第1章　概述

1.1　国内地铁暗挖车站修建技术概况

1.1.1　国内地铁的发展及现状

当前我国经济社会已进入高速发展时期，国内大中城市普遍存在着大城市通病，道路交通拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱、环境代价突出，这些问题已经成为城市进一步深入发展的瓶颈。城市轨道交通是城市融入国际大都市现代交通的标志，它不仅是国家国力和科技发展水平的展现，也是解决城市交通综合问题的优选解决方案，同时为解决大城市综合瓶颈问题提供了有力的支撑。

自20世纪60年代北京建成第一条地铁线路以来，经过近50年的发展，中国进入了城市轨道交通蓬勃发展的时期，轨道交通已经成为解决大中城市交通问题的主要方式。国家“十二五”规划期间，全国城市轨道交通总建设里程将超过3000km，总投资将超过15000亿元。目前国内大陆地区已有22个城市（分别是：北京、上海、广州、天津、深圳、南京、重庆、长春、武汉、大连、沈阳、成都、佛山、西安、苏州、杭州、长沙、哈尔滨、宁波、郑州、昆明、无锡）拥有运营线路，总里程约2000km。另外青岛、东莞、合肥、南昌、南宁、福州、贵阳、石家庄、济南、太原、乌鲁木齐、兰州等城市轨道交通线路正在建设中。全部在建线路总里程超过2000km。目前国内已发展和规划发展城市轨道交通的城市总数已经超过50个，全部规划线路超过400条，总里程超过13000km。

与此同时，北京、上海、广州、深圳、南京、天津等一线大城市轨道交通已进入了大规模网络化建设和运营时代。北京目前运营线路已达到18条，线路长度约510km，即将开通和在建线路里程约130km。根据《北京市城市轨道交通建设规划方案（2011～2021年）》，至2020年北京轨道将包括30条线路，总长度为1177km，车站约450个。远景规划线网由35条线路组成，总长度1524km。预测2021年，北京市公共交通占机动化出行量比例为60％，轨道交通占公共交通出行量比例为62％。

轨道交通形成的大型网络正以前所未有的速度利用着城市地下空间，它与其他交通设施、地下市政设施、城市防灾设施、地下公共空间以及其他地下设施一起，成为地下空间开发利用的重要组成部分。

1.1.2　国内暗挖地铁车站发展及现状

地铁车站是地下铁道系统中一个重要组成部分，是乘客集散和候车的场所，须满足客流需求、乘候安全、疏导迅速、环境舒适、布置紧凑，便于管理等要求，目前地铁车站的发展趋势是综合化、人文化及科技化。

我国早期地铁车站主要是以北京地铁一、二期工程为代表，车站施工均采用明挖，车站型式主要为单层三跨岛式车站，局部为两层（上层为站厅），设备管理用房处于地下。随着城市道路交通量的急剧增加，受到某些地段不允许中断交通，或车站结构顶板覆土较厚，采用明挖法施工造价不合理等因素的影响，1986年后，北京出现了暗挖法施工地铁区间及车站的工程。全暗挖车站一般为双层，根据站台宽度的大小分为双柱三连拱、单柱双连拱型式，北京地铁采用此种型式较多。另外，当线路中间有高架桥桩基等构筑物时，多采用分离的暗挖双层车站型式，北京地铁10号线国贸站、公主坟站等便采用此种车站型式。

国内地铁车站暗挖的历史较短，但由于暗挖法施工具有占地小、拆迁量小、不影响城市交通、不扰民、不污染城市环境，且对地层有较强适应性和高度灵活性等优点，现已广泛应用于城市地铁车站施工。近期修建的北京地铁6号线一期及7号线采用暗挖法修建的地铁车站占比将近达到一半。随着社会的进步、人们环保意识的增强以及暗挖技术的进一步提高，采用暗挖法修建城市地铁车站必将越来越广泛。

目前国内暗挖地铁车站施工主要有三种方法：新奥法、浅埋暗挖法及盾构与暗挖综合法修建地铁车站。

（1）新奥法

新奥法是在监控量测的基础上，及时更改喷射混凝土的厚度，锚杆、钢支撑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。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→施作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）浅埋暗挖法

浅埋暗挖法是在“新奥法”原理上发展起来的新型暗挖工法，是以加固、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。虽然盾构法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。浅埋暗挖法的缺点是地下作业风险大、机械化程度低。

浅埋暗挖技术从减少地表沉陷考虑，还必须辅以其他配套技术，比如地层加固、降水等。浅埋暗挖法十分重视施工方法的选择（尤其是地铁车站多跨结构和大跨结构），一个合理的结构型式和正确的施工方法能起到事半功倍的作用。

采用浅埋暗挖法时要注意其适用条件。首先，浅埋暗挖法不允许带水作业。如果含水地层达不到疏干，带水作业是非常危险的，开挖面的稳定性时刻受到威胁，甚至发生塌方。大范围的淤泥质软土、粉细砂地层，降水有困难或经济上选择此工法不合算的地层，不宜采用此法。其次，采用浅埋暗挖法要求开挖面具有一定的自立性和稳定性。常用单跨隧道浅埋暗挖方法选择如图1.1所示。

（3）盾构与暗挖综合法修建地铁车站

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，如正在修建的北京地铁14号线将台路站等，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。从而使得盾构法在城市地铁工程中得到了大规模的采用。此工法具有不影响地面交通，不中断地下生命线（上下水道、电线和电话线管道以及天然气管道等），施工安全、机械化程度高等优点。适用于市区深埋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，安装操作难度大。

1.1.3　暗挖法修建地铁车站的特点及难点

（1）暗挖法修建地铁车站的特点

1）工程施工环境复杂

暗挖地铁车站一般都设置在城市中心城区交叉路口，车流量大，交通繁忙，地下管线纵横交错且周边高楼林立，环境非常复杂。

2）地铁车站通常跨度大、埋深浅

在软弱地层条件下修建浅埋、大跨、动载暗挖大型地下工程，施工条件困难，施工难度大。

3）施工场地狭窄，场地布置困难

城市中心区地铁施工，在减少对路面交通等周边环境影响的前提下，施工场地布置存在很大的局限性，如何在有限的施工场地内满足现场施工要求，是需要研究解决的一个难题。

4）车站高度通常较大，边墙所受侧压力大。

5）地质条件多变，地层不均匀、不连续，多有地下水发育。

（2）暗挖法修建地铁车站的难点

1）很多城市地处河流冲击形成的平原上，地质软弱富水。浅埋大跨隧道要穿越淤泥层和含水砂层，必须采用人工降水措施，以创造无水作业条件，还要解决好人工降水以后车站的所存残留水，处理好地下水既是工程施工的重点，也是工程施工的一大难点。

2）大部分在城市干道下或建筑物下修建，且穿越河流、铁路及各种地下管线等，因而确保地面不发生沉降和坍塌，确保建筑物、道路、铁路、河流及地下管线等的安全是工程施工的一大难点。

3）车站规模大，多为双层，每座车站建筑面积达1万m2左右，且暗挖车站附属工程体量亦较大，确保结构自身施工安全是一大难点。

4）确保地铁车站结构防水质量，符合规范要求，做到不渗漏，既是工程质量重点，也是施工难点。

5）暗挖地站一般施工场地狭窄，场地布置困难。且施工工序多，工作面多，相互干扰大，因此施工组织是其一大难点。

1.1.4　暗挖地铁车站的主要施工方法

（1）暗挖地铁车站的主要施工方法分类

目前国内暗挖地铁车站主要施工方法有洞桩法和分部开挖法，而分部开挖法又分为中洞法、侧洞法、柱洞法和双侧壁导坑法。

1）洞桩法

洞桩法是先施工小导洞，在小导洞内施作梁柱体系，然后再施作顶部结构，并在其保护下进行后期的土方开挖及二衬施工，其施工步序如图1.2所示。

第一步，自横通道进洞，施工导洞拱部超前小导管，并注浆加固地层，开挖导洞并施作初期支护，下导洞贯通后，开挖横向导洞。

第二步，在导洞（A）（D）及横导洞内施工条基，在两边上下导洞内施工挖孔桩及桩顶冠梁，并在中间导洞内施工上下导洞间钢管混凝土柱挖孔护筒，挖孔前在下导洞需要开挖孔的四周打设小导管，进行孔周预注浆加固土层。

第三步，在下导洞（B）（C）内施工底板梁防水层及底板梁后，施工钢管混凝土柱，然后在导洞（2）（3）内施工顶拱梁防水层及顶纵梁，并在顶纵梁中预埋钢拉杆。

第四步，施工洞室Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ拱顶超前小导管，并注浆加固地层，开挖导洞Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ土体，施工顶拱初期支护。

第五步，导洞Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ贯通后，由车站端头向横通道方向后退，沿车站纵向分段凿除小导洞（1）（2）（3）（4）部分初期支护结构，施工顶拱防水层及结构二衬，并及时施工钢拉杆。

第六步，顶拱二衬施工完成后，沿车站纵向分为若干个施工段，在每个施工段分层开挖土体至中楼板下0.5m处，分段施工中楼板梁及中楼板，并施工侧墙防水层、保护层及侧墙。

第七步，沿车站纵向分为若干个施工段，在每个施工段分层开挖土体至基底，施工底板防水层及底板，然后施工部分侧墙防水层及侧墙。

第八步，沿车站纵向分为若干个施工段拆除钢支撑，在每个施工段内施工结构侧墙防水层及侧墙，完成车站主体结构施工。

2）中洞法

中洞法施工一般先开挖中间部分（中洞），在中洞内施作梁、柱结构，然后再开挖两侧部分（侧洞），并逐渐将侧洞顶部荷载通过中洞初次支护转移到梁、柱结构上。这种施工方法，由于中洞的跨度较大，一般采用CD法、CRD法或眼镜工法等施工。中洞法施工工序复杂，但两侧洞对称施工，比较容易解决侧压力从中洞初次支护转移到梁柱上时产生的不平衡侧压力问题，施工引起的地表下沉较易控制。其施工工序如图1.3所示。

3）柱洞法

柱洞法施工时，先在立柱位置施作一个小导洞，可用台阶法开挖。当小导洞做好后，在洞内再做底梁、立柱和顶梁，形成一个细高的纵向结构，该工法的关键是如何确保两侧开挖后初期支护同步作用在顶梁上，而且柱子左右水平力要同时加上且保持相等，涉及到工程结构静力平衡与动态转换交织等问题。其施工工序如图1.4所示。

4）侧洞法

侧洞法施工首先根据暗挖断面的大小，将断面划分为两个侧洞，一个中洞。然后开始对两侧洞进行初衬施工，施工完侧洞的初衬之后，紧接着施工侧洞的二衬，待二衬施工完并达到设计强度后，对中洞再进行土方开挖及初衬施工，最后进行中洞二衬的施工。侧洞法施工步序如图1.5所示。

5）双侧壁导坑法

双侧壁导坑法也称眼镜法，为大断面暗挖施工方法的一种。各分块在开挖后立即各自闭合，结构相对较简单，很好地解决了大断面隧道开挖的安全性问题。

双侧壁导坑法（6导洞）施工步序如图1.6所示。

第一步：施作两侧洞室超前小导管，注浆加固地层，开挖洞室1土体，施作拱部支护及临时隔壁、临时仰拱。

第二步：1号洞室超前2号洞室3～5m，开挖洞室2土体，施作边墙、仰拱支护及临时隔壁。

第三步：施作3部超前小导管，注浆加固地层，根据监测情况确定与2号洞室之间错开的距离，弧形导坑开挖3部土体，施作初期支护；3部土体前进3～5m后开挖4部土体，施作临时仰拱，架设临时支撑。

第四步：4部土体前进3～5m后开挖5部土体，施作临时支护。

第五步：分段依次截断中隔壁，然后铺设防水保护层（第一环拆除长度6～7m，后续拆除长度根据洞内变形监测情况确定），浇筑仰拱混凝土，待上段混凝土达到设计强度后，进行下一段中隔壁截断及仰拱浇筑。

第六步：架设临时支撑，纵向分段（第一环拆除长度为6～7m，后续拆除长度根据洞内变形监测情况进行确定）拆除剩余临时隔壁，分次浇筑边墙，拱部二次衬砌，封闭成环。

（2）暗挖地铁车站的主要施工方法对比分析

暗挖地铁车站主要施工方法特点见表1.1。

主要施工方法对比分析见表1.2。

洞桩法相比于浅埋暗挖法的其他工法比如中洞法、侧洞法、柱洞法等，主要的优势是地表沉降控制效果比较显著，其次断面利用率高、临时支撑少、施工作业面大、后期土方利于机械化开挖，施工速度快，尤其适合浅埋、软弱地层的多层多跨暗挖地铁车站施工。随着城市地铁的日益兴起相信该工法将有越来越广阔的应用前景。

1.1.5　暗挖地铁车站所面临的挑战及发展方向

随着现代施工技术的不断进步，暗挖法以其独特的优势成为当今城市地铁施工的主流施工技术之一。但是，随着城市轨道交通新的需求发展，暗挖法也面临新的挑战。

1）机械化、自动化程度不高。浅埋暗挖法多应用于软土或软岩地层，开挖一般采用分步开挖工法，常规的大型机械设备难以派上用场。劳动力投入较多，作业环境相对较差，劳动强度较大。

2）对专业技能、专业管理水平要求高。浅埋暗挖法一般设计在环境敏感、复杂，没有明挖施工条件的地段。周边的管线、地表的建筑物相对密集繁杂，环境风险突出。这就要求从业人员必须具有较高的管理水平，操作人员具有较高的专业技能。

3）强化环保意识，地铁的修建较大地改变了城市区域地层的地应力和水文地质的原始状态，尤其是水土流失会造成生态环境的改变，施工过程中如何保护地下水资源及施工安全是一大难题。

4）随着地铁线路向深埋方向发展，传统意义上的浅埋暗挖法不能完全满足我国轨道交通建设新的发展需求，这将对暗挖法施工技术是一个全新的挑战与机遇。