地鐵車站的施工方法

目前國(guó)內(nèi)外修建地鐵車站的施工方法有明挖法、蓋挖法、暗挖法、盾構(gòu)法等。主要闡述了修建地鐵車站施工方法的原理、施工流程、優(yōu)缺點(diǎn)，為我國(guó)各大城市修建地鐵車站時(shí)選擇合理的施工方法提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；施工方法；施工流程；優(yōu)缺點(diǎn)；適用條件

伴隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展與綜合國(guó)力的增強(qiáng)，城市的規(guī)模也不斷的增大，城市人口流量還在增加、再加上機(jī)動(dòng)車輛呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢(shì)，交通狀況不斷惡化。為了改善交通環(huán)境，采取了各種措施，其中興建地下鐵道得到了普遍的認(rèn)可，如最近幾年在北京、廣州、深圳等城市便興建了大量的地下鐵道。由于在城市中修建地下鐵道，其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地質(zhì)、環(huán)境保護(hù)、施工機(jī)具以及資金條件等因素的影響較大，因此各自所采用的施工方法也不盡相同。下面將就城市地下鐵道施工方法分別加以介紹。施工方法的選擇應(yīng)根據(jù)工程的性質(zhì)、規(guī)模、地質(zhì)和水文條件、以及地面和地下障礙物、施丁設(shè)備、環(huán)保和工期要求等因素，經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。1、明挖法

明挖法是指挖開地面，由上向下開挖土石方至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，自基底由下向上順作施工，完成隧道主體結(jié)構(gòu)，最后回填基坑或恢復(fù)地面的施工方法。

明挖法是各國(guó)地下鐵道施工的首選方法，在地面交通和環(huán)境允許的地方通常采用明挖法施工。淺埋地鐵車站和區(qū)間隧道經(jīng)常采用明挖法，明挖法施工屬于深基坑工程技術(shù)。由于地鐵工程一般位于建筑物密集的城區(qū)，因此深基坑工程的主要技術(shù)難點(diǎn)在于對(duì)基坑周圍原狀十的保護(hù)，防止地表沉降，減少對(duì)既有建筑物的影響。明挖法的優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)，常被作為首選方案。但其缺點(diǎn)也是明顯的，如阻斷交通時(shí)間較長(zhǎng)，噪聲與震動(dòng)等對(duì)環(huán)境的影響。

明挖法施工程序一般可以分為4大步：維護(hù)結(jié)構(gòu)施工→內(nèi)部土方開挖→工程結(jié)構(gòu)施工→管線恢復(fù)及覆土，如圖1.

上海地鐵M8線黃興路地鐵車站位于上海市控江路、靖宇路交叉口東側(cè)的控江路中心線下。該車站為地下2層島式車站，長(zhǎng)166.6m，標(biāo)準(zhǔn)段寬17.2m，南、北端頭井寬21.4m.標(biāo)準(zhǔn)段為單柱雙跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，端頭井部分為雙柱雙跨結(jié)構(gòu)，共有2個(gè)風(fēng)井及3個(gè)出人口。車站主體采用地下連續(xù)墻作為基坑的維護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻在標(biāo)準(zhǔn)段深26.8m.墻體厚0.6m.車站出人口、風(fēng)井采用SMW樁作為基坑的維護(hù)結(jié)構(gòu)。2、蓋挖法

蓋挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進(jìn)行施工。主體結(jié)構(gòu)可以順作，也可以逆作。在城市繁忙地帶修建地鐵車站時(shí)，往往占用道路，影響交通當(dāng)?shù)罔F車站設(shè)在主干道上，而交通不能中斷，且需要確保一定交通流量要求時(shí)，可選用蓋挖法。2.1蓋挖順作法

蓋挖順作法是在地表作業(yè)完成擋土結(jié)構(gòu)后，以定型的預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)覆蕭結(jié)構(gòu)（包括縱、橫梁和路面板）置于擋土結(jié)構(gòu)上維持交通，往下反復(fù)進(jìn)行開挖和加設(shè)橫撐，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。依序由下而上，施工主體結(jié)構(gòu)和防水措施，回填土并恢復(fù)管線路或埋設(shè)新的管線路。最后，視需要拆除擋上結(jié)構(gòu)外露部分并恢復(fù)道路。施工順序如圖2.

在道路交通不能長(zhǎng)期中斷的情況下修建車站主體時(shí)，可考慮采用蓋挖順作法。

工程實(shí)例：深圳地鐵一期工程華強(qiáng)路站位于深圳市最繁華的深南中路與華強(qiáng)路交叉口西側(cè)，深南中路行車道下。該地區(qū)市政道路密集，車流量大，最高車流量達(dá)3865輛/h.車站主體為單柱雙層雙跨結(jié)構(gòu)，車站全長(zhǎng)224.3m，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬18.9m，基坑深約18.9m，西端盾構(gòu)并處寬22.5m，基坑深約18.7m.南側(cè)綠地內(nèi)東西端各布置一個(gè)風(fēng)道。主體結(jié)構(gòu)施工工期為2年，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)及臨時(shí)路面施工期為7個(gè)月。為保證深南中路在地鐵站施工期間的正常行車，該路段主體結(jié)構(gòu)施工采用蓋挖順作法施工方案。2.2蓋挖逆作法

蓋挖逆作法是先在地表面向下做基坑的維護(hù)結(jié)構(gòu)和中間樁柱，和蓋挖順作法一樣，基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)多采用地下連續(xù)墻或帷幕樁，中間支撐多利用主體結(jié)構(gòu)本身的中間立柱以降低工程造價(jià)。隨后即可開挖表層土體至主體結(jié)構(gòu)頂板地面標(biāo)高，利用未開挖的土體作為土模澆筑頂板。頂板可以作為一道強(qiáng)有力的橫撐，以防止維護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)變形，待回填土后將道路復(fù)原，恢復(fù)交通。以后的工作都是在頂板覆蓋下進(jìn)行，即自上而下逐層開挖并建造主體結(jié)構(gòu)直至底板，如圖3.

如果開挖面積較大、覆土較淺、周圍沿線建筑物過于靠近，為盡量防止因開挖基坑而引起臨近建筑物的沉陷，或需及早恢復(fù)路面交通，但又缺乏定型覆蓋結(jié)構(gòu)，常采用蓋挖逆作法施工。

工程實(shí)例：南京地鐵南北線一期工程的區(qū)間隧道在地質(zhì)條件和周圍環(huán)境允許的情況下，以造價(jià)、工期、安全為目標(biāo)，經(jīng)過分析、比較，選擇了全線區(qū)間施工方法。其中，三山街站，位于秦淮河古河道部位，位于粉土、粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粘土土層中。因?yàn)槭堑?個(gè)車站，又位于十字路口，因此采用地下連續(xù)墻作圍護(hù)結(jié)構(gòu)。除人口結(jié)構(gòu)采用順作法外，其余均為蓋挖逆作法。2.3蓋挖半逆作法

蓋挖半逆作法與逆作法的區(qū)別僅在于頂板完成及恢復(fù)路面后，向下挖土至設(shè)計(jì)標(biāo)高后先澆筑底板，再依次向上逐層澆筑側(cè)墻、樓板。在半逆作法施工中，一般都必須設(shè)置橫撐并施加預(yù)應(yīng)力，如圖4.3、暗挖法暗挖法是在特定條件下，不挖開地面，全部在地下進(jìn)行開挖和修筑襯砌結(jié)構(gòu)的隧道施工力一法。暗挖法主要包括：鉆爆法、盾構(gòu)法、掘進(jìn)機(jī)法、淺埋暗挖法、頂管法、沉管法等。其中尤以淺埋暗挖法和盾構(gòu)法應(yīng)用較為廣泛，因此，本文著重介紹這兩種方法。3.1淺埋暗挖法（淺埋礦山法）

淺埋暗挖法即松散地層的新奧法施工，新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，對(duì)圍巖進(jìn)行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過對(duì)圍巖和支護(hù)的量測(cè)、監(jiān)控，指導(dǎo)地下工程的設(shè)計(jì)施工。淺埋暗挖法是針對(duì)埋置深度較淺、松散不穩(wěn)定的上層和軟弱破碎巖層施工而提出來的，如深圳地鐵區(qū)間隧道大部分采用了淺埋暗挖法施工。

淺埋暗挖法的施工技術(shù)特點(diǎn)：圍巖變形波及地表；要求剛性支護(hù)或地層改良；通過試驗(yàn)段來指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。

淺埋暗挖法施工隧道時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、圍巖情況、環(huán)境要求以及施工單位的自身?xiàng)l件等，選擇適宜的開挖方法及掘進(jìn)方式。施工中區(qū)間隧道常用的開挖方法是臺(tái)階法、CRD工法、眼鏡工法等；城市地鐵車站、地下停車場(chǎng)等多跨隧道多采用柱洞法測(cè)洞法或中洞法等工法施工。

地下鐵道是在城市區(qū)域內(nèi)施工，對(duì)地表沉降的控制要求比較嚴(yán)格，所以更要強(qiáng)調(diào)地層的預(yù)支護(hù)和預(yù)加固，所采用的施工方法有超前小導(dǎo)管預(yù)注漿、開挖面深孔注漿、管棚超前支護(hù)。淺埋暗挖法的施工工藝可以概括為“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”18個(gè)字，其工藝流程見圖5.

工程實(shí)例：北京地鐵東單車站東南風(fēng)道與車站主體結(jié)構(gòu)正交，北側(cè)在長(zhǎng)安街下，中部及南側(cè)穿過居民區(qū)，風(fēng)道全長(zhǎng)43.4m.采用淺埋暗挖洞樁法施工，在基本維持環(huán)境原狀條件的情況下從地面居民生活區(qū)和人防設(shè)施下面順利通過。3.2盾構(gòu)法

修建地鐵隨道盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)這種施工機(jī)械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。盾構(gòu)（shield）是一個(gè)既可以支承地層壓力又可以在地層中推進(jìn)的活動(dòng)鋼筒結(jié)構(gòu)。鋼筒的前端設(shè)置有支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進(jìn)所需的千斤頂；鋼筒的尾部可以拼裝預(yù)制或現(xiàn)澆隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護(hù)下拼裝（或現(xiàn)澆）一環(huán)襯砌，并向襯砌環(huán)外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防止隧道及地面下沉。盾構(gòu)推進(jìn)的反力由襯砌環(huán)承擔(dān)。盾構(gòu)施工前應(yīng)先修建一豎井，在豎井內(nèi)安裝盾構(gòu)，盾構(gòu)開挖出的土體由豎井通道送出地面。盾構(gòu)法施工工藝見下圖6所示。

按盾構(gòu)斷面形狀不同可將其分為：圓形、拱形、矩形、馬蹄形4種。圓形因其抵抗地層中的土壓力和水壓力較好，襯砌拼裝簡(jiǎn)便，可采用通用構(gòu)件，易于更換，因而應(yīng)用較為廣泛；按開挖方式不同可將盾構(gòu)分為：手工挖掘式、半機(jī)械挖掘式和機(jī)械挖掘式3種；按盾構(gòu)前部構(gòu)造不同可將盾構(gòu)分為：敞胸式和閉胸式2種；按排除地下水與穩(wěn)定開挖面的方式不同可將盾構(gòu)分為：人工井點(diǎn)降水、泥水加壓、土壓平衡式，局部氣壓盾構(gòu)，全氣壓盾構(gòu)等。盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)：除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，既不影響地面交通，又可減少對(duì)附近居民的噪聲和振動(dòng)影響；盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施T易于管理，施工人員也比較少；土方量少；穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)；施工不受風(fēng)雨等氣候條件的影響；在地質(zhì)條件差、地下水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。

工程實(shí)例：北京地鐵五號(hào)線即采用了盾構(gòu)法施工地鐵五號(hào)線是一條貫穿北京市中心的南北向地下交通大動(dòng)脈。南起豐臺(tái)區(qū)宋家莊，向北經(jīng)蒲黃榆、祟文門、東單、東四、雍和宮止于昌平區(qū)太平莊北站，全長(zhǎng)27.7km.由于該路段地上大型建筑物密集，交通流量大，地下管網(wǎng)復(fù)雜，為減少對(duì)城市經(jīng)濟(jì)和市民生活的影響，經(jīng)專家論證，決定在雍和宮至北新橋約700m長(zhǎng)的試驗(yàn)段率先采用盾構(gòu)施工方法。該盾構(gòu)為大直徑土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。4、沉管法

沉管法是將隧道管段分段預(yù)制，分段兩端設(shè)臨時(shí)止水頭部，然后浮運(yùn)至隧道軸線處，沉放在預(yù)先挖好的地槽內(nèi)，完成管段間的水下連接，移去臨時(shí)止水頭部，回填基槽保護(hù)沉管，鋪設(shè)隧道內(nèi)部設(shè)施，從而形成一個(gè)完整的水下通道。

沉管隧道對(duì)地基要求較低，特別適用于軟土地基、河床或海岸較淺，易于水上疏浚設(shè)施進(jìn)行基槽開外的工程特點(diǎn)。由于其埋深小，包括連接段在內(nèi)的隧道線路總長(zhǎng)較采用暗挖法和盾構(gòu)法修建的隧道明顯縮短。沉管斷面形狀可圓可方，選擇靈活。基槽開挖、管段預(yù)制、浮運(yùn)沉放和內(nèi)部鋪裝等各工序可平行作業(yè)，彼此干擾相對(duì)較少，并且管段預(yù)制質(zhì)量容易控制�；�于上述的優(yōu)點(diǎn)，在大江、大河等寬闊水域下構(gòu)筑隧道，沉管法稱為最經(jīng)濟(jì)的水下穿越方案。

按照管身材料，沉管隧道可分為2類：鋼殼沉管隧道（有可分為單層鋼殼隧道和雙層鋼殼隧道）和鋼筋餛凝土沉管隧道。鋼殼沉管隧道在北美采用的較多，而鋼筋混凝土沉管隧道則在歐亞采用較多。沉管隧道施工主要工序：管節(jié)預(yù)制→基槽開挖→管段浮運(yùn)和沉放→對(duì)接作業(yè)→內(nèi)部裝飾。

上程實(shí)例：廣一州珠江隧道是我國(guó)第一條公路與地鐵合用的越江隧道，公路隧道全長(zhǎng)1238.5m.河中段隧道埋置在河床下。不影響水面通航，河中沉管段全長(zhǎng)457m.該沉管為多孔矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中包括兩個(gè)雙車道機(jī)動(dòng)車孔、一個(gè)地鐵孔、一個(gè)電纜管廊。沉管斷面為典型矩形斷面，外形尺寸為33mx7.956m（寬x高），底板厚1.2m、頂板厚1.0m，兩外側(cè)墻分別為0.7m和0.55m、最長(zhǎng)管節(jié)的混凝土量達(dá)1201*砰。管段的基底坐落在河床的風(fēng)化花崗巖層上。開槽時(shí)采用了炸礁施工�；�礎(chǔ)處理采用灌砂法。5、混合法

可以根據(jù)地鐵隧道的實(shí)際情況，在地鐵隧道的施工過程中采用以上2種或2種以上的方法同時(shí)使用，稱其為混合法。

工程實(shí)例：北京地鐵東四站位于朝陽(yáng)門內(nèi)大街與東四南大街交叉日上，處于繁華的市中心，有多路公交車經(jīng)過。車站主體順東四南大街，呈南北走向，東四南大街規(guī)劃道路紅線寬70m，現(xiàn)狀路寬為22m，朝內(nèi)大街已改造完，道路紅線寬60m，兩方向客流均衡，交通十分繁忙；且遠(yuǎn)期六號(hào)線順朝內(nèi)大街，呈東西走向，在此站換乘。本車站兩端為明挖段，結(jié)構(gòu)形式為3層三跨框架結(jié)構(gòu)；中間為暗挖段，結(jié)構(gòu)形式為單層三拱兩柱結(jié)構(gòu)。車站總長(zhǎng)度197m，暗挖段長(zhǎng)為96.80m，明挖段長(zhǎng)為100.20m。6、結(jié)束語

隨著我國(guó)地下鐵道建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，原有的施工技術(shù)不斷地發(fā)展與提高的同時(shí)，新的施工方法也被應(yīng)用到施工當(dāng)中，施工技術(shù)水平得到不斷提升，其中有些施工技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。另外，由于城市交通流量的增加導(dǎo)致城市道路已擁擠不堪，加上城市環(huán)境的要求越來越嚴(yán)格，城市內(nèi)封路施工已不現(xiàn)實(shí)了。因此，暗挖技術(shù)，如盾構(gòu)法、淺埋暗挖法將是今后研究和實(shí)踐的主攻方向。

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