地铁车站“先隧后站”施工关键技术

叶永茂

摘要：某市地铁5号线MX路站为明挖车站，设计为XL路站～MX路站盾构区间的接收站，受拆迁影响，主体结构施工滞后一年，影响全线洞通关键节点，车站主体结构施工不能一次完成，再进行盾构机接收的常规施工方法。为此，采用先隧后站工法，在确保盾构隧道按计划贯通的基础上，对隧道结构加固、压重及优化开挖工艺等方式，解决成型隧道上方基坑施工易造成的隧道结构变形及基坑失稳问题，通过优化设计和施工控制，保证车站基坑安全。

关键词：地铁车站;先隧后站;盾构接收

引言

在目前国内地铁建设中，盾构法是重要的区间隧道施工方法。盾构区间隧道一般与车站结构进行正线节点对接，在平面投影上互不重合，这样可以允许车站与区间并行施工而不互相干扰。但地铁作为城市发展中心区和住宅、商业、教育等密集区实施的长大线性工程，往往会受到各种不可控因素影响，造成部分区间、车站施工进度出现不同程度的不均衡情况，从而使地铁车站无法按工期要求提供区间盾构接收条件。某市地铁5号线MX路站及XL路站～MX路站区间施工较为典型，车站西端需拆除一栋八层办公大楼，拆迁进度滞后一年多，车站西端结构无法在区间盾构机到达前完成施工，为保证工期目标且维持原车站设计使用功能，优化调整车站内部功能用房布局，将车站主体结构分两期实施，一期基坑不受拆迁影响的部分先期完工，保证盾构按时接收，二期基坑待办公楼拆除、区间隧道贯通后实施，即采用“先隧后站”施工方法。

1  工程概况

1.1工程简介

MX路站位于明秀东路与友爱路交叉口东北象限地块内，呈东西向布置，与2号线通道换乘。为岛式站台车站。共设6个出入口、3组风亭。车站主体结构外包总长204m，标准段宽31.5m，结构高度21.78m。车站顶板覆土厚约3.0m。基坑采用明挖顺筑法施工，一期车站结构为地下三层，长151m，二期车站主体结构为地下两层、局部地下一层车站结构，长度为53m。

其中一、二期基坑采用800mm厚落地式止水帷幕地下连续墙+内支撑的围护结构方案，二期开挖最大深度17.1m。二期基坑与秀～明区间左线重合长度为53m，与右线重合长度为37m，基底与右线隧道距离最小处位于换乘通道接口处，最小净距仅1.28m，左线盾构隧道距离基坑底约2.28m。盾构机先磨穿车站二期基坑两道地连墙，进入一期基坑完成接收后，在成型隧道上方施工二期基坑进行开挖和二期车站主体结构施工。

1.2地质情况

车站二期基坑开挖范围内交叉分布粉质黏土、粉土、圆砾，基坑底板主要位于圆砾层中，层厚1.4-9.9m，圆砾层以砾石为主，少部分卵石，粒径2-20mm，颗粒平均含量约为48.5%，粒径大于20mm颗粒平均含量为37.7%，最大粒径约为60mm，粒间充填中、粗砂。盾构隧道大部分位于泥岩及粉砂岩地层，拱顶少量位于圆砾层。

1.3水文条件

根据钻探揭露，基坑在开挖范围9.00～10.50m内为上层滞水及松散岩孔隙类水，10.50～17.10m为承压水，基底位于圆砾地层中，承压水头高约6.60m，与邕江水位有水力梯度联系，受上部相对隔水层底面起伏影响，局部地段承压水头较小。

2  先隧后站法施工特点及难点

2.1工程水文地质条件差，明挖深基坑施工风险高

基坑开挖场地处于邕江低阶地亚区，富含松散岩类孔隙水的砾卵石层厚度大，在工程施工降水时容易引起地面沉降等不良地质作用。场区内地下水水位高，水位埋深为9.00～10.50m，且分布最广的圆砾层属于强透水层，降水难度大，深基坑开挖施工风险高。

2.2“先隧后站”法施工类似工程参照较少

“先隧后站”地铁车站明挖法施工在国内鲜有可借鉴的工程实例，基坑开挖过程中，由于隧道上方土体逐渐卸载引起应力释放，隧道周围一定范围内的土体在基坑开挖过程中易产生不可忽视的回弹变形，并带动成型地铁隧道产生包含隧道自身结构变形及隧道纵向回弹位移的复合变形，两类变形相互叠加，不易区分，通过数值模拟计算的结果精确度有待考证。如何采用有效措施以保证隧道变形在可控范围之内，是本工程的重难点。

3   “先隧后站”关键技术措施

3.1施工工艺流程

地下连续墙、旋喷桩施工→盾构穿越基坑并完成接收→區间加固→基坑降水→冠梁、第一道支撑施工→第一层土方开挖→第二道支撑施工→隧道压重措施作业→继续开挖至基坑底，施工抗浮梁、垫层、防水及主体结构→底板注浆。

3.2既有隧道保护措施设计及验算

考虑到基底距离隧道顶的距离仅1.28-2.28m，直接开挖卸载对隧道安全影响大，极易造成隧道较大上浮变形，采用如下措施：（1）盾构穿越前对二期基坑底板以下隧道断面位置进行旋喷桩加固;（2）打设降水井，在隧道两侧布设4口降水井疏干井，水位降隧底1m以下;（3）基坑土方开挖至第二道混凝支撑时，在隧道内安装环向安装型钢钢架加强隧道刚度，设置纵向槽钢拉紧，提高隧道整体性;（4）按设计要求隧道内底部堆载钢轨+砂压重;（5）对二期基坑采取纵向分段、横向分层拉槽开挖的方式减小基坑土体分段施工长度，每段施工长度控制在12～13m，加快底板的施工进度，尽早完成底板封闭;（6）基坑底板下布置8根抗拔桩，结构底板施做前在隧道垂直方向增加两道抗浮梁与抗拔桩固结，进一步限制隧道上浮变形;（7）二期主体结构底板强度达到设计要求后，从底板注浆孔向底板下注浆。（8）对隧道结构、基坑周边管线进行监控量测，信息化指导施工。

采用MIDAS GTS有限元计算软件进行模拟，地层、隧道内压重采用实体单元，围护结构连续墙、盾构管片采用二维板单元，基坑内支撑采用梁单元，连续墙、内支撑、管片等结构采用弹性模型，土层采用弹塑性模型，土层破坏准则采用修正摩尔-库伦破坏准则，各层土数值计算回弹模量取弹性模量的1.5倍，分别模拟开挖至第一道支撑下0.5m，第二道支撑下0.5m及开挖到底三种工况进行验算。

分析可得，由于基坑外侧主动土压力较小，同时基坑采用两道混凝土支撑+钢支撑支护体系，基坑变形控制较好，又因连续墙隔水素墙段较长，基底非软弱土层，基坑侧向变形引起的坑边土体变形、隆起较小，基坑隆起主因为开挖引起的卸载回弹，由于开挖跨度及深度较大，开挖卸载引起基坑中部的回弹量大于基坑边，单层段基坑基坑最大回弹量约10mm，双层段基坑中部最大回弹量约14.1mm，基坑边最大回弹量约7.7mm，采用隧道内压重措施后，左线隧道拱顶拱顶最大竖向位移分别8.5mm、5.2mm，右线隧道拱顶拱顶最大竖向位移分别为7.3mm、3.3mm。

3.3隧道纵向拉紧、横向型钢门架加固

为加强管片整体性，避免管片出现不均匀沉降从而引起管片错台开裂，采用I20b型钢作为骨架，在隧道内每两环设置一榀临时型钢框架，架设范围为基坑投影下方范围内的隧道，左右线共40环管片，沿隧道断面八分点位，纵向设置八道 [14b联系杆，通过焊接耳板与隧道管片螺栓固定，并与钢框架支杆进行焊接。增强隧道纵向及环向超静定约束数量，保障围护结构施工及基坑开挖时隧道的整体性。

3.4旋喷桩加固及拱顶二次注浆

为加强周围土体稳定性，增大对隧道整体握裹力，减少开挖期间隧道上浮，对结构底板至隧道底范围进行旋喷桩加固。隧道正线投影中线外侧各5m为边界，采用桩径Φ600@500双管高压旋喷桩密排加固，相互咬合100mm;注浆采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥，水灰比0.8：1～1.5：1，注浆压力控制不小于20Mpa;旋喷管提升速度为10～25cm/min，旋转速度10～20r/min。施工完毕后应对加固体进行抽芯检验，加固后的地基具有良好的均匀性和自立性，其无侧限抗压强度不小于1.0Mpa。

3.5隧道压重

采取钢轨、砂袋等物资进行隧道压重抗浮，压重堆载避开隧底测点位置，设计压重22.5t/m。在隧道内下层堆载5层P50钢轨，上层堆载砂袋，高度2.7m。压载配重根据基坑开挖深度及监测情况逐步调整，按照15 t/m最小压重要求，根据土方开挖进度直至增加压重到22.5t/m，满足隧道允许变形要求。

3.6开挖保证措施

为保持地铁隧道的围压平衡，保护隧道的安全，结合坑内土体加固，充分考虑基坑开挖时空效应，遵循“纵向分段、竖向分层、中部拉槽、侧向扩边、先撑后挖、随挖随撑”的原則进行开挖与支护。二期基坑纵向分三段，横向分四部开挖，自上而下开挖顺序为：由基坑两端向中间分层分段台阶式后退挖土，分台阶配合支撑安装，因计算得出基坑中部地层回弹变形量最大，特设置“中拉槽”试验段，先施工横向抗浮梁，对基坑变形进行监测，监测无异常方可组织后续区块土方开挖，进行底板垫层砼施工，并依次完成底板钢筋绑扎、模板安装及砼浇筑养护工作。

4 实施效果分析

2020年8月5日二期基坑主体结构封顶，根据施工监测，基坑内部、周边土体、围护结构变形较小，隧道底部上浮变形最大为6mm，既有隧道管片未出现新裂缝、错台及接缝张开等问题。采用本施工工艺安全质量可控，既保证了隧道洞目标，又实现了车站总体施工进度。解决了受外部条件影响车站工期滞后、盾构接收前车站必须开挖完成并提供接收条件的难题，降低关键节点工期不能按期实现施工风险，对无法提供常规盾构接收条件的地铁车站施工具有代表意义，给其他相类似工程应用也具有明显的指导意义。

参考文献：

[1]刘增良. 运营隧道上方基坑施工关键技术研究[D].天津大学，2012.

[2]丁贵松.地铁车站先隧后站施工技术[J].建筑技术，2017，48（06）：613-616

[3]钟志全.“先隧后站”盾构施工关键技术[J].建筑机械化，2015，36（03）：57-58+63.

[4]何永洪.北京地铁北运河东站先隧后站施工关键技术[J].科技展望，2015，25（14）：9-10.

[5]王旭，赵洪岩，刘晓毅，阮小赛，李玉超.地铁工程先隧后站特殊节点施工技术[J].建筑技术，2019，50（11）：1312-1315.

[6]廖景.地铁先隧后站新工法应用分析[J].广东土木与建筑，2011，18（09）：42-44.