暗挖地鐵車站建筑設計方法探析

謝雷

【摘 要】本文主要針對暗挖（明暗結合）車站建筑設計原則以及暗挖法在地鐵車站施工中的應用進行簡要分析，僅供參考。

【關鍵詞】暗挖；地鐵車站；建筑設計方法

一、暗挖（明暗結合）車站建筑設計原則

地鐵車站是地鐵線路中的交通樞紐，隨著地鐵網絡的發展，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合的建筑結構型式。暗挖車站的核心問題是如何減少車站規模，但又必須滿足以下設計原則：

1、適用性

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

2、安全性

地鐵車站首先在滿足結構安全的情況下，還必須滿足相關的建筑安全，比如：樓扶梯、AFC的設置數量必須滿足正常高峰客流、突發客流要求，避免出現客流擁擠現象；提供滿足火災狀況下的乘客緊急疏散要求的設備數量，避免人員傷亡；滿足工作人員消防需要的消防通道；火災狀況下提供足夠的新風和排煙設施，完善的消防設施；滿足出地面建筑的防火距離要求、衛生防疫要求、防淹要求。

3、舒適性

地鐵車站設計以人為本，車站設計除完善樓扶梯、殘疾人電梯、商業自助等設施外，還應給乘客提供舒適的感官設計，提供舒適的乘車環境。

4、經濟性

軌道交通造價約4億/km-8億/km，車站土建平均造價為0.8億/km-1.2萬/m2，不同地區或同一地區不同線路造價可能出現較大的差異，但總的說車站土建造價高。其中對于暗挖車站來說，其平均造價一般在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，盡量壓縮土建規模，節省造價。

二、暗挖法在地鐵車站施工中的應用

1、大、小管棚超前支護

為了保證地鐵站建設開挖的安全，保護地下管線，預防砂層坍塌，車站在建設時可以選擇大、小管棚進行超前支護。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，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，沖液順勢進入粉細砂層中。

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

2、上下兩步臺階開挖

地鐵建設中的粉細砂土層多比較密實，但是自穩能力較差，無法形成自然的應力拱，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生，地鐵車站的建設工程可以選用上下兩步臺階開挖的方式，這樣既能保證掌子面的穩定，也能保證施工安全。上臺階需要事先預留核心土，坡度控制在1/3左右。下臺階的土體則要保證坡度在1/6。在輪廓拱腰處開挖時采用倒坡形式，首先在下臺階掏槽開挖，為這個部位的側墻提供支護，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、土體位移監測

地鐵車站建設多為換乘車站，而換乘車站所處的環境又相對比較復雜，因此在采用暗挖技術對地鐵車站進行施工時也比較難以進行，特別是在施工過程中，無法避免地就會造成施工通道周圍的土體發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土體的分層沉降測點和土體的水平位移測點，隨著施工的進行，對土體位移進行監測，這樣便可以及時了解地鐵車站暗挖技術的施工對周圍土體的影響程度，同時工程人員還需要對監測結果進行分析，對工程的施工技術進行優化。

4、暗挖法在地鐵隧道施工中的應用

在地鐵的隧道建設中，經常會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巨大的挑戰，因此可以選用暗挖技術進行施工，確保工程的可行性與安全性。

4.1圍堰導流

選用暗挖技術建設地鐵隧道，既可以確保工程的順利進行，也可以保證工程的質量，圍堰導流就是其中的具體應用。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，但是這里需要強調的是圍堰導流的時間需要在特定的季節完成，最佳方案是在河流枯水期和暗挖隧道開挖前1個月左右施工，這樣才可以確保圍堰導流發揮其真正的功能，為地鐵隧道建設的后期工作打下堅實基礎。

4.2雙排小導管超前注漿加固

在地鐵隧道開挖到河道的加固段后，為了保證施工質量，在拱頂需要采用雙排小導管超前注漿加固。超前下層小導管采用φ32的小導管，注漿也采用改性水玻璃漿液，至于超前上層小導管也與超前下層小導管相同，采用φ32的小導管，注漿采用超細水泥-水玻璃漿液，注漿加固固結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變形。在回填注漿時常會采用注漿泵，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的改進

5.1粉細砂地層加固

地鐵建設中的粉細砂土層多比較密實，但是自穩能力較差，無法形成自然的應力拱，這樣就很容易造成大面積坍塌，如果周邊有水，粉細砂土層甚至會出現流砂現象，這在暗挖法施工時要格外重視控制。在對粉細砂層開挖時，工程應盡可能避免使用有毒的化學漿液，采用預注酸性水玻璃加固土層的方法對暗挖法進行優化，這樣更能保護環境。對于固砂前期的注漿，施工人員需要控制其壓力在0.15MPa，此時的固砂效果最為理想。后期的施工過程，工作面可以設置一個30cm～40cm厚的止漿墻，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度可以達到0.5MPa，符合地鐵開挖的要求。采用這個方式進行開挖，往往會在施工過程中造成砂層剝落至小導管，這時小導管就可以起到支護作用，即便如此小導管每隔1m就要施作一環，這樣工作面就需要更厚的止漿墻，這個止漿墻在注漿結束后還需要鑿除，這樣會嚴重影響地鐵建設施工的進度，對工程造成一定程度的損失。

隨著我國近幾年長管棚技術的快速發展，可以應用此技術對暗挖法施工技術進行優化，一次性就施作較厚的止漿墻，同時提高注漿壓力，對原有的漿液配比進行改良，這樣粉細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雜的環境之上，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法對工程周邊的建筑提供保護，同時還可以控制地表下沉。就目前暗挖法在地鐵工程中的應用情況來看，大管棚超前支護法已經取得了一定的進展，但還是需要不斷優化。由于在地鐵施工過程中會不斷改變格柵形式，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，會造成大量的資源浪費，且耗時較長，這對于地鐵建設工程是極為不力的。因此，可以對大管棚施工進行優化，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，經過反復應用已經取得了一定的經驗，今后的發展方向將會向60m左右的大管棚發展，這樣的大管棚在實際的施工操作中可以更加地便捷，降低施工過程中的復雜程序，在保證工程質量的前提下，節約人力物力，從而提高地鐵工程的經濟效益。

結束語：

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鍵核心，其建設也是城市工程的重要項目。暗挖法技術的應用可以為環境復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，這樣既可以保證地鐵施工的安全與質量，也可以控制施工的成本，這從經濟角度來看具有積極意義。

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