重庆地铁暗挖车站盾构过站方式研究及实践

杨志豪，丁鹏飞，*，邹光炯

(1. 上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200235；2. 重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司，重庆 401122)

0 引言

为了提高区间隧道施工的效率和机械化程度，通过前期论证，重庆轨道交通环线工程首次在重庆地区大规模地采用盾构工法施工区间隧道[1-2]。轨道交通环线工程中，在暗挖车站较多且车站端头无法设置盾构工作井的情况下，盾构安全、快速、便捷地通过暗挖车站显得尤为重要，有助于提高区间隧道的施工效率，减少盾构转场的费用和时间。

文献[3-4]介绍了盾构整体过明挖车站的相关方法与技术、经济性、适应性分析，暗挖车站空间狭小，盾构过站的重难点与明挖车站有较大的区别；文献[5-6]介绍了盾构在空推过预留矿山法暗挖隧道与通过分离岛暗挖车站(隧道断面内净空尺寸高8 843 mm、宽7 750 mm)的案例，隧道断面较小，且均为已完成暗挖隧道结构后再进行盾构步进，与盾构通过同步建设的暗挖大断面车站有较大的差异；文献[7-9]介绍了敞开式TBM过站的相关案例，因敞开式TBM采用撑靴提供反力，喷锚支护，不拼装管片，机器开挖掘进的功效更高，掘进机工作状态与复合式盾构有较大的差异，进而造成盾构工法与矿山法暗挖车站的匹配等重、难点有较大的区别，工程建设过程中需要关注的重点各不相同。

本文以轨道交通环线工程为依托，进一步深入探讨复合式盾构过站方式，按照盾构过站时车站的施工时序分为3种过站方式，并对实现盾构灵活过站及同步实施车站二次衬砌浇筑与盾构过站等有助于加快工期的方式进行尝试，解决暗挖车站与盾构工法相组合在工程实施中的难题。

1 盾构过站的原则及方案研究

1.1 过站原则

复合式盾构过站应遵循“安全、快速、投资少”的原则，综合考虑暗挖车站及盾构施工进度、工程筹划，减少盾构过站对车站工期的影响。施工过程中，应跟踪现场施工进展，根据实际工程进展情况进行必要的调整，最终获得整体工程进度的最优化。

1.2 暗挖车站的施工工序简介

重庆地区轨道交通矿山法暗挖车站，根据建筑的使用及行车限界的要求，标准12 m岛式暗挖车站结构内净空尺寸为21.0 m×18.490 m(跨度×高度)。考虑到重庆地区基岩埋深小、岩石整体性较好的地质条件，依据类似工程经验类比及环线工程实际情况，环线工程暗挖车站主要采用双侧壁导坑法施工，共分9步开挖[10-11]。暗挖车站双侧壁导坑法施工步序如图1所示。

第1阶段： 完成施工通道向车站主体施工转换后，开挖车站侧壁上导坑，并完成相应支护。

第2阶段： 开挖侧壁中导坑，并完成支护。

第3阶段： 开挖侧壁下导坑，并完成支护。

第4阶段： 开挖车站上台阶核心土，并完成拱圈初期支护封闭。

第5阶段： 完成核心土开挖，并完成仰拱二次衬砌的浇筑。

第6阶段： 分步浇筑车站主体二次衬砌及内部结构。

图1 暗挖车站双侧壁导坑法施工步序图

1.3 盾构过站方式及适用性分析

1.3.1 盾构过站难点

盾构过站方式的选择应与其过站时暗挖车站所处的工况阶段相匹配。经过分析，复合式盾构通过暗挖车站难点如下。

1)矿山法暗挖车站自身工程体量大，施工难度大、风险高、受力体系转换多、步序复杂，暗挖车站主体工程的工期通常是控制性节点工期。

2)复合盾构在暗挖车站接收后通过车站洞身，开始掘进下一段区间隧道，已完成的隧道及车站洞身需作为盾构出碴、管片运输、电力、通风、供水的通道且不能中断，直到盾构掘进完成全部区间隧道。

1.3.2 盾构过站适用性分析

根据盾构通过时暗挖车站所处的不同施工阶段，过站方法如下。

1)盾构掘进过站(先隧后站)。盾构到达车站范围时，车站主体结构尚未施工，盾构可选择正常掘进并拼装管片通过车站，后期暗挖车站施作时再破除管片。盾构掘进过站示意如图2所示。

2)盾构初期支护步进过站。盾构到达车站范围时，车站尚处于导坑开挖阶段(即上述暗挖车站施工步序第3阶段)，盾构空推步进(不拼装管片)通过已完成的暗挖车站初期支护导洞，待盾构过站完成后，再进行车站的后续阶段施工。盾构初期支护步进过站示意如图3所示。

3)盾构二次衬砌步进过站。盾构到达车站范围时，车站主体隧道的二次衬砌已经浇筑完成，盾构空推步进通过车站(不拼装管片)。盾构二次衬砌步进过站示意如图4所示。

1.3.3 盾构3种过站方式的优缺点

经初步分析，3种过站方式的优缺点如表1所示。

图2 盾构掘进过站示意图

图3 盾构初期支护步进过站示意图

图4 盾构二次衬砌步进过站示意图

2 环线沙坪坝区段盾构过站施工实践

2.1 工程概况

重庆市轨道交通环线工程是重庆主城区轨道交通线网的重要组成部分，也是线网规划中“九线一环”的主骨架，全线共设33座车站，其中高架站3座，半地下车站2座，明挖车站11座，矿山法暗挖车站17座，矿山法暗挖车站占比超过50%。

本文以环线工程经主城沙坪坝区的7站7区间为例，结合施工组织筹划，统筹研究盾构过站方案。本段线路全长约9 925.561 m，均采用地下敷设方式，共设地下站7座(其中明挖车站2座，矿山法暗挖车站5座)，平均站间距为1 411 m。车站情况见表2。

本段区间均为地下线，且位于重庆中心城区，根据前期的专题论证成果，除了停车场接轨区间(凤天路站—天星桥站区间)采用矿山法施工外，其余6段区间均采用复合式盾构进行施工。

2.2 盾构过站方式筹划

本段区间以凤天路站—天星桥站矿山法区间为界分为南、北2段进行盾构施工筹划。南段为重庆西站(不含)—上桥站—凤鸣山站—凤天路站(不含)段；北段为天星桥站(不含)—沙坪坝站—沙正街站—嘉陵江隧道洞口段，均为2站3区间。

2.2.1 重庆西站—凤天路站区段工程筹划

南段重庆西站—凤天路站区段工程筹划，利用明挖凤鸣山站作为盾构始发场地，分别向凤天路站和重庆西站方向掘进，上桥站需采用盾构过站方式。初期工程筹划的考量点如下。

表1 复合式盾构过站方式优缺点比较表

1)盾构要于暗挖凤天路站接收并经暗挖风道吊出，需考虑盾构在风道中平移的难度且场地提供较晚。

2)上桥站—凤鸣山站区间长度为853 m，盾构始发之后，掘进约3个月即可到达上桥站，要通过正在施工暗挖主体的上桥站。

充分考虑上述影响因素后，工程筹划采用盾构自明挖凤鸣山站小里程端头井始发，经上桥站过站后于重庆西站端头井接收，预判盾构到达上桥站时，车站尚处于暗挖主体隧道开挖阶段，按照初期支护步进过站方式预排定(若现场上桥车站工期进展顺利，则采用二次衬砌步进过站)；盾构至重庆西站盾构井接收后转场至凤鸣山站大里程端头井二次始发，于凤天路站接收，并经暗挖风道吊出(见图5)。本段工程筹划，盾构共计掘进3 384双线延米，初期支护步进通过1座暗挖车站约214 m。

表2 沙坪坝区段车站概况一览表

2.2.2 天星桥站—嘉陵江隧道洞口区段工程筹划

北段天星桥站—嘉陵江隧道洞口段，盾构自天星桥站大里程端头井始发，经沙坪坝站、沙正街站过站后于嘉陵江隧道洞口接收(见图6)。本段工程筹划难点为盾构要通过正在施工中的暗挖沙坪坝站、沙正街站，2座车站均为暗挖车站，暗挖车站的施工状态决定了盾构过站方式的选择。

初步的工程筹划，沙坪坝站为3线换乘车站，车站断面大且车站施工通道场地选取困难，初步判断盾构推进至车站时主体尚未开挖，拟定本站采用盾构掘进过站，待区间隧道贯通后，暗挖车站开挖时破除车站范围内区间管片。沙正街车站为暗挖配线车站，工程量较大，考虑到车站距离盾构始发端较远且施工通道场地条件较好，预判盾构到达时，车站主体开挖已完成，故采用盾构初期支护过站的方式。本段工程筹划，盾构共计掘进3 338双线延米，通过2座暗挖车站，其中掘进过站1座长约178 m，初期支护步进过站1座长约283 m。

2.3 工程实践及相应调整

在工程实施过程中，因外部条件的改变，盾构到达暗挖车站主体时，车站主体施工阶段与前期设计阶段预判有所不同，需对施工筹划进行调整。

南段重庆西站—凤天路站区段，工程进度满足筹划要求，采用盾构在车站隧道初期支护状况下步进过站(见图7)。待上桥站—重庆西站区间贯通后，再进行车站隧道核心岩柱解除及后续车站主体结构施工。工程的风险主要在于中隔岩柱高约20 m[12]，需待区间隧道贯通后方可解除岩柱，施作隧道衬砌结构，该风险工况持续约6个月。

北段天星桥站—嘉陵江隧道洞口段，因为盾构始发场地较晚提供，无法按照计划始发盾构，而沙坪坝站、沙正街站施工较计划有所提前。考虑到沙坪坝站主体隧道结构最大开挖跨度为26.1 m，初期支护过站风险不可控。经过多方论证，适当延后盾构始发时间，加速完成沙坪坝站、沙正街站的主体二次衬砌，最终盾构均采用二次衬砌步进过站的方式，通过沙坪坝站和沙正街站；并采用了高净空模板台车的方式，预留了盾构通过模板台车的空间。

图6 天星桥站—嘉陵江隧道洞口区段盾构施工筹划图(单位： m)

(a) 盾构在暗挖车站端头接收

(b) 盾构临时轨道过暗挖车站

3 盾构过站方式的优化与重点技术探讨

3.1 盾构灵活过站方式的实现

盾构过站方式虽然在工程初步筹划时会有一个预判方案，但在工程实施中，因诸多边界条件的变化，预判方案与现场进度会有较大的差异，需预留接口工程满足3种过站方式，以便根据现场实际进度，合理调整过站方式，实现灵活过站。接口工程不仅要考虑工序转换的方便，而且应尽量与永久工程相结合，尽量避免废弃工程量的产生。

3.1.1 盾构与暗挖车站结构关系

环线工程中，复合式盾构刀盘直径为6 860 mm，根据限界要求，车站结构线路中心线距离车站二次衬砌内表面为2 250 mm，小于1/2的盾构直径(3 430 mm)。车站初期支护内表面距离线路中心线约3 820 mm，故在不偏移隧道中心线的情况下，盾构外壳距离车站初期支护约380 mm，盾构与隧道二次衬砌结构冲突约860 mm(见图8)。因此，若暗挖车站二次衬砌完成后，则盾构无法沿线路中心线通过已完成的车站，而盾构掘进过站或初期支护过站时，因二次衬砌尚未施工，故盾构可沿设计线路通过车站隧道。

图8 盾构与暗挖车站标准断面结构关系图(单位: mm)

3.1.2 过站导洞的设置

在采用盾构二次衬砌步进过站方式时，不能简单地通过加大车站暗挖隧道的跨度来满足盾构步进过站的尺寸要求，主体隧道的安全性、经济性均无法得到保证。通过多方案的比选研究，在环线工程中，在暗挖车站端头增设分离式的过站导洞(见图9)，在接收(始发)洞中可以实现盾构的接收、平移和步进，以适应暗挖车站主体隧道的尺寸[13]。盾构过站工序平面见图10。同时，所增设的接收(始发)洞可兼作车站人防段或站端废水泵房，实现预留工程“零废弃”的目标。

图9 过站导洞(后期兼作人防段)

工况1—盾构接近接收洞端头，做好接收准备； 工况2—盾构进入站端接收洞； 工况3—在接收洞中平移盾构，以便其进入已完成二次衬砌的暗挖车站； 工况4—进入车站断面后的盾构，继续调整其位置，通过铺设好的临时轨道，通过车站。

3.2 同步实施车站二次衬砌浇筑与盾构过站

暗挖车站二次衬砌的浇筑是一个系统的过程，常规流程是拆除临时钢撑—铺设防水卷材—钢筋绑扎—混凝土浇筑。由于车站隧道断面较大，为了提高施工效率，一般需定制钢筋绑扎台车和二次衬砌模板台车[14-15]。在天星桥站—嘉陵江隧道洞口区段实施时，盾构通过的沙正街站正好是车站二次衬砌浇筑的时段，为了不打乱车站二次衬砌施工的节奏，在模板台车设计加工阶段，考虑台车下预留盾构通过的净空(见图11)，采用新型高净空桁架式模板台车，做到车站二次衬砌和盾构过站同步进行(见图12)。

图11 车站高净空模板台车示意图

图12 盾构下穿模板台车现场照片

4 结论与讨论

1)重庆市轨道交通环线工程是重庆地区在主城范围内首次大规模应用复合式盾构工法的项目，通过研究盾构通过暗挖车站的工法，解决了暗挖车站与盾构工法相组合在工程实施中的难题，以期为类似工程提供有益的经验。

2)盾构通过暗挖车站有掘进过站、初期支护步进过站、二次衬砌步进过站3种方式，通过比选和工程实践，在整体工期可控的前提下，首推盾构二次衬砌步进过站方法。掘进过站方式因工程废弃量较大，应尽量避免。

3)在暗挖车站端头增设接收(始发)导洞、高净空桁架式模板台车等新工艺的应用，可增加盾构过站方法的灵活性，提高工程筹划的精准度。

4)过站工况有较大的不确定性，前期应重点加强对过站方式预留工程的灵活性与永临结合进行多工况考虑，避免废弃工程的产生。实施过程中应加强工期跟踪，对各工序的实施步骤及时了解，可以尽早从总体筹划角度来决策、优化。

5)初期支护步进过站工法灵活性比较高，但其所带来的中隔岩柱及过站后对岩柱的破除给车站常规正常施工带来了干扰，应选用合适的支护参数。

6)不论采取哪种过站方式，盾构过站均会对暗挖车站产生较大的干扰。若结合快慢车组合运营模式下的“越行线”的配线设置模式，研究过站快线与进站慢线施工工法匹配，减少车站、区间施工的相互干扰。