樂貴平， 黃齊武, 2， 李宏安

(1. 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司， 北京　100068； 2. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)， 北京　100083)

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大直徑土壓平衡盾構(gòu)及其車站PBA法擴(kuò)挖技術(shù)

樂貴平1， 黃齊武1, 2， 李宏安1

(1. 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司， 北京100068； 2. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)， 北京100083)

摘要：為克服城市復(fù)雜環(huán)境下地鐵車站和常規(guī)雙線隧道布局受限難題，建立采用大直徑盾構(gòu)建造地鐵單洞雙線區(qū)間，并在盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上小規(guī)模擴(kuò)挖形成車站的建設(shè)新思路。以北京地鐵14 號(hào)線東風(fēng)北橋站(不含)—將臺(tái)站—高家園站—望京南站(不含)為背景，介紹利用外徑為10.22 m的大直徑盾構(gòu)進(jìn)行區(qū)間隧道施工以及在區(qū)間隧道成型基礎(chǔ)上采用洞樁法(Pile-Beam-Arch，PBA)擴(kuò)挖地鐵車站的施工工藝和技術(shù)，重點(diǎn)介紹區(qū)間與車站施工銜接工序(穿越風(fēng)道)和管片拆除等關(guān)鍵技術(shù)。工程實(shí)施結(jié)果表明： 大直徑盾構(gòu)施工及其暗挖車站擴(kuò)挖技術(shù)是一種工藝新穎、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的集成建造技術(shù)，且對(duì)周邊環(huán)境影響受控，是值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用的施工工法。

關(guān)鍵詞：大直徑土壓平衡盾構(gòu)； 地鐵暗挖車站； PBA法； 擴(kuò)挖

0引言

地鐵作為城市交通的重要組成部分，對(duì)緩解交通擁堵、提高城市效率和提升城市現(xiàn)代化水平發(fā)揮著巨大的作用。隨著北京軌道交通的線網(wǎng)成型和迅速發(fā)展，地鐵建設(shè)將面臨越來越復(fù)雜的環(huán)境，如道路狹窄、大量的周邊鄰近建(構(gòu))筑物、密集的地下管線和地下空間布局緊張等，這些復(fù)雜的環(huán)境可能會(huì)導(dǎo)致地鐵線路布置困難、施工風(fēng)險(xiǎn)加大，同時(shí)，對(duì)地鐵施工方法也提出了更為嚴(yán)格的要求。

在城市復(fù)雜的建設(shè)環(huán)境中，當(dāng)無法實(shí)現(xiàn)單洞單線區(qū)間線路布置且地鐵車站施工布局受限時(shí)，選擇適宜的施工工法將成為地鐵工程施工中急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。洪代玲[1]采用巷道掘進(jìn)機(jī)和人工擴(kuò)挖技術(shù)修建三拱塔柱式和立柱式深埋地鐵車站；H.Heidkamp等[2]介紹了德國慕尼黑分離式地鐵車站Marienplatz的盾構(gòu)施工和擴(kuò)挖增容改造方案；Kunihiko T.等[3]提出了在雙線平行隧道間利用大直徑盾構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)挖的地鐵建造技術(shù)；路美麗[4]、張新金等[5]開展了常規(guī)盾構(gòu)隧道擴(kuò)挖的模型試驗(yàn)和相關(guān)基礎(chǔ)工作；劉江峰等[6-7]在廣州地鐵6號(hào)線東山口站采用“先隧后站”的施工技術(shù)對(duì)常規(guī)盾構(gòu)隧道進(jìn)行車站擴(kuò)挖。因此，在盾構(gòu)先行施工隧道的基礎(chǔ)上進(jìn)行車站擴(kuò)挖是具備可實(shí)施性的建造技術(shù)。

在北京地鐵14號(hào)線東風(fēng)北橋站(不含)—將臺(tái)站—高家園站—望京南站(不含)的2站3區(qū)間工程中，由于周邊建筑物、道路、交通和地下管線等的限制，將臺(tái)站和高家園站車站明挖施工難度大，而采用暗挖法施工幾無可能，且高家園站采用淺埋暗挖法施工會(huì)制約區(qū)間盾構(gòu)法施工進(jìn)度?？紤]到運(yùn)營功能需求，將臺(tái)站至高家園站區(qū)間需設(shè)供列車折返的單渡線，富水地層的大斷面暗挖風(fēng)險(xiǎn)不可控，且依托常規(guī)盾構(gòu)隧道拓展大斷面渡線隧道國內(nèi)尚無先例。鑒于工程具有交通導(dǎo)改及管線拆改難度大、地層為飽水砂層和黏土層、車站不具備明挖條件、工程穿越風(fēng)險(xiǎn)源眾多等特點(diǎn)，提出并實(shí)施了“區(qū)間隧道采用外徑為10.22 m的大直徑土壓平衡盾構(gòu)推進(jìn)，一次形成單洞雙線隧道，車站在大盾構(gòu)隧道的基礎(chǔ)上擴(kuò)挖形成”的解決方案[8-9]。從實(shí)施情況來看，大直徑土壓平衡盾構(gòu)施工及擴(kuò)挖車站方式是可行的，值得進(jìn)一步總結(jié)推廣。

1工程概況

北京地鐵14號(hào)線試驗(yàn)段工程(東風(fēng)北橋站—望京南站)全長(zhǎng)3.15 km，沿線經(jīng)過酒仙橋地區(qū)的老區(qū)，現(xiàn)狀路寬35 m，規(guī)劃道路寬55 m；道路條件差，交通擁擠，沿線地下管線密布。萬紅西街是連接廣順南大街與酒仙橋路的主要道路，現(xiàn)狀路寬17 m，規(guī)劃路寬40 m，道路兩側(cè)建筑緊貼紅線布置，酒仙橋路和萬紅西街地下管線較多、較密集；因此，將臺(tái)站和高家園站的車站明挖施工難度較大。

沿線存在下穿建筑、河流及近距離施工控制點(diǎn)，且隧道穿越地層主要為粉土、黏土及含水的粉細(xì)砂層，多數(shù)地段不具備地面降水條件。因此，區(qū)間采用暗挖法施工幾無可能性，盾構(gòu)法是最合理的工法。另外，高家園站現(xiàn)狀道路最小寬度為17 m，地下管線密集，且兩側(cè)緊鄰多層居民樓，采用淺埋暗挖法施工會(huì)制約區(qū)間盾構(gòu)法施工進(jìn)度。

1.1工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

工程范圍內(nèi)地層如下：

1)人工填土層。①粉土填土、①1雜填土。

2)第四紀(jì)全新世沖洪積層。③粉土、③1粉質(zhì)黏土、③3粉細(xì)砂、④粉質(zhì)黏土、④4中粗砂。

3)第四紀(jì)晚更新世沖洪積層。⑥粉質(zhì)黏土、⑥2粉土、⑥3粉細(xì)砂、⑦1中粗砂、⑦2粉細(xì)砂、⑧粉質(zhì)黏土、⑧2粉土、⑨圓礫卵石、⑨1中粗砂、⑨2粉細(xì)砂、⑩粉質(zhì)黏土、⑩2粉土。

工程范圍內(nèi)地下水情況如下：

1)上層滯水(一)。水位埋深2.98～6.79 m，含水層巖為粉土填土①層、粉土③層、粉細(xì)砂③5層。

2)承壓水、潛水(二)。水頭埋深5.98～9.25 m，含水層主要為粉細(xì)砂④3層、中粗砂④4層。

3)承壓水(三)。水頭埋深11.70～18.40 m，含水層主要為粉土⑥2層、細(xì)中砂⑥3層，該層水位標(biāo)高南高北低，承壓性自南向北逐漸減弱，水頭高度為5.3～0 m(自南向北)。

4)承壓水(四)。水頭埋深21.00～25.05 m，含水層主要為中粗砂⑦1層、粉細(xì)砂⑦2層，水頭高度為2.0～5.3 m。

1.2區(qū)間隧道設(shè)計(jì)

區(qū)間地段覆土厚度11.3～20.2 m，最低點(diǎn)處線路埋深26.8 m，縱坡3‰～27‰，最小曲線半徑R=350 m。隧道穿越地層主要為粉土、黏土及含水的粉細(xì)砂層。土壓平衡盾構(gòu)在較小覆土條件下具有優(yōu)勢(shì)，止水性能完全能夠滿足本區(qū)間工程施工要求。

北京地鐵14號(hào)線車輛為A型車，通過對(duì)區(qū)間車輛銜接、區(qū)間空間利用、車站布置和工程造價(jià)等方面的比較，單洞雙線盾構(gòu)區(qū)間隧道的建筑限界為8 800 mm，考慮施工誤差、結(jié)構(gòu)變形、隧道沉降以及測(cè)量誤差等，隧道管片凈空理論值為9 000 mm。隧道襯砌組合、襯砌環(huán)寬度、襯砌分塊等參數(shù)見表1，襯砌斷面如圖1所示。

表1　隧道基本參數(shù)

圖1　區(qū)間隧道斷面圖(單位： mm)

1.3將臺(tái)站設(shè)計(jì)

將臺(tái)站位于酒仙橋路與將臺(tái)路的交叉路口南側(cè)，線路沿酒仙橋路呈南北走向布置，車站站臺(tái)、站廳分離布置，由聯(lián)系通道連接。站臺(tái)形式為地下單層側(cè)式站臺(tái)，車站端部風(fēng)道兼作擴(kuò)挖施工通道；集散廳和附屬用房外掛，為地下3層，采用明挖法施工。車站設(shè)置3個(gè)出入口、2個(gè)風(fēng)亭和1個(gè)緊急疏散口。車站長(zhǎng)168 m(含1號(hào)、2號(hào)風(fēng)道)，總建筑面積4 089.7 m2(不含集散廳)，其中盾構(gòu)擴(kuò)挖段總長(zhǎng)144.8 m。結(jié)構(gòu)寬17.8 m，高9.760 m，凈空高7.91 m，車站覆土約14.5 m。將臺(tái)站平面圖如圖2所示。

將臺(tái)車站埋深25.5 m，穿越的地層有： 粉細(xì)砂④3層、中粗砂④4層、粉質(zhì)黏土⑥層、黏土⑥1層、粉土⑥2層、細(xì)中砂⑥3層、圓礫⑦層、中粗砂⑦1層、粉細(xì)砂⑦2層、粉土⑦3層、粉質(zhì)黏土⑦4層、地下水3層潛水(二)、承壓水(三)、承壓水(四)。車站底板進(jìn)入承壓水層(四)中，承壓水水頭高度約4 m。其中，粉細(xì)砂④2、④3層在暗挖的頂部，位于水位以下，對(duì)施工影響巨大，采用管井降水和局部注漿止水相結(jié)合的治水措施。

圖2　將臺(tái)站平面圖

1.4高家園站設(shè)計(jì)

高家園站總長(zhǎng)179 m，風(fēng)道設(shè)于站端小里程，作為擴(kuò)挖施工橫通道，擴(kuò)挖段長(zhǎng)170 m，擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)總寬17.8 m。擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)兩側(cè)預(yù)留斜通道、連接通道、大里程跨線風(fēng)道接口。擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)覆土15 m，擴(kuò)挖車站二次襯砌輪廓寬17.8 m，一柱兩跨，單跨8.2 m。頂拱結(jié)構(gòu)最薄處600 mm，底板最薄處800 mm。

高家園站和將臺(tái)站車站布局形式基本相同(如圖3所示)，由于場(chǎng)地原因，僅在車站南端風(fēng)道處設(shè)置2個(gè)豎井，集散廳因拆遷原因緩建。高家園站底板埋深24.5 m，穿越的地層及地層含水情況與將臺(tái)站類似。由于地面條件不具備，本工點(diǎn)采取全斷面注漿止水和洞內(nèi)疏排措施。暗挖頂部的含水粉細(xì)砂④3層、中粗砂④4層對(duì)工程影響很大，暗挖施工風(fēng)險(xiǎn)顯著。

2盾構(gòu)施工

經(jīng)過多輪比選和研究[10]，工程采用1臺(tái)外徑為10.22 m的土壓平衡盾構(gòu)，輻條式刀盤(見圖4)，具體參數(shù)如表2所示。盾構(gòu)主機(jī)長(zhǎng)11.55 m(不含工作臺(tái))，盾構(gòu)總長(zhǎng)60 m。

圖3　高家園站平面圖(單位： m)

圖4　外徑為10.22 m盾構(gòu)

項(xiàng)目參數(shù)刀盤型式輻條式刀盤直徑/mm10260盾構(gòu)主機(jī)長(zhǎng)/mm11500刀盤轉(zhuǎn)速/(r/min)0～0.45(0.68)脫困扭矩/(kN·m)43000螺旋機(jī)型式軸式刀盤開口率/%65盾構(gòu)直徑/mm10220鉸接推力/kN84000最大推力/kN108000最大扭矩/(kN·m)34344螺旋機(jī)直徑/mm800螺旋機(jī)最大通過粒徑/(mm×mm)420×500刀具布置 中心刀1把、刮刀276把、先行刀141把、仿形刀2把

受進(jìn)場(chǎng)條件、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)以及工期等因素的制約，盾構(gòu)穿越車站風(fēng)道與區(qū)間施工存在交叉作業(yè)，工序安排時(shí)對(duì)車站施工有較大影響。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求，風(fēng)道必須完成結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)環(huán)梁施工及側(cè)壁土體加固后，才具備盾構(gòu)始發(fā)和接收條件。由于盾構(gòu)掘進(jìn)速度較快，而車站風(fēng)道施工受進(jìn)場(chǎng)條件的制約，很難滿足盾構(gòu)接收與始發(fā)工期節(jié)點(diǎn)。為確保施工進(jìn)度，在采取應(yīng)對(duì)措施后，本工程盾構(gòu)穿越風(fēng)道歷經(jīng)3種不同工序： 1)風(fēng)道結(jié)構(gòu)全部完成， 2)穿越部位風(fēng)道結(jié)構(gòu)完成， 3)直接穿越風(fēng)道原狀土體。盾構(gòu)穿越風(fēng)道斷面如圖5—7所示。

圖5中，車站風(fēng)道二次襯砌結(jié)構(gòu)全部施作完畢，盾構(gòu)掘進(jìn)實(shí)施穿越，風(fēng)道結(jié)構(gòu)不采取任何加固措施。圖6中，風(fēng)道結(jié)構(gòu)未完全施作完成，僅在盾構(gòu)穿越段二次襯砌結(jié)構(gòu)施作完成。如此，則需在風(fēng)道土方未開挖段加固噴混凝土，確保土層穩(wěn)定；已完成結(jié)構(gòu)和影響范圍內(nèi)初期支護(hù)襯砌在風(fēng)道內(nèi)采用鋼支撐對(duì)稱加固，以防因盾構(gòu)掘進(jìn)推力致使結(jié)構(gòu)受損。最為復(fù)雜的是圖7所示的風(fēng)道，在穿越部位上方完成部分導(dǎo)洞和拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)施工，為確保冠梁的整體穩(wěn)定性，在二次襯砌拱部導(dǎo)洞內(nèi)加設(shè)壓重冠梁，并設(shè)臨時(shí)豎向支撐，以期與盾構(gòu)掘進(jìn)上抬推力相平衡。其中，區(qū)間盾構(gòu)穿越部位內(nèi)的豎樁暫不打設(shè)，以確保盾構(gòu)順利穿越。

3車站擴(kuò)挖施工

車站擴(kuò)挖是本工程的主要難點(diǎn)和重點(diǎn)，通過研究和對(duì)比分析，采用盾構(gòu)先行通過車站，然后利用盾構(gòu)隧道作為車站的中洞，再擴(kuò)挖形成車站的站臺(tái)層。車站擴(kuò)挖斷面如圖8所示。擴(kuò)挖主要施工步序及步驟如圖9所示。

圖5　盾構(gòu)穿越風(fēng)道縱斷面圖(結(jié)構(gòu)全部完成)(單位： mm)

(a)(b)

圖6盾構(gòu)穿越風(fēng)道斷面圖(穿越部位結(jié)構(gòu)完成)(單位： mm)

Fig. 6　Cross-section showing ventilation tunnels shield crossed (after ventilation structure of crossing section was constructed) (mm)

圖7盾構(gòu)穿越風(fēng)道斷面圖(穿越風(fēng)道部位未施工)(單位： mm)

Fig. 7Cross-section showing ventilation tunnels shield crossed (before ventilation structure of crossing section is constructed) (mm)

圖8　車站擴(kuò)挖標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位: mm)

3.1利用隧道作為施工通道，開辟施工工作面

由于萬紅西街東側(cè)鄰近房屋，近期內(nèi)無法完成拆遷，導(dǎo)致高家園站2號(hào)風(fēng)道無法進(jìn)行開挖，相較將臺(tái)站從南北風(fēng)道對(duì)頭開挖，高家園站的單向開挖施工效率勢(shì)必會(huì)大大降低。為此，提出高家園站盾構(gòu)管片側(cè)壁開洞增加施工橫通道方案，如圖10所示。

即在大盾構(gòu)隧道的側(cè)壁，開辟了3對(duì)橫通道SMD1、SMD2、SMD3，開辟了5個(gè)工作面開挖打樁導(dǎo)洞，由于盾構(gòu)隧道內(nèi)徑達(dá)到9 m，5個(gè)工作面的土方、格柵、錨噴料、人員等利用盾構(gòu)隧道作為施工通道，為存放材料、車輛會(huì)車掉頭提供作業(yè)空間，如圖11和圖12所示。

第1步。施工盾構(gòu)內(nèi)中墻,預(yù)留頂拱和底板主體結(jié)構(gòu)鋼筋接駁器,架設(shè)洞內(nèi)臨時(shí)支撐。對(duì)側(cè)導(dǎo)洞范圍進(jìn)行深孔注漿加固,開挖擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)側(cè)導(dǎo)洞,洞內(nèi)施工圍護(hù)樁、旋噴樁、冠梁等。(a) 第2步。側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)初期支護(hù)施工,預(yù)留初期支護(hù)連接節(jié)點(diǎn),并對(duì)初期支護(hù)背后進(jìn)行回填混凝土。(b) 第3步。對(duì)中洞周邊深孔注漿加固。小導(dǎo)管注漿加固,對(duì)稱開挖中洞,初期支護(hù)扣拱,設(shè)置臨時(shí)仰拱。對(duì)上排導(dǎo)洞進(jìn)行注漿加固。為減少不對(duì)稱荷載產(chǎn)生的偏載影響,在側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)與臨時(shí)仰拱對(duì)應(yīng)位置設(shè)置水平型鋼拉桿。(c) 第4步。開挖土體至側(cè)導(dǎo)洞底板位置,作臨時(shí)封底。(d) 第5步。沿隧道縱向分段(5.4m),拆除盾構(gòu)隧道部分K管片。(e) 第6步。對(duì)稱拆除B塊,此階段側(cè)導(dǎo)洞初期支護(hù)不得鑿除,拆除及運(yùn)輸主要利用盾構(gòu)隧道內(nèi)側(cè)空間。第2道支撐作為施工平臺(tái)。(f) 第7步。搭設(shè)拱頂二次襯砌腳手架,分段局部拆除側(cè)導(dǎo)洞初期支護(hù),鋪設(shè)防水層,綁扎鋼筋,澆筑混凝土,完成二次襯砌扣拱。(g) 第8步。拆除腳手架,破除臨時(shí)封底,對(duì)稱開挖至盾構(gòu)隧道內(nèi)第3道支撐下。(h) 第9步。拆除中部標(biāo)準(zhǔn)塊管片及相應(yīng)內(nèi)部支撐。(i) 第10步。對(duì)稱開挖至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高,拆除下部標(biāo)準(zhǔn)塊管片及相應(yīng)內(nèi)部支撐,及時(shí)施工墊層。(j) 第11步。施工防水層和保護(hù)層,綁扎鋼筋,澆筑底板、側(cè)墻二次襯砌混凝土,完成二次襯砌結(jié)構(gòu)施工。施工站臺(tái)板等內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(k)

圖9車站擴(kuò)挖工序

Fig. 9Enlarging construction sequence of Metro station

圖10　高家園站盾構(gòu)管片側(cè)壁開洞增加橫通道平面圖

圖11　管片側(cè)壁開洞形成作業(yè)平臺(tái)

圖12　拆除管片暗挖橫通道施工圖

3.2擴(kuò)挖階段側(cè)洞初期支護(hù)破除、支撐設(shè)置及管片拆除方案調(diào)整

參建各方關(guān)心的是大盾構(gòu)擴(kuò)挖車站能否成功實(shí)施擴(kuò)挖扣拱、管片拆除等問題。施工中針對(duì)“管片拆除方法、隧道內(nèi)的臨時(shí)支撐設(shè)置、擴(kuò)挖及管片拆除過程中偏載效應(yīng)的控制”等擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)施工重大風(fēng)險(xiǎn)工程，制定了有效的應(yīng)對(duì)措施，形成了大盾構(gòu)擴(kuò)挖車站的成套技術(shù)。車站扣拱施工和管片破除施工如圖13和圖14所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖(見圖15)，先拆除K管片(如圖1所示)，再拆除B管片，并且拆除后管片進(jìn)入盾構(gòu)中，拆除及運(yùn)輸主要利用盾構(gòu)隧道內(nèi)側(cè)空間，第2道支撐作為施工平臺(tái)(如圖14(b)所示)。

由于先拆除K管片，會(huì)導(dǎo)致中洞初期支護(hù)扣拱拱腳處發(fā)生下沉或偏移；且B管片質(zhì)量達(dá)7 t，第2道支撐作為施工平臺(tái)，施工人員均在盾構(gòu)中施工，一旦發(fā)生管片突然掉落，極易發(fā)生安全事故。因此，需對(duì)側(cè)洞初期支護(hù)拆除施工步序進(jìn)行優(yōu)化——先拆B(yǎng)管片，再拆K管片。

由于施工場(chǎng)地的限制，側(cè)洞初期支護(hù)拆除前，完成側(cè)洞及中洞中盾構(gòu)擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)初期支護(hù)扣拱，不架設(shè)側(cè)導(dǎo)洞及中洞臨時(shí)工字鋼橫撐。盾構(gòu)結(jié)構(gòu)內(nèi)，2道支撐改為1道支撐，管片破除處支撐采用滿堂腳手架(見圖16)。B管片通過扣拱側(cè)洞實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸。期間做好監(jiān)控量測(cè)工作，確保每個(gè)步序施工前結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。

圖13　車站施工實(shí)景圖

(a) 管片破除施工圖

(b) B管片破除圖

圖15　支撐原設(shè)計(jì)圖

圖16　支撐變更圖(單位： mm)

4施工效果

4.1工期

東風(fēng)北橋—望京南站區(qū)間長(zhǎng)3 150 m，歷時(shí)14個(gè)月(含調(diào)整停工時(shí)間)，平均月進(jìn)尺306 m，最快日進(jìn)尺19.8 m(11環(huán))，最快月掘進(jìn)493.2 m(274環(huán))；大直徑盾構(gòu)始發(fā)井7個(gè)月；地面準(zhǔn)備及盾構(gòu)組裝4個(gè)月(其中盾構(gòu)組裝1～2個(gè)月)。本工程盾構(gòu)施工從始發(fā)井土建到盾構(gòu)拆解總計(jì)28個(gè)月。車站主體擴(kuò)挖施工工期不超過14個(gè)月，相較同規(guī)模暗挖車站主體實(shí)施工期短(一般為20個(gè)月)。

4.2施工安全及風(fēng)險(xiǎn)控制

根據(jù)《北京軌道交通建設(shè)工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系》[11]，本試驗(yàn)段涉及自身和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)累積83項(xiàng)，涵蓋機(jī)場(chǎng)快軌，機(jī)場(chǎng)高速，穿越東北四環(huán)路，市政管線，穿越大片平房、2層、5層、7層房屋建筑等風(fēng)險(xiǎn)工程。

4.2.1環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可控

在盾構(gòu)掘進(jìn)及盾構(gòu)擴(kuò)挖車站施工期間，重要的地下管線、東北四環(huán)路、壩河及酒仙橋、機(jī)場(chǎng)高速及機(jī)場(chǎng)快軌高架橋、房屋等建(構(gòu))筑物的變形指標(biāo)均在控制范圍內(nèi)。

4.2.2盾構(gòu)區(qū)間的地面沉降控制

多數(shù)測(cè)點(diǎn)變形數(shù)據(jù)集中分布于-10～-20 mm，一般情況下在15 mm，地表隆起值一般小于4 mm。

由此可見，大直徑盾構(gòu)安全穿越各類風(fēng)險(xiǎn)工程(無國鐵風(fēng)險(xiǎn)工程)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)不因掘進(jìn)斷面的增大而同比例放大。

4.2.3擴(kuò)挖車站的地面沉降控制

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和分析第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)將臺(tái)站和高家園站地表沉降分別介于20.9～151.7 mm和5.9～109.6 mm，總體介于40～60 mm，將臺(tái)站和高家園站總體沉降控制較好，地表典型沉降時(shí)程曲線如圖17所示。由圖17不難發(fā)現(xiàn)： 大盾構(gòu)施工引起的地表沉降不超過5 mm，盾構(gòu)施工引發(fā)的地層損失較??； 車站導(dǎo)洞開挖引起的階段沉降約為20 mm，初期支護(hù)扣拱階段引起的地表沉降為15～18 mm，這2個(gè)階段引起的地表沉降約占總沉降量的60%～85%，是沉降控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖17　典型沉降時(shí)程曲線

為便于比較，詳細(xì)梳理同地理區(qū)域范圍內(nèi)的暗挖車站沉降情況。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，北京東部地區(qū)其他PBA法工程的沉降均值在55～158 mm，與這些車站相比，本工程將臺(tái)站和高家園站擴(kuò)挖的地層沉降控制是適中的。

整體而言，盾構(gòu)擴(kuò)挖施工技術(shù)能在封閉成環(huán)的管片結(jié)構(gòu)下進(jìn)行擴(kuò)挖，安全性高，車站暗挖土方量少，整體沉降小，對(duì)周邊環(huán)境影響小。在施工過程中未出現(xiàn)較大的安全事故以及重大人員傷亡事故。

4.3造價(jià)

根據(jù)工程量清單及單價(jià)，擴(kuò)挖車站造價(jià)基本和同等規(guī)模常規(guī)暗挖車站造價(jià)持平(3億～3.5億元)。大直徑盾構(gòu)區(qū)間土建造價(jià)約為常規(guī)直徑(外徑6 m，內(nèi)徑5.4 m)雙線盾構(gòu)造價(jià)的1.2～1.4倍，區(qū)間每延米造價(jià)略高于雙線常規(guī)盾構(gòu)(7.5萬～8萬元)/延米，與常規(guī)暗挖區(qū)間造價(jià)持平，同時(shí)，節(jié)省了聯(lián)絡(luò)通道及渡線建造費(fèi)用。

5結(jié)論與建議

通過北京地鐵14號(hào)線東風(fēng)北橋以北2站3區(qū)間的大直徑盾構(gòu)及擴(kuò)挖車站施工技術(shù)實(shí)施情況來看，不難發(fā)現(xiàn)大直徑盾構(gòu)及擴(kuò)挖車站技術(shù)存在以下優(yōu)點(diǎn)： 1)能滿足安全、質(zhì)量和工期要求，且造價(jià)可接受，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖； 2)解決了區(qū)間盾構(gòu)和車站暗挖的組合問題，突破了僅依靠暗挖實(shí)現(xiàn)區(qū)間渡線的瓶頸； 3)化解了地面條件受局限的難題，為施工創(chuàng)造運(yùn)輸通道和開挖作業(yè)面，方便隧道和車站的施工組織，解決車站與區(qū)間隧道相互制約的矛盾。

大直徑盾構(gòu)及擴(kuò)挖車站施工技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)地鐵建設(shè)工籌方案和施工方法的創(chuàng)新，是傳統(tǒng)盾構(gòu)工法和暗挖工法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的集成技術(shù)成果，不啻為一種新的施工工法，為“連續(xù)地層含水區(qū)間和車站，且車站不具備明挖條件”提供了解決方案。

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Shield Tunneling Technologies and PBA Enlarging Method:A Case Study on Beijing Metro

LE Guiping1, HUANG Qiwu1, 2, LI Hongan1

(1.BeijingMTRConstructionAdministrationCorporation,Beijing100068,China;2.ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083,China)

Abstract:The layout of Metro station and conventional double-line tunnel is a difficult problem in complex urban area. In this paper, the large-diameter earth pressare balance (EPB) shield tunneling technologies for North Dongfengqiao Station-South Wangjing Station section on No.14 Line of Beijing Metro and Metro tunnel enlarging construction by using pile-beam-arch (PBA) method are presented. The key technologies, the connecting construction sequence between shield section and Metro station and segment disassembling, are emphatically presented. The construction results show that: 1) The large-diameter shield tunneling technologies and PBA enlarging method adopted are new, advanced and reliable. 2) The influence of the construction on the surrounding environment can be brought under effective control. 3) The technologies mentioned are worth popularizing.

Keywords:large-diameter earth pressare balance(EPB) shield; Metro station; pile-beam-arch(PBA) method; enlarging construction

中圖分類號(hào)：U 455.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1672-741X(2016)02-0212-09

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.02.014

作者簡(jiǎn)介：第一 樂貴平(1956—)，男，江西東鄉(xiāng)人，1984年畢業(yè)于清華大學(xué)，土木工程專業(yè)，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事城市軌道交通建設(shè)技術(shù)和管理工作。E-mail: leguiping@163.com。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41202219)

收稿日期：2015-08-21; 修回日期: 2015-12-24