城市轨道交通地下车站暗挖工法综述

刘洪波

（上海申通地铁集团有限公司技术中心，201103，上海∥高级工程师）

城市轨道交通地下车站暗挖工法综述

刘洪波

（上海申通地铁集团有限公司技术中心，201103，上海∥高级工程师）

暗挖法修建地铁车站具有不影响城市交通，以及管线搬迁少、建筑拆迁量小、环境影响小等优点，具有良好的应用前景。介绍了国内外修建地铁车站采用的各类暗挖工法，并进行了综合比较，提出了选择暗挖工法应考虑的因素。应根据工程地质条件、既有施工设备、车站自身特点及周边环境等因素来选择具体的暗挖工法。

城市轨道交通；地下车站；浅埋暗挖法；新管幕法；盾构法

Author's address Technical Center of Shanghai Shentong Metro Group Co.，Ltd.，201103，Shanghai，China

在城市轨道交通建设中，地铁车站施工方法的选择至关重要，它直接影响到车站的土建投资、建设工期及周边环境等。经过几十年的探索和实践，我国各城市都形成了比较成熟的地铁车站施工方法，如明挖顺作法、明挖逆作法、盖挖法等。但这些施工方法往往需要占用地面道路，对车站上方的管线需进行临时或永久搬迁，建筑、绿化拆迁量大，施工期间机械施工噪声对城市生活干扰大，容易引发建设与环境、交通、社会的矛盾。特别是在城市主干道，这些矛盾会更加突出。

随着国内各城市轨道交通线网的不断加密及网络化建设的不断推进，车站埋置深度越来越深，采用明挖法施工可能并不经济；或车站所处站位不允许车站采用明挖法施工；或明控法施工因车站上方有重要管线或建筑物需搬迁而带来较大的工程前期费用；或随着人们环境意识的增强，不适宜在繁华市区或居民区附近进行大开挖施工，这时暗挖法会显示出其独特的优势。暗挖法无需占用地面道路或拆迁地面建筑物，不需要搬迁管线，不影响地面交通，施工噪声小，在轨道交通网络化建设中具有广泛的应用前景。

1　国内外各种车站暗挖工法介绍

经调研，国内外许多城市轨道交通地下车站采用了暗挖法进行修建。主要的暗挖法有浅埋暗挖法、新管幕法和盾构法。国内地下车站采用最多的是浅埋暗挖法，新管幕法仅有一个应用案例。国外如日本、前苏联、韩国、意大利等国家的地下车站较多地采用了盾构法和新管幕法施工。

1.1浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是利用围岩的自稳能力或在超前支护（如超前小导管或管棚等）保护下施工初期支护、柔性防水层及二衬结构的施工方法。浅埋暗挖法已在北京、广州、深圳、南京等城市的地铁车站修建中得到了广泛应用，如北京地铁5号线东单站为不影响繁忙的地面交通而采用了浅埋暗挖法施工，如图1、图2所示。浅埋暗挖法还在广州地铁越秀公园站、南京地铁南京火车站站，以及北京地铁复兴门站、王府井站、西单站、东单站、磁器口站等得以应用。因浅埋暗挖法施工工艺比较成熟，因此本文不作详细介绍。

1.2新管幕法

新管幕法全称为New&Tubu-lar-Roof-Method，简称NTR工法［1］，是在管幕法的基础上演变而来的。该工法在意大利、韩国得到广泛应用，如韩国首尔市中心的地铁9号线913快速换乘站采用了NTR工法施工。NTR工法在国内的首次应用案例是沈阳地铁2号线新乐遗址站。该站的横断面示意图如图3所示［2］。

图1　北京地铁5号线东单站纵断面图

图2　北京地铁5号线东单站横断面图

图3　沈阳地铁2号线新乐遗址站横断面示意图

NTR工法的施工程序为：以拟建结构的横断面为施工工作面，沿着结构的轴线方向顶入钢管，钢管沿着结构横断面的轮廓线布设并进行密排，在顶管的过程中，管内的土随钢管顶进逐步挖出，人可在管内操作；所有钢管顶进去形成管排后，将相邻钢管的邻接部位切开，切口的高度大于设计结构厚度；同时用钢板将相邻钢管的切口横向焊接并在连接钢板之间加支撑，使相邻钢管连接并形成一个完整的廊道；在廊道内进行结构钢筋混凝土施工；在已形成的结构内进行土方开挖及结构施工。其施工关键技术包括超前管棚施工、地下水的防治处理、二次衬砌的浇筑等。

1.2.1超前管棚施工

由于NTR工法施工的管棚均为大直径管棚，且管棚在后期又是永久结构的一部分，因此施工工艺较为复杂。管棚施工步骤如下：

（1）将管棚先导管顶入土体，先导管的外径略大于管棚外径，内径等同于正常管棚外径（先导管相当于盾构的外壳）；

（2）管棚先导管正常顶入土体后，在先导管内部推入直径小于正常管棚管径的钢管，在先导管的支护下将小管径钢管侧面切开，从小管内径向设置千斤顶将小管直径扩大到正常管直径，然后加钢板焊接。施工步骤如图4所示。

图4　管棚施工步骤示意图

（3）在先导管与后续就位钢管之间设置顶进设备，为确保管棚开挖面前方土体稳定，阻止地下水的渗入，在掌子面前方采用超前注浆止水，如图5所示。

图5　工作面超前注浆加固止水示意图

1.2.2地下水的防治处理

NTR工法的特点是施工期间不必采用人工降水。因为NTR工法在施工各个阶段均采用了止水措施：竖井施工期间的降水采用止水帷幕；打设管棚期间在管棚掌子面前方超前注浆止水，并在各个钢管之间外侧注浆止水，如图6所示。管棚之间注浆止水是为方便结构施工前各个管棚连接期间过渡，一旦各个管棚采用防水钢板连接后，整个钢板即形成一个封闭的防水空间，浇筑结构及内部土方开挖均可在无水条件下实施。NTR工法的永久结构防水是外钢板全包防水加混凝土结构自防水的防水体系。

图6　钢管外侧注浆止水示意图

1.2.3二次衬砌的浇筑

国内浅埋暗挖工程均在超前支护下方设置初期支护，在初期支护内开挖土体并浇筑二次衬砌。NTR工法是直接在管棚内绑扎钢筋并浇筑混凝土。各个钢管联通并绑扎钢筋后，在每根钢管内分别埋设混凝土浇筑管、空气排出管、补偿注浆管；混凝土由下而上浇筑，纵向浇筑长度根据具体情况确定；浇筑过程中随浇筑随拔出混凝土浇筑管［3］。具体如图7所示。

1.3盾构法

可直接利用大直径单圆盾构机或连体盾构机（如三圆盾构、四圆盾构）修建地铁车站，车站断面可

一次成型；也可采用单圆盾构与其他工法如矿山法、半盾构法等配合修建，即在单圆盾构修建隧道的基础上扩挖形成地铁车站。据调查，国外采用盾构法修建地铁车站的主要方法有以下几种。

1.3.1单圆盾构与矿山法结合修建地铁车站

单圆盾构与矿山法结合修建地铁车站的结构断面相对比较灵活，具体根据客流情况确定。矿山法修建地铁车站时，会配合使用各类辅助工法，如超前管棚、超前小导管、冰冻法等。

对于客流较大的车站，可利用矿山法修建岛式车站中间集散厅。即车站两旁侧隧道采用盾构法施工，与区间隧道断面相同，列车停在圆形的“区间隧道”里；车站集散厅采用矿山法施工，站台全部置于中央集散厅内，在行车隧道和集散厅之间用连续开洞的隔墙代替原有的梁柱体系，在墙上对应车厢的部位设屏蔽门。这种方法在前苏联较为常见。图8为采用此工法施工的圣彼得堡地铁三拱墙柱式车站标准横断面图。

对于客流较大的车站，也可采用由三个并列的圆形隧道组成三拱塔柱式车站。这种型式的车站在前苏联的地铁中也较多。图9为采用该方法施工的基辅地铁三拱塔柱式车站标准横断面图，两侧的圆形隧道作为行车隧道并在其内设置站台，中间隧道作为集散厅，用横向通道将三个隧道连成一个整体。

对于客流量较小的车站，可由横向通道将两个并列的圆形隧道连成假岛式站台车站。即在横向通道处可视为岛式站台车站。每个隧道内都设有一组轨道和一个站台，乘客从车站两端或车站中部夹在两圆形隧道之间的竖井（或自动扶梯隧道）进入车站横通道，再进入站台乘车。图10为采用这种方法修建的伦敦地铁车站标准横断面。

图7　管棚内混凝土浇筑示意图

图8　圣彼得堡地铁三拱墙柱式车站标准横断面图

图9　基辅地铁三拱塔柱式车站标准横断面图

图10　伦敦地铁暗挖法车站标准横断面图

上述车站采用的盾构隧道断面通常与区间隧道断面一致，但也可与区间隧道断面不一致，如日本成功运用子母式盾构修建了杂司谷地铁车站和西早稻田地铁车站，如图11所示。在杂司谷车站及西早稻田车站范围内采用了Φ8.17 m的母盾构进行掘进施工，车站掘进完成后，从母盾构中推出Φ6.77 m子盾构继续掘进单线区间隧道。母子式盾构如图12所示。

图11　杂司谷/西早稻田地铁车站横断面图

图12　母子式盾构机

1.3.2单圆盾构与半盾构结合修建地铁车站

先用2台盾构平行开挖两旁侧隧道，然后在1台半盾构的掩护之下掘进车站中间站厅部分，乘客从车站两端的斜隧道或竖井进入站台。图13为前苏联采用这种方法修建的巴维列茨克地铁车站标准断面。

图13　维列茨克地铁半盾构法车站标准断面图

1.3.3三圆盾构修建地铁车站

20世纪80年代以后，以日本为代表，为满足在城市繁华地区及一些特殊工程的施工需要，大量的新型盾构施工技术应运而生。这些新技术主要反映在施工断面上从常规的单圆形向2圆形、3圆形、4圆形、方形、矩形及复合断面发展。

日本于1994—1998年第一次成功应用三圆泥水盾构技术修建了东京地铁7号线白金台车站，如图14所示。之后12号线饭田桥站也采用了三圆盾构施工。三圆盾构有中央大直径圆和两侧小直径圆、三个等直径圆两种形式，如图15所示。

1.3.4四圆盾构修建地铁车站

该方法适用于车站宽度受到限制且客流量较小的车站。四圆盾构暗挖法在东京地铁12号线六本木站有过成功的经验。六本木站站位上方有两根电

图15　三圆盾构掘进机的两种形式

力隧道，受此影响，车站埋深很深，且不能采用大开挖的形式施工。为尽量减小对周边环境影响，该站选用四圆泥水盾构方案暗挖车站，详见图16。该盾构有两个主刀盘，两个辅助刀盘。盾构高7.06 m，宽13.18 m，两端主刀盘直径为6 560 mm，上下小刀盘直径为1 720 mm，如图17所示。

图16　六本木车站横剖面效果图

图17　四圆盾构

1.3.5大直径单圆隧道直接作为车站主体

此法目前仅见于巴塞罗那地铁车站。该类型车站和区间隧道一起用Φ12.06 m大直径盾构施工，车行区上下双层设置，在车站范围隧道内设置侧式站台，乘客从隧道旁的竖井进车站，上下运输利用垂直电梯，如图18所示［4］。

图18　巴塞罗那地铁车站横剖面图

2　各种暗挖工法的综合比较

通过分析上述三种暗挖工法的特点，从工程地质的适应性、车站断面尺寸、地面沉降影响、工程造价、主要优缺点等方面对三种暗挖工法进行了比较，如表1所示。

3　选择暗挖法需考虑的因素

地铁车站暗挖工法的选择，必须综合考虑车站所处工程地质条件、施工现有设备、车站自身特点及车站周边环境等情况。

（1）工程地质条件。工程地质条件对于车站暗挖工法的选择至关重要。根据多年的地铁施工经验，对于含水量较高的软弱土层，选择浅埋暗挖法需慎重；对于相对较好的土层，浅埋暗挖法因断面尺寸选择灵活、工程造价低等特点有独特的优势；盾构法对地层的适应性较强，但若配合其他工法，则必须考虑其他暗挖工法的地层适应性。

表1　三种暗挖工法的综合比较

（2）施工现有设备。车站暗挖工法的选择也应考虑现有设备情况，特别是选用盾构法施工，若购买新设备将带来巨大的前期投入，后期也应有相应的工程跟上，否则将带来巨大的资源浪费和长期的维护费用；若利用既有盾构设备，则应考虑设备尺寸能否满足车站使用功能需求。

（3）车站自身特点及功能需求。车站自身的客流情况对暗挖工法的选择有所影响，对于客流量较大的车站，应考虑设置乘客集散厅，因此对车站的站台宽度及车站的断面尺寸要求较高，这种情况下要评估利用既有盾构设备能否适应车站功能需要。车站的埋置深度也对车站暗挖工法的选择有所影响，车站的埋置深度越深，施工对地表的影响越小，暗挖工法选择所受的限制也越小。

（4）车站周边环境。车站周边环境情况如车站上方有无大的管线、车站周边有无重要建筑物需要保护、车站距周边建（构）筑物的距离远近等决定了车站暗挖工法的选择。对于相同的土层，盾构法施工对地面的影响较小，地层损失率较低，对周边环境影响小。4结 语

随着轨道交通建设的不断发展和人们环保意识的不断增强，会有越来越多的车站不适宜采用明挖法施工，如开挖深度较深的车站、车站上方有重要管线或建筑物需搬迁但费用很高的车站、上方道路交通不允许中断的车站、地处环保要求较高的繁华市区或居民区的车站等。暗挖法因具有不影响城市交通、管线搬迁和建筑拆迁量小、对环境影响小等优点，将具有良好的应用前景，但具体选择哪一种暗挖工法，应根据工程所处的地质条件、既有设备情况、车站自身特点及周边环境等因素来综合确定。

［1］ 邢凯，陈涛，黄常波.新管幕工法概述［J］.城市轨道交通研究，2009（8）：63.

［2］ 姚春艳.NTR工法在暗挖地铁车站中的应用［J］.交通标准化，2010（4）：105.

［3］ 谭富圣.NTR工法在地铁暗挖车站工程中的应用［J］.市政技术，2009（3）：280.

［4］ 上海申通地铁集团有限公司技术中心.华山路站暗挖法设计施工技术专题［R］.上海：上海申通地铁集团有限公司技术中心，2004.

［5］ 韦青岑，张俊儒，何基香.广州地铁5号线文冲站局部明挖改暗挖方案设计［J］.城市轨道交通研究，2013（5）：55.

Summary of Tunneling Method for Urban Rail Transit Station

Liu Hongbo

In the constructing of subway station，because of the advantages like smaller impact on urban traffic，lighter amount of pipeline removal and building demolition，minimum environment influence，etc.，tunneling method has a good application prospect.In this paper，various buried-tunneling methods adopted in the construction of subwaystations around the world are introduced and comprehensively compared，deliberative factors for adopting the buried-tunneling method are proposed，which put full consideration of engineering geologic conditions，the existing equipment，the surrounding conditions of a station and the neighboring environment.

urban rail transit；underground station；shallow buried tunneling method；new tubular roof method；shield tunneling method

U 231+.4；TU 94+1

10.16037/j.1007-869x.2015.07.023

2013-09-13）