暗挖地鐵車站建筑設(shè)計(jì)方法探析

謝雷

【摘 要】本文主要針對暗挖（明暗結(jié)合）車站建筑設(shè)計(jì)原則以及暗挖法在地鐵車站施工中的應(yīng)用進(jìn)行簡要分析，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】暗挖；地鐵車站；建筑設(shè)計(jì)方法

一、暗挖（明暗結(jié)合）車站建筑設(shè)計(jì)原則

地鐵車站是地鐵線路中的交通樞紐，隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，地鐵線路越來越多的穿越城市繁華地段。由于車站所處地理位置的特殊性，車站不能采用全明挖施工，車站越來越多的采用暗挖或明暗結(jié)合的建筑結(jié)構(gòu)型式。暗挖車站的核心問題是如何減少車站規(guī)模，但又必須滿足以下設(shè)計(jì)原則：

1、適用性

地鐵車站是一個(gè)人流聚集的公共建筑，車站設(shè)計(jì)首先是必須滿足車站的使用功能，包括：合理的設(shè)置出入口、AFC系統(tǒng)、站內(nèi)樓扶梯，有序的組織進(jìn)出站客流，最大程度的避免客流的交叉；提供滿足高峰客流的運(yùn)輸能力、緊急疏散的設(shè)備、集散場地；方便與周邊交通系統(tǒng)的換乘、過街功能；提供相應(yīng)的設(shè)備及管理用房，滿足運(yùn)營管理的功能要求。

2、安全性

地鐵車站首先在滿足結(jié)構(gòu)安全的情況下，還必須滿足相關(guān)的建筑安全，比如：樓扶梯、AFC的設(shè)置數(shù)量必須滿足正常高峰客流、突發(fā)客流要求，避免出現(xiàn)客流擁擠現(xiàn)象；提供滿足火災(zāi)狀況下的乘客緊急疏散要求的設(shè)備數(shù)量，避免人員傷亡；滿足工作人員消防需要的消防通道；火災(zāi)狀況下提供足夠的新風(fēng)和排煙設(shè)施，完善的消防設(shè)施；滿足出地面建筑的防火距離要求、衛(wèi)生防疫要求、防淹要求。

3、舒適性

地鐵車站設(shè)計(jì)以人為本，車站設(shè)計(jì)除完善樓扶梯、殘疾人電梯、商業(yè)自助等設(shè)施外，還應(yīng)給乘客提供舒適的感官設(shè)計(jì)，提供舒適的乘車環(huán)境。

4、經(jīng)濟(jì)性

軌道交通造價(jià)約4億/km-8億/km，車站土建平均造價(jià)為0.8億/km-1.2萬/m2，不同地區(qū)或同一地區(qū)不同線路造價(jià)可能出現(xiàn)較大的差異，但總的說車站土建造價(jià)高。其中對于暗挖車站來說，其平均造價(jià)一般在1.2萬/m2左右。因此在滿足車站功能的前提下，車站布置必須緊湊，盡量壓縮土建規(guī)模，節(jié)省造價(jià)。

二、暗挖法在地鐵車站施工中的應(yīng)用

1、大、小管棚超前支護(hù)

為了保證地鐵站建設(shè)開挖的安全，保護(hù)地下管線，預(yù)防砂層坍塌，車站在建設(shè)時(shí)可以選擇大、小管棚進(jìn)行超前支護(hù)。管棚采用直徑108mm、壁厚5mm的無縫鋼管，管身上鉆有6mm-8mm的孔，以梅花形布置，孔距分布均勻，約為30cm。注漿時(shí)，選用改性水玻璃漿作為材料，受注漿壓力0.2MPa～0.3MPa的限制，工程在注漿時(shí)需要選用水泥砂漿，漿液配比1∶1∶1。注漿過程中，受注漿壓力的作用，漿液沖開封片，沖液順勢進(jìn)入粉細(xì)砂層中。

小導(dǎo)管的注漿則采用段段推進(jìn)的方式，注一小段漿，就開挖一小段，這里需要強(qiáng)調(diào)的是導(dǎo)管間的距離需要嚴(yán)格控制在33.3cm，水玻璃漿在注漿時(shí)需要控制PH在2～4間，只有這樣才可以保證大、小管棚的超前支護(hù)滿足地鐵車站的建設(shè)要求。

2、上下兩步臺(tái)階開挖

地鐵建設(shè)中的粉細(xì)砂土層多比較密實(shí)，但是自穩(wěn)能力較差，無法形成自然的應(yīng)力拱，這樣就很容易造成大面積坍塌。因此，為了避免這種情況的發(fā)生，地鐵車站的建設(shè)工程可以選用上下兩步臺(tái)階開挖的方式，這樣既能保證掌子面的穩(wěn)定，也能保證施工安全。上臺(tái)階需要事先預(yù)留核心土，坡度控制在1/3左右。下臺(tái)階的土體則要保證坡度在1/6。在輪廓拱腰處開挖時(shí)采用倒坡形式，首先在下臺(tái)階掏槽開挖，為這個(gè)部位的側(cè)墻提供支護(hù)，而后再開挖剩余的土體，這樣能夠最大限度地避免塌方，確保施工的安全。

3、土體位移監(jiān)測

地鐵車站建設(shè)多為換乘車站，而換乘車站所處的環(huán)境又相對比較復(fù)雜，因此在采用暗挖技術(shù)對地鐵車站進(jìn)行施工時(shí)也比較難以進(jìn)行，特別是在施工過程中，無法避免地就會(huì)造成施工通道周圍的土體發(fā)生不同程度的水平與豎向位移。這就要求工程人員需要在施工過程中布設(shè)土體的分層沉降測點(diǎn)和土體的水平位移測點(diǎn)，隨著施工的進(jìn)行，對土體位移進(jìn)行監(jiān)測，這樣便可以及時(shí)了解地鐵車站暗挖技術(shù)的施工對周圍土體的影響程度，同時(shí)工程人員還需要對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，對工程的施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

4、暗挖法在地鐵隧道施工中的應(yīng)用

在地鐵的隧道建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)遇到隧道貫穿河流的情況，在這樣的情況下施工，對地鐵工程本身就是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因此可以選用暗挖技術(shù)進(jìn)行施工，確保工程的可行性與安全性。

4.1圍堰導(dǎo)流

選用暗挖技術(shù)建設(shè)地鐵隧道，既可以確保工程的順利進(jìn)行，也可以保證工程的質(zhì)量，圍堰導(dǎo)流就是其中的具體應(yīng)用。由于該隧道工程受河水流的影響，在施工過程中需要先疏干上、下游圍堰之間的存水，這樣可以在一定程度上減少隧道拱頂土層的含水量，更加有助于施工，但是這里需要強(qiáng)調(diào)的是圍堰導(dǎo)流的時(shí)間需要在特定的季節(jié)完成，最佳方案是在河流枯水期和暗挖隧道開挖前1個(gè)月左右施工，這樣才可以確保圍堰導(dǎo)流發(fā)揮其真正的功能，為地鐵隧道建設(shè)的后期工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.2雙排小導(dǎo)管超前注漿加固

在地鐵隧道開挖到河道的加固段后，為了保證施工質(zhì)量，在拱頂需要采用雙排小導(dǎo)管超前注漿加固。超前下層小導(dǎo)管采用φ32的小導(dǎo)管，注漿也采用改性水玻璃漿液，至于超前上層小導(dǎo)管也與超前下層小導(dǎo)管相同，采用φ32的小導(dǎo)管，注漿采用超細(xì)水泥-水玻璃漿液，注漿加固固結(jié)范圍外輪廓需要控制在2.0m左右，這樣能夠保證地鐵隧道的安全。

4.3合理控制回填注漿的壓力

在確定注漿材料后，便需要在一定壓力下進(jìn)行回填注漿，回填注漿需要克服管道阻力以及土體與初期支護(hù)之間的空隙阻力，如果注漿壓力過大，很容易引起初期的支護(hù)變形。在回填注漿時(shí)常會(huì)采用注漿泵，注漿處的壓力需要控制在0.3MPa～0.4MPa，注意不能超過0.5MPa。

5、暗挖法地鐵施工技術(shù)的改進(jìn)

5.1粉細(xì)砂地層加固

地鐵建設(shè)中的粉細(xì)砂土層多比較密實(shí)，但是自穩(wěn)能力較差，無法形成自然的應(yīng)力拱，這樣就很容易造成大面積坍塌，如果周邊有水，粉細(xì)砂土層甚至?xí)霈F(xiàn)流砂現(xiàn)象，這在暗挖法施工時(shí)要格外重視控制。在對粉細(xì)砂層開挖時(shí)，工程應(yīng)盡可能避免使用有毒的化學(xué)漿液，采用預(yù)注酸性水玻璃加固土層的方法對暗挖法進(jìn)行優(yōu)化，這樣更能保護(hù)環(huán)境。對于固砂前期的注漿，施工人員需要控制其壓力在0.15MPa，此時(shí)的固砂效果最為理想。后期的施工過程，工作面可以設(shè)置一個(gè)30cm～40cm厚的止?jié){墻，并把注漿的壓力提高到0.8MPa，這樣得到的固砂體單軸抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到0.5MPa，符合地鐵開挖的要求。采用這個(gè)方式進(jìn)行開挖，往往會(huì)在施工過程中造成砂層剝落至小導(dǎo)管，這時(shí)小導(dǎo)管就可以起到支護(hù)作用，即便如此小導(dǎo)管每隔1m就要施作一環(huán)，這樣工作面就需要更厚的止?jié){墻，這個(gè)止?jié){墻在注漿結(jié)束后還需要鑿除，這樣會(huì)嚴(yán)重影響地鐵建設(shè)施工的進(jìn)度，對工程造成一定程度的損失。

隨著我國近幾年長管棚技術(shù)的快速發(fā)展，可以應(yīng)用此技術(shù)對暗挖法施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，一次性就施作較厚的止?jié){墻，同時(shí)提高注漿壓力，對原有的漿液配比進(jìn)行改良，這樣粉細(xì)砂層加固的問題就可以得到較好的解決。

5.2大管棚施工

地鐵暗挖施工往往是建立在工程周邊復(fù)雜的環(huán)境之上，地面有建筑物，地下有各種管線，這些因素都限制了暗挖施工的效果。因此，可以采用大管棚超前支護(hù)法對工程周邊的建筑提供保護(hù)，同時(shí)還可以控制地表下沉。就目前暗挖法在地鐵工程中的應(yīng)用情況來看，大管棚超前支護(hù)法已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但還是需要不斷優(yōu)化。由于在地鐵施工過程中會(huì)不斷改變格柵形式，這樣在超挖部分就需要采用二襯混凝土回填，這對于人力、物力都是很大的挑戰(zhàn)，會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)，且耗時(shí)較長，這對于地鐵建設(shè)工程是極為不力的。因此，可以對大管棚施工進(jìn)行優(yōu)化，就我國目前的地鐵暗挖法中大管棚施工情況來看，我國多采用直徑150m的長管棚，經(jīng)過反復(fù)應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，今后的發(fā)展方向?qū)?huì)向60m左右的大管棚發(fā)展，這樣的大管棚在實(shí)際的施工操作中可以更加地便捷，降低施工過程中的復(fù)雜程序，在保證工程質(zhì)量的前提下，節(jié)約人力物力，從而提高地鐵工程的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語：

地鐵作為城市中最為理想的交通方式，是未來城市交通的關(guān)鍵核心，其建設(shè)也是城市工程的重要項(xiàng)目。暗挖法技術(shù)的應(yīng)用可以為環(huán)境復(fù)雜的地鐵工程提供可行性，無論是地鐵車站還是地下鐵路隧道都可以采用暗挖法技術(shù)，這樣既可以保證地鐵施工的安全與質(zhì)量，也可以控制施工的成本，這從經(jīng)濟(jì)角度來看具有積極意義。

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