浅谈地铁车站施工方法

1浅谈地铁车站施工方法摘要：地铁车站施工方法主要分为明挖法、新奥法和盾构法。主要介绍了国内外地铁车站的施工方法，重点阐述了修建地铁车站各施工方法的原理、施工流程、优缺点和适用的车站形式。关键词：地铁车站；施工方法；施工流程；优缺点地铁车站是城市轨道交通路网中一种重要的建筑物，它是供旅客乘降，换乘和候车的场所，应保证旅客使用方便，安全，迅速地进出车站，并有良好的通风，照明，卫生，防火设备等，给旅客提供舒适，清洁的环境。其施工方法主要分为明挖法、新奥法和盾构法。本文介绍了国内外地铁车站的施工方法，重点阐述了修建地铁车站各施工方法的原理、施工流程、优缺点和适用的车站形式。1明挖法与盖挖法1.1明挖法明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工，明挖法具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量和工程造价低等优点，但因对城市生活干扰大，应用受到各种因素的限制，尤其是当地面交通和环境不允许时，只能采用盖挖法或新奥法。明挖法适用于浅埋车站、有宽阔的施工场地，可修建的空间比较大，如带有换乘站、地下商场、休息和娱乐场所及停车库等的地下综合体车站，如上海地铁徐家汇站。明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有：(1)放坡开挖技术适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。(2)型钢支护技术一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共同受，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。(3)连续墙支护技术一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。(4)混凝土灌注桩支护技术一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用成绩2双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系(5)土钉墙支护技术在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。(6)锚杆(索)支护技术在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。(7)混凝土和钢结构支撑支护方法依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。1.2盖挖法盖挖法是利用围护结构和支撑体系，在较繁忙交通路段利用结构顶板或临时结构设施维持路而交通，在其下进行车站施工工法。根据工程实际情况具体可分为以下几种方法：(1)盖挖顺作法盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆萧结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。(2)盖挖逆作法盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。工程实例：南京地铁南北线一期工程的区间隧道在地质条件和周围环境允许的情况下，以造价、工期、安全为目标，经过分析、比较，选择了全线区间施工方法。其中，三山街站，位于秦淮河古河道部位，位于粉土、粉细砂、淤泥质粘土土层中。因为是第1个车站，又位于十字路口，因此采用地下连续墙作围护结构。除人口结构采用顺作法外，其余均为盖挖逆作法。(3)盖挖半逆作法3盖挖半逆作法与逆作法的区别仅在于顶板完成及恢复路面后，向下挖土至设计标高后先浇筑底板，再依次向上逐层浇筑侧墙、楼板。在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力。2暗挖法2.1新奥法新奥法(NATM，为NewAustrianTunnellingMethod的缩写)也是通常所说的矿山法，新奥法是当代隧道施工设计应用最广泛的方法。其施工思路是在监控量测的基础上，及时更改喷射混凝土的厚度，锚杆、钢支持和钢丝网的参数以及二次衬砌等支护措施，来保持开挖洞室的稳定，从而保证施工的安全。当地面交通和环境不允许时，世界上各国常采用这种施工方法，如日本采用新奥法修建的东叶高速线北习志野站，为三拱两柱单层式结构。其优点是对地面的影响小、造价低，适用于坚硬岩土介质、底下水位底，但是进度慢、劳动强度大和风险也大。新奥法施工对大断面的开挖有侧壁导坑、台阶和CRD等，其施工流程为：放线→钻孔、装药和放炮→通风除尘后出渣→打锚杆、钢拱架支撑和挂钢筋网→施工喷射混凝土初期支护→最后修建模筑混凝土二次衬砌。用到的辅助工法有降水、大小导管、注浆和采取必要的监控量测措施。2.2浅埋暗挖法浅埋暗挖法是按照“新奥法”原理进行设计和施工，以加固、处理软弱地层为前提，采用足够刚性的复合衬砌(由初期支护和二次衬砌及中间防水层所组成)为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方法，它以施工监测为手段，指导设计与施工，保证施工安全，控制地表沉降。浅埋暗挖法的施工原则是：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。与明挖法相比，浅埋暗挖法的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作，减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影响，对城市交通的干扰小。盾构法虽然也具有上述同样优点，但盾构法不能适应隧道断面变化，而且当盾构开挖的隧道不是足够长时，盾构法的经济性不明显。选用浅埋暗挖法应考虑的基本适用条件有：不允许带水作业和要求开挖面具有一定的自立性和稳定性，而且是浅埋地铁车站。缺点是地下作业风险大、机械化程度低。浅埋暗挖法对土体的加固和对水的处理方法有冻结法、注浆、深层搅拌和管棚等。对于断面较大的隧道，考虑分部开挖、分部支护和封闭成环的需要，选择中隔壁法(CD法)、交叉隔壁法（CRD法)和侧壁导坑法(眼镜法)等。浅埋暗挖法常用的初期支护形式是钢筋格栅、钢筋网和喷混凝土。地表位移、拱顶下沉、隧道周边收敛等量测项目常被选为监控量测的必测项目，而土压力、土体位移、支护应力等可作为选测项目。2.3暗挖与盖挖相结合的施工方法暗挖与盖挖相结合的施工方法是一种新技术，是我国在使用暗挖法和盖挖法施工的基础上，经过研究总结而提出的具有盖挖法和暗挖法各自优点的一种新的施工方法。其关键是将地铁车站视为由桩、梁和拱组成的地下结构，如北京天安门西站。天安门西站的具体施工流程为：导洞开挖、支4护→桩孔、柱孔开挖及护壁→条形基础施工→桩、柱.吊装及灌注混凝土→桩、柱顶梁施工→三跨顶拱初期支护施工→花边墙施工→三跨顶拱二次衬砌施工→站厅层施工→站台层施工→站台板施工→建筑装修及设备安装。2.4暗挖新技术暗挖法也有了新的进展，主要有预制块法、预切槽法和气压法。预制块法是把盾构管片的安装技术和暗挖技术融合在一起的一项新技术，先做两侧导洞及侧墙，然后注浆开挖并放置钢拱架、喷射混凝土、安装预制块、在背后注浆，跨度已达18m以上，该技术在法国已大量应用。预切糟法是按照结构尺寸制造一个台架，装有特制链条锯沿拱圈方向把地层切成一个高10-35cm，深4-5rn的糟缝，然后放置钢筋网并喷射混凝土，形成钢筋混凝土拱，在其保护下开挖施工，效果很好，在法国、意人利等国家已开始应用。气压暗挖法是采用气压条件下的新奥法施工，因采用气压较低，一般对人体健康没有影响。压缩空气不仅可排除隧道中的地下水，还可减少地面沉降，防止地面结构损坏，减少加压隧道一次衬砌的荷载，对开挖面有支护作用，降低成本，对降低施工中的粉尘有显著作用，这种办法已在奥地利、德国、英国、日本等国家应用。3盾构综合法修建地铁车站国外已经采用了配合盾构法修建地铁车站的施工方法，这种施工方法可一次采用盾构法将区间隧道和过站隧道贯通，再在盾构隧道的基础上扩挖而形成地铁车站；或直接利用大直径盾构机或连体盾构机修建地铁车站。配合盾构法修建地铁车站的优点是可充分有效地利用盾构设备，达到进一步提高地铁工程的建设质量、缩短建设周期，从总体上较大幅度地降低工程造价的目的，从而使得盾构法在城市地铁工程中得到了人规模的采用；同时不影响地面交通和中断地下生命线(上下水道、电线和电话线管道以及天然气管道等等)，且施工安全、机械化程度高。这种施工方法适用于市区深理车站和线路交汇处换乘下层站等。但是，其施工所使用的机械复杂，安装操作难度人。国外盾构综合法修建地铁车站有以下五种形式。3.1扩挖区间盾构隧道修建此方法直接在两条单线区间盾构隧道的基础上，扩挖形成车站。得到实际应用的有两种方法：一种是托梁法，一种是半盾构法。此人类方法已有较多工程实例，但多用于单层岛式站台，且单线区间盾构隧道的建筑界限还应满足车站的使用要求。3.1.1托梁法此方法采用两台单线盾构，并行施工修建两条单线区间隧适，而后修建两侧立柱，从两侧立柱顶部向区间隧道间的地层中压入托梁，在托梁的支撑下进行上部土体的开挖和管片的拆除，立模现浇车站顶部结构，然后开挖下部土体和管片的拆除并施做下部结构，日本东京地铁7号线(南北线)的水田盯站即采用该法修建的。3.1.2半盾构法与托梁法一样，用两台盾构并行并行施工修建两条单线区间隧道，而后修建两侧立柱，再用半5盾构修筑车站顶部结构，最后进行管片的拆除和开挖下部土体并施做下部结构。3.2建成两条或三条平行隧道(1)建成三条平行隧道。用直径为9-10m的盾构建成三条平行隧道，在中间隧道与两侧隧道间修建联络通适形成地铁车站。该法适用于修建站台较宽的岛式车站，在前苏联深理地铁中应用较多，如基辅地铁车站。(2)建成两条平行隧道。日本近期投入技术研究力量，成功开发出了采用圆周盾构方式将小直径的区间盾构隧道扩大为大直径的方法，为在区间隧道采用盾构法，但在车站受净空限制而不便扩建为车站结构的情况提供了可能途径。英国直接用7rn左右的盾构机修建两条平行隧道，形成侧式站台车站，缺点为修建车站的盾构机不能采用修建区间的盾构机，如果都用大直径盾构机修建区间和车站的话，造成不必要的浪费，当然也可修建少量的联络通适，满足车站工作人员和乘客的通行。3.3固定式或分离式连体盾构机直接修建日本在采用两连盾构机修建区间隧道成功后，继而又开发了采用固定式或可分离式连体盾构机直接修建车站的方法。这此方法越来越多地应用到工程中，取得了良好的效果，但多为单层车站。日本还有采用此法修建双层地铁车站的计划。如都营地铁12号线饭田桥站，就是采用固定式三连体盾构机修建的，该站为单层岛式站台车站。3.4修建拱形结构此方法为先修建两个小型盾构并充填混凝土，以此作为拱座基础，再修建上部单拱结构形成车站，此方法在俄罗斯较多使用，且已在双层车站中使用。如圣彼得堡地铁三拱墙柱式车站，先用盾构贯通区间隧道，修建两侧的立柱(实际上为连续开洞的隔墙，在墙上装有自动控制的门，列车到站时会自动开启)，再暗挖站台隧道上部土体，修建拱部结构，最后开挖下部土体并修建仰拱结构。在修建上部拱式结构时，可结合辅助工法采用矿山法开挖(如加固上层后开挖或机械开槽形成上部拱式结构后开挖等)、也可直接采用若干小型盾构修筑上部拱式结构体后，在上部结构保护下开挖。3.5复式微型盾构修建这是一种正在发展中的方法，其思路是采用小型或微型盾构设备，先修筑车站结构体