广州地铁5号线文冲站局部明挖改暗挖方案设计

韦青岑 张俊儒 何基香

（1.中铁二院工程集团有限责任公司地铁设计研究院，610031，成都；2.西南交通大学土木工程学院，610031，成都；3.中国华西工程设计建设有限公司，610031，成都∥第一作者，高级工程师）

1 工程概况

广州地铁文冲站为5号线首期工程的终点站，位于石化路上，呈东西走向，为明挖二层岛式站台车站（标准段）；车站对应里程YDK31＋743.098～YDK31＋772.098范围上方有一幢两层楼房（房屋为框架结构、天然基础，以下简称“6号房”）。原设计中本段范围内的车站方案考虑将这幢楼房（位于规划道路红线范围内）拆迁，采用明挖法施工。由于6号房户主所要的拆迁补偿费过高，经黄埔区建设局、地铁业主与其进行多次协调无法就补偿情况达成一致，成为闻名全国的地铁建设“钉子户”（详见搜狐网http：／／news.sohu.com／20071128／n253592755.shtml，“广州修地铁避让钉子户，5号线工期严重滞后”），严重影响本站乃至5号线的开通。为确保广州地铁5号线顺利通车，采取将本段明挖施工改为暗挖施工，车站从房子底下通过的方案。本文将针对这一工程的特点，对变更设计方案中涉及的一系列技术问题进行详细阐述。

2 方案设计边界条件和难点

2.1 方案设计边界条件

由于6号房为黄埔区当地农民私人住宅楼，业主前期部、黄埔区建设局与该住房多次协调仍未能满足其要求，不愿搬迁，经过各方面多次开会协调、讨论、论证，最终认为拆迁方案无法实施，无法采用明挖顺做法施工，只能考虑采用暗挖法下穿该建筑物；同时为加快施工进度，本楼房两侧已围成两个分离的基坑，围护桩（钻孔桩）已施工完成并准备基坑开挖，本楼房北侧围护桩（地下连续墙）也已施工完成。详见图1。

图1 文冲站明挖改暗挖段平面布置图

2.2 难点

（1）本段采用暗挖法（双洞单线）将两侧站台层连接，站厅层分开为东、西两站厅后，对公共区与设备区建筑布置进行合理调整问题；

（2）将东、西两站厅层进行有效连接及连接管廊设置问题；

（3）在本段车站东西两侧、6号房北侧围护结构已施工完成的情况下，保证文冲站及5号线全线的开通的同时，绕开该“钉子户”进行暗挖隧道施工并保证其安全问题，是本段工程设计和施工的难点。

3 设计方案和对策

3.1 建筑设计调整方案

受6号房“钉子户”的影响，里程 YDK31＋743.098～YDK31＋772.098段隧道需避开该房子，其下方原车站方案为标准地下二层双跨明挖框架结构，为减少地铁车站施工对该房子产生的影响，对本站建筑设计方案调整如下。

（1）将地下一层公共区与设备区分成两个空间，公共区位于6号房西侧，站厅层公共区原设计终点里程为YDK31＋762.398，现调整为YDK31＋742.398，即公共区向西移，较原方案缩短了20m；设备区位于6号房东侧，原设备区房间需重新布置，为满足车站功能要求，东端设备区向车站东面外扩10m，且为了满足消防要求，在地下一层设备房南端增设一紧急疏散出口，与二号排风道、二号进风道进行合建（见图2）。

（2）由于本段隧道地下一层公共区与设备区分开，两区需进行管线联接，在房子北面设置了一明挖管廊，以满足功能要求（见图2）。

本工程管廊的设置是难点之一，本站位于大沙地东路和石化南一街相接的路段上，呈东西向布置，路面管线较多，覆土深度应不少于3m；且管廊紧邻“钉子户”设置，但又必须考虑管廊施工时对该房子的影响，因此管廊的净空受到限制。为保证管廊在管线安装后能满足净高要求，管廊净高为3.3m，管廊处覆土只能为2.5m，管廊净宽度4.0 m（见图4）。由于站厅层里程YDK31＋ YDK31＋739.098处绝对标高为－0.383 m，暗挖隧道拱顶标高为0.907m，为保证暗挖隧道与明挖管廊有0.300 m的净距，因此管廊顶地面标高设定为1.473m，与站厅公共区、设备区两端高差1.8m，两端需设置楼梯踏步（见图2）。

（3）站厅层公共区原东端票亭改设在公共区中间，同时原东端的自动售货机、查询机取消（见图2）。

（4）为保证6号房不拆迁的同时又不影响隧道的贯通，将该“钉子户”所处里程处隧道由原明挖车站改为暗挖双洞单层结构形式，左线隧道与正上方管廊分开，右线下穿6号房（见图4），本段范围内的站台层设备房也调整到暗挖隧道的两端进行重新布置。

图2 本段车站站厅层平面布置图

3.2 结构设计方案

3.2.1 工程地质

暗挖段地质从上到下依次为填土层〈1〉、砂质粘性土〈5Z－2〉、砂质粘性土〈5Z－2〉、混合花岗岩强风化层〈7Z〉、中风化层〈8Z〉，局部有断层破碎带，隧道拱顶位于强风化层〈7Z〉，其余洞身位于中风化层〈8Z〉，局部穿过断层破碎带（见图4）。

3.2.2 隧道衬砌设计及辅助工程措施

文冲站下穿6号房段隧道原设计为两层双跨结构明挖框架结构，现根据地面建筑物情况、周边环境、地质情况、车站功能要求设计为站台层局部采用暗挖隧道将两端明挖结构连接，站厅层采用明挖管廊将两端明挖结构连接。暗挖隧道为两个单线暗挖隧道（单洞隧道开挖跨度9.55m，高度9.94m，，隧道净距为0.683m，见图4，采用浅埋暗挖法及喷锚构筑法进行设计，采用复合式衬砌结构。

（1）主要支护参数。支护衬砌参数根据有关规范的技术原则，结合工程类比和数值分析计算的方法确定。隧道衬砌断面相应的支护参数详见表1。

表1 复合式衬砌支护参数表

（2）主要辅助施工措施。隧道上方为6号房，距离隧道拱顶约7m，为天然基础。隧道拱顶位于花岗混合岩〈7Z〉，洞身基本位于中风化〈8Z〉，局部有断层破碎带。针对这两者特殊情况，在本段隧道围岩段主要采用φ108，t＝6大管棚和φ32超前注浆小导管进行辅助施工；洞外沿房屋四周设斜向注浆花管作为预留措施，当房屋出现较大沉降时进行跟踪注浆。经过破碎带时，应先进行掌子面全断面超前注浆加固，浆液为水泥－水玻璃双液浆。

3.2.3 隧道进洞及施工顺序

施工顺序如图3所示。

图3 站台层暗挖隧道施工步骤图

（1）开挖东端明挖基坑，开挖顺序为由西向东。西端明挖基坑围护结构封闭后，开挖顺序也为由西向东。为增强端头围护结构的整体稳定性（包括水平方向，特别是竖向的稳定性），同时为减少进洞开挖时，东端顶冠梁的不均匀沉降，在顶冠梁上方加高至1.2m×1.0m。

（2）向下开挖至第二道支撑以下0.8m，安设第二道支撑。安设大管棚、超前小导管、地面斜向注浆花管和右线掌子面内背拉锚杆。

（3）加强对开挖面①、②、Ⅲ、Ⅳ部的掌子面处围护桩的监测，必要时加砂袋反压。

（4）破除①、②部范围内的桩体，架立①、②部型钢钢架和临时横撑（围护桩下安设3榀工字钢架，破桩段2.0m范围内采用间距0.4m工字钢架加密，其余地段钢架间距为0.5m），围护桩下钢架与伸入隧道内的围护桩主筋焊接牢靠。

（5）左线上台阶进洞5m后，封闭掌子面。破除左线下台阶围护桩，初支封闭成环，开挖下台阶。采用短台阶法开挖左线隧道。为保证破洞处后开挖面的掌子面处围护桩的稳定，左线隧道开挖前应做好右线隧道掌子面处围护桩的背拉锚杆，左线隧道开挖同时加强对开挖面⑤、⑥部的掌子面处围护桩的监测，必要时加砂袋反压。

（6）施工左线隧道初支和二衬，左线隧道出洞前应做好掌子面处围护桩的背拉锚杆。

（7）依次参照上述要求开挖右线隧道⑤、⑥部，施工右线隧道初支和二衬，右线隧道出洞前应做好掌子面处围护桩的背拉锚杆。

（8）待隧道二衬及两端明挖主体结构施工完后，施工明挖管廊基坑。

3.2.4 小间距隧道施工措施

由于本段矿山法施工隧道全部为超小间距隧道（隧道间净距约0.68m），隧道左右线分离的并行隧道施工时会产生相互影响，且可能产生许多意想不到的情况，为确保隧道施工、隧道结构以及地面建筑物安全，其施工方法除按上述一般方法施工外，还需采取下列有效措施：

（1）先施工左线隧道（即先期施工隧道），左线施工开挖及支护完成后再施工右线隧道（即后期施工隧道），条件允许的情况下尽量采用人工开挖或机械开挖，尤其是先期施工隧道，以保证先期施工隧道的安全；开挖顺序对岩体的稳定会产生较大的影响，隧道断面分部开挖中，缩短后期开挖岩柱侧岩柱体的暴露时间，开挖时，一次循环掘进长度应控制在0.5～1.0m内。

（2）施工时制定具体的施工监测方案，随时掌握洞内外的变化情况，发现地面沉降量、洞内拱顶下沉量等超过警戒值时，及时采取处理措施。

（3）在拱部预埋φ32钢花管作注浆管，当初期支护封闭成环一定长度后对初支拱背后2.0m以内空隙及软弱松弛围岩注浆加固。

（4）先期施工的隧道在靠岩柱侧的拱腰及墙脚锚杆加长超过5m，并在靠岩柱侧的边墙初期支护施工时预埋φ42钢花管作注浆管，当初期支护封闭成环一定长度后对两隧道所夹岩柱体进行注浆加固。

（5）后期施工隧道在靠岩柱侧的拱肩至轨面线高度范围内的拱墙部位均增设超前注浆小导管或砂浆锚杆辅助施工，并把伸入的先施工隧道的初支锚杆切断，然后期将其端头与后施工隧道的初支钢架或纵向连接筋焊接形成对拉钢筋，以维护土柱体的承载能力；后施工隧道初支必须尽快封闭成环，二衬尽可能紧跟开挖施工。

3.2.5 房屋保护方案

本段隧道下穿文冲村6号房，该房屋为2层框架结构、天然基础，局部基础位于原山坡上，距离隧道拱顶约7m。为保护地面房屋采取以下措施：

（1）洞内采用“大管棚加小导管跟踪注浆”等超前预加固措施，减少洞内因开挖引起的地面沉降，保证房屋安全（见图4）。

图4 站台暗挖隧道与明挖管廊、地面房屋关系剖面图

（2）隧道开挖及时支护及时封闭，尽量减少开挖引起的地下水的流失。

（3）在房屋四周预埋袖阀管，根据房屋沉降情况进行补偿注浆（见图4）。

（4）施工时应采取必要的安全措施，采用机械（炮机）开挖，严格控制开挖进尺，并尽快封闭初衬和二衬结构。应针对6号房做出专项施工监测方案，加强洞内、外监控量测工作，确保隧道施工和既有建筑物的安全。

3.2.6 明挖管廊与站台层暗挖隧道的干挠及解决方案

明挖管廊位于站台层暗挖隧道的正上方，与其最小净距只有0.3m（见图6）。车站暗挖隧道和车站明挖结构施工完后，方可施工明挖管廊，施工前应注意直径800mm围护孔定位准确，桩底标高准确。管廊施工时为保证隧道结构和基坑安全，明挖管廊基坑应分节、分段开挖，不能一次性将管廊基坑全部挖开，及时加设支撑，并适当加预加力，开挖到底后，及时施作底板封底。明挖管廊施工时应尽可能保证大管棚完好，不破坏原有大管棚，以减少卸载带来的对隧道的不利影响。

4 数值计算分析

采用ANSYS有限元通用程序对本段隧道方案中站台层暗挖隧道、地层及其上方房屋施工过程中的应力、变形等进行数值模拟计算分析，得到隧道结构的内力值（折返线隧道初支最大弯矩215kN·m，对应轴力256kN，其余未列）和变形值（地层最大值沉降值12.1mm），如图5～9，由于篇幅关系，只列有代表性的结果。从计算结果中看出，结构满足承载要求，地表沉降满足规范要求，本方案是安全、可行的。

图5 模型图

图6 地面地表沉降图

图7 初支结构弯矩图

图8 初支结构轴力图

图9 洞周岩石塑性区

5 施工与监测情况

本段暗挖隧道自从2008年1月份开始施工，至2008年6月份已挖通，施工情况良好。开挖时采用机械（炮机）开挖，并及时支护封闭成环，施工监测地面最大沉降小于10mm，对地面房屋影响很小，未出现房屋开裂、形变的情况，没有影响5号线的开通及运营；业主比较满意，没有出现不良的社会影响。

6 结语

随着社会法制建设的不断健全以及人们法律意识的不断提高，房屋拆迁问题越来越突出，由于拆迁问题影响地铁的开通及运营的情况时有发生。文冲站在车站大多数明挖围护结构已施工完成的情况下，将车站结构局部改明挖法为暗挖法施工，同时采用明挖管廊将两侧明挖站厅层联通，解决了因“钉子户”拆迁困难而严重影响地铁施工工期的问题，在国内地铁建设中属首例，为今后地铁建设提供了重要的经验参考和借鉴。

［1］李德才.广州地铁2号线复杂工程条件下的公纪区间隧道设计［J］.四川建筑2002（22）：143.

［2］Li Decai.Tunnel Design of Gongji Section of Guangzhou Metro Line2under the Complex conditions ［J］.Sichuan Building，2002（22）：143.