]。

但是“先隧后站”由于車站加寬、車站范圍增設盾構管片及施工順序的特殊性，導致了造價對比“先站后隧”方案高，同時也存在一定的技術風險。

2 工程概況

雁南路站為蘭州軌道交通2號線一期工程中間車站，車站全長182m，標準段寬20.1m，總高14.77m，為地下二層單柱雙跨箱型結構，頂板覆土厚度約3.0m。車站標準段基坑深約16.6m，盾構擴大處基坑深約17.8m，車站采用明挖順做法施工，盾構從大里程向小里程方向推進。

車站場地地貌單元屬黃河河漫灘，沿線地形平坦，場地地層自上而下依次由第四系全新統人工填土、粉土、粉細砂、卵石、強風化砂巖及中風化砂巖等構成，車站場地地下水類型為潛水，抗浮水位約地面以下6m。

圖1 雁南路站總平面圖

車站施工期間需要對沿街的商鋪及部分建筑進行拆遷，由于征地進展緩慢車站一直未施工，加之小里程區間盾構左線侵入車站范圍等原因，導致原車站盾構過站方案已無法實施。雁南路站最終采用“盾構先行掘進過站，同步施工車站”的方案，除左線已侵入車站范圍內圍護樁，其它三處接駁位置均施工圍護樁后再行穿越。

3 車站設計施工風險

3.1 地下水處理

車站地下二層進入強風化砂巖約2.3～5.5m，詳見圖2。由于蘭州地區強風化砂泥巖特殊性質，該巖層降水困難，注漿效果不好，不經擾動時強度較高，但遇水易軟化崩解，變成泥狀，對工程施工十分危險，因此基坑范圍內水處理非常關鍵。

圖2 車站北端頭地質情況及進入強風化砂巖剖面圖

針對此問題，車站采用“基坑外管井降水+咬合樁止水帷幕+坑內降水”方案。管井降水將基坑內外水位降至卵石層與強風化砂泥巖交界處，坑內采用真空輕型井點降水，將基坑內水位降至坑底以下1m。

除基坑整體降止水，基坑在開挖過程中仍存在二處易涌水涌砂部位，容易忽視，分析如下：1、由于基坑內水無法一次性降至基坑底，管片拆除過程中有可能存在基坑內水流入兩側區間內，為防止該情況發生，區間還需要采取排、止水措施。2、端頭先打樁處區間隧道管片與車站端頭圍護樁間會產生環形間隙，為防止地下水通過管片環形空隙流入基坑，盾構區間沿車站范圍外6環、車站范圍內2環縱向進行1.5m洞內徑向注漿，從而達到加固地層、填充管片與盾構機間空隙，防止管涌、基坑失穩作用。

3.2 圍護結構

非盾構穿越段采用φ800@1200mm咬合樁＋三道內支撐，做法與常規車站相同，圍護樁視現場盾構掘進情況進行施工。考慮盾構先行通過，導致擾動過的地層圍護樁打設較困難，塌孔嚴重，樁偏離較大，因此車站圍護樁最好在盾構掘進前打設。如果盾構掘進后，再打設樁，圍護樁范圍需要進行外擴，雁南路站樁外擴600mm，從現場情況看，仍有部分圍護樁侵限嚴重，因此總結根據地質情況樁外擴可再適當加大。

3.2.1 圍護結構設計

盾構穿越端頭采用φ1000@1400mm咬合樁＋三道內支撐。常規“先隧后站”一般先施作車站端頭圍護樁，再通過區間隧道，但由于車站大里程左線盾構機先行掘進車站范圍內，圍護樁已無預先打設條件，因此需盾構穿越后進行打設。剩余三處端頭圍護樁具備預先施作條件，需要先打設圍護樁再進行穿越[2]。

大里程左線盾構穿越端頭沒有圍護結構，常見的“端頭吊腳樁+洞內外注漿止水加固措施”方案后期無法形成封閉圍護結構，降水和止水若處理不當會導致基坑開挖過程中塌陷，并不適用蘭州地層。因此為保證端頭開挖安全，如何使車站基坑封閉是關鍵。

經過國內相似工程比選，結合本工程實際情況，最終采用硬咬合樁法+管片內封堵墻”方案。具體方案為隧道范圍內采用全回轉套管鉆機“咬合樁”鉆穿盾構管片至設計深度，形成圍護樁閉合體系。為保證全回轉套管鉆機鉆穿盾構時管片安全，盾構隧道內回填C10混凝土形成封堵墻，墻厚6m。

圖3 端頭咬合樁及管片內封堵墻

圖4 全回轉套管鉆機

3.2.2 基坑支撐體系

“先隧后站”與“先站后隧”施工車站基坑及支撐體系有一定變化，主要變化在于：1）車站由于盾構先行通過，基坑需加寬至少1.2m；2）盾構管片拆除期間只能架設二道支撐，為保證基坑安全，第一道宜設為混凝土支撐；3）盾構先行過站后對已施工端頭圍護樁進行切割，破壞樁身完整性，影響基坑整體穩定性。隨基坑開挖深度加深，在架設第二道支撐前，需保證被切割樁嵌固深度滿足計算要求，同時在拆除第二道支撐前保證中板已施作完成，否則基坑開挖過程中切割斷面圍護樁上層懸臂長度過大，容易導致圍護樁在開挖過程中受土壓力向站內傾覆，存在基坑安全風險，具體詳見圖6。4）由于盾構先行通過，車站與區間接口處無法架設鋼支撐，擴大端支撐布置方式需時行局部調整，具體布置情況詳見圖7。

圖5 車站端頭支撐布置圖

圖6 車站端頭支撐布置圖

圖7 管片拆除

3.3 基坑開挖及管片拆除

由于浮力作用，管片范圍內基坑開挖應分層分段逐步開挖，如果開挖過快將導致基坑卸載過快，應力釋放時間不足，使車站范圍內管片及相臨區間盾構管片大幅度隆起。因此為減少基坑開挖及拆除管片對基坑外區間永久管片影響，雁南路站采用端頭外區間左、右線20環范圍內管片設置拉緊聯系條、型鋼內支撐及沙袋壓重等措施。隨著基坑開挖深度的增加，按照從拱頂至拱底、從車站兩端向中間（隧道縱向）的順序逐塊拆除。按此方法從現場施工監測情況看，盾構管片僅上抬1mm，證明了限制盾構管片隆起的有效性。

拆除后管片盡量保持完整，以便后續工程使用，但實際施工過程中可能破損較多，利用率并不高，拆除后的管片可以建筑垃圾的方式處理。

3.4 后施作圍護結構洞門接口做法

車站主體施工完成后，由于后施工圍護樁洞穿盾構管片，因此需在施工接口環梁前，將區間范圍內樁體進行切除[3]。圍護樁切割后與盾構管片間存在空隙，施工時仍存在涌水涌砂風險，針對以上問題，設計中采用車站基坑外順區間縱向增設圍護咬合樁，并由盾構內環向盾構周圍注漿加固地層方案，保證基坑安全，詳見圖6。

考慮圍護樁范圍，后施作圍護結構洞門接口環梁較普通環梁長。另一方面車站主體結構施工時需預留接口環梁鋼筋，環梁另一端與區間管片螺栓及植筋方式相連。

圖8 洞門環梁與既有區間管片連接圖

4 現場施工

目前雁南路站主體圍護結構已全部施工完成，剩余部分主體結構，由現場施工情況看，各項監測數據正常，風險均在可控范圍內。

5 結語

綜上分析，針對蘭州特殊地質情況，“先隧后站”的風險主要體現在地下水處理、圍護結構、基坑開挖及管片拆除、后施作圍護結構洞門接口等四部分，其中地下水處理和基坑封閉是設計重點，結合現場施工情況，對該地區類似工程可起到一定參考作用。