地铁车站盾构法与矿山法联合施工技术

靳鹏谦

【摘要】伴随着科技的进步，更多国外地铁隧道方面先进技术的引入，地铁隧道及地下工程建设呈现出一片欣欣向荣的景象。作为地铁车站施工过程中的重要技术方法，盾构法与矿山法联合施工技术有着其独特的优势。该项课题的研究，将会更好地提升对该项施工技术的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化地铁车站施工的整体效果。基于此，本文主要对地铁车站盾构法与矿山法联合施工技術进行分析探讨。

【关键词】地铁车站；盾构法；矿山法；联合施工技术

1、前言

在城市地铁工程中，施工时间最长，施工费用最大的工程即为地铁车站工程。特别是城市地铁区间隧道引进盾构法施工后，因盾构法施工速度快，区间隧道施工速度与地铁车站施工速度快慢不对称的矛盾尤为突出。在实际地铁车站施工中若能将盾构法和其它辅助方法结合起来，例如盾构法与矿山法联合施工，能缩短建设工期，降低造价，有良好的技术经济效益

2、地铁车站盾构法与矿山法联合施工技术

2.1工程对象和施工方案

根据北京市地铁建设的规划和安排，联合工法拟定的工程对象为北京市地铁四号线或十号线等地铁工程。据北京市地铁建设公司介绍，地铁四号线全长26.6km，全部为地下线。该线南起马家堡西路向北经西单至新街口，折向西到白石桥后向北至圆明园，然后再向西至颐和园北宫门。因沿途地面建筑物密集，为减少地面建筑物损坏，设计上尽可能采用盾构法施工。以地铁五号线东四车站施工为例，对盾构法和矿山法联合施工地铁车站进行说明。

2.2盾构法和矿山法联合施工方案

根据单层三跨隧道结构的特点，考虑先采用盾构法施工两侧隧道，然后采用矿山法施工中段隧道（即与矿山法施工的侧洞法施工相似）。采用这两种工法按上述方案联合施工，具有明显的技术优势：利用两端明挖车站作为工作竖井，两侧车站隧道采用盾构法施工时不用降水；中段隧道采用矿山法施工时，为充分利用土体的作用，采用长台阶施工，因地下水一般位于轨顶上方3m左右，尚在上台阶之下，故上台阶施工时不用降水；矿山法施工中段隧道时，由于有两侧盾构法隧道结构作为支撑，仅采用上下两个台阶即可完成高约10m、宽约12m的大断面隧道的施工。同时还可以根据地下水渗流速度（由于开采或工程建设的原因，目前北京市城区地层实际渗流速度，一般比勘测结果要小）的大小，仅用明排法或在洞内降水就可以完成下台阶的结构施工，从而大大降低降水量，可显著减少对地面的干扰；对管片进行特殊设计后，拆除的管片可重复使用，几乎没有施工废弃物，不仅降低工程造价，同时也大大加速施工速度。

2.3车站盾构法施工隧道结构设计

2.3.1隧道内径确定

（1）根据《地下铁道设计规范》，站台进入地铁车厢的高度BC一般取5.0m左右可以满足要求，同时为尽可能增加隧道净空而又不增大隧道埋深，对区间隧道进入车站隧道的两种位置进行综合比较后，选用区间隧道与车站隧道在45°位置相切的进入方式。

（2）区间隧道施工用盾构机可从车站盾构隧道通过北京市地铁盾构法隧道内径为5.4m，外径为6.0m，因此盾构机的外径必须大于6.0m。根据壁后同步注浆管路设计方式不同，盾构机外径存在一定差异。德国制造的盾构机一般将注浆管路完全布置在盾尾内壁，盾构机公称外径一般为6.20m，而日本制造的盾构机因注浆管路布置在盾尾外壁，故外径为6.14m。目前北京市地铁施工用盾构机既有德国造，也有日本造，因而区间隧道盾构机的外径可按6.20m考虑。综合考虑上述两个因素，并通过计算与比较，确定车站盾构法施工隧道的内径7.00m，其中BC的高度为4.95m。

2.3.2管片分块与隧道结构形式

（1）盾构隧道管片理论分块设计以左线车站隧道施工为例，从隧道结构稳定性、分块最大重量以及便于拆除等方面综合考虑，每环结构由10块管片组成。

（2）管片结构形式与拼装管片结构形式：为使隧道结构受力合理，同时又便于拼装和拆除，设计每环采用A型、B型以及C型三种管片，其结构厚度为350mm。

管片拼装：根据车站盾构隧道工程部分管片需要拆除的特点，设计考虑每环管片由两段基本圆弧组成，两段基本圆弧的结合部采用直线型。

2.3.3车站中段站台隧道（矿山法施工）结构形式

从站台层的建筑空间大小与美观考虑，车站中段站台隧道设计采用拱柱结构形式。在隧道顶部或底部拱结构设计时，笔者考虑在拱脚处尽可能不产生过大的水平外推力以及隧道结构的对称性，经过结构计算和比较，隧道上下拱均采用半径为10.00m的圆弧，两侧中柱采用φ1000钢筋混凝土结构柱，间距为6.0m（盾构管片拆除前，在车站盾构隧道内施工中柱）。

2.4施工顺序及施工方法

地下工程施工时，结构支护形式、施工顺序等都会对地下工程结构的稳定性和形变特征带来较大的影响。对于地铁车站工程，考虑三种不同的施工顺序，并经过结构受力与变形计算，得出A方案施工顺序工程结构受力比较合理，结构变形合理，地面下沉量最小。因此两种施工方法联合施工地铁车站时采用A方案施工顺序。

2.4.1工作竖井施工

竖井采用锚喷法施工，先进行一衬结构的施工，并辅助以横向钢支撑作为支护，等到盾构隧道掘进施工完成之后，采用“正做法”施做二衬结构时，再逐渐拆掉钢支撑。在竖井施工前一个月需提前降水。

2.4.2盾构法隧道施工

盾构法隧道施工分为很多步骤，有盾构机下井组装和调试，左右线隧道负环施工和正常掘进施工、贯通掘进施工及盾构机掉头施工等等。为了节省盾构机的设备摊派费用，应考虑一台盾构机用于多个车站的施工。因此，还要考虑盾构机多次解体和转场施工。

2.4.3中段站台隧道施工

站台隧道采用矿山法来施工，整个过程相当于矿山法中侧洞法施工中的中洞施工。在具体施工中，可以利用已经施工完成的盾构隧道作为支撑，采取长台阶法施工。上台阶只需要施工顶拱结构，保持拱脚支撑在盾构管片结构外壁上。根据施工的组织需要尽可能拉长台阶的长度，考虑到地下水的出现，所以优先采用排水方法作为保证隧道干燥施工的附加措施。

2.4.4盾构隧道站台一侧管片拆除施工

车站中段站台隧道施工结束后，可以进行盾构隧道站台一侧管片的拆除施工。拆除时，可先从预先设置的钢管片拆起，并逐步扩大到整个隧道。为防止拆除不当出现不对称荷载、破坏车站整体结构，必须坚持左右隧道管片对称拆除的原则。

2.4.5车站附属结构施工

车站附属结构施工包括站台、通风道、出入口（可提前施工）以及两端工作竖井二衬结构与车站附属物施工。

结语：

综上所述，加强对地铁车站盾构法与矿山法联合施工技术的研究分析，对于其良好施工效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的地铁车站施工实践中，应该加强对站盾构法与矿山法联合施工技术的重视程度，并注重其具体应用过程的严谨性。针对城市里各种复杂的地层条件和各方面的要求，选用盾构法和矿山法结合施工，可以扬长避短，可达到良好的经济、社会和环境效益。