北京某号地铁线路地下车站暗挖工程监控措施

北京地铁**地下车站暗挖工法综述摘要：北京地铁**采用了多种暗挖工法,在工法的选择以及应用上有不少值得借鉴和研讨的地方。本文在介绍地铁**地下车站暗挖工法的基础上，对有关技术问题进行论述。一.概述北京地铁**是贯穿京城南北的一条轨道交通干线，线路经过了丰台、崇文、东城、朝阳和昌平等五个区，全长27.6km，共设车站22座。根据规划条件及环境要求，南段线路采用地下线路形式，在北四环路以北采用高架或地面线路形式，其中，地下线路长度16.9km，占全线长度的61%，地下车站16座；高架及地面线路长度10.7km，占全线长度的39%，高架车站5座，地面车站1座。（见图1）在16座地下车站中，有4座车站采用暗挖法施工，还有5座车站采用明暗挖结合的方法实施。地铁**隧道穿越的地层为第四纪地层，以粘土、粉土、砂及砾石层为主。地下水主要有上层滞水、潜水和承压水。隧道基本在潜水中，部分隧道已经进入承压水。地铁**早在1992年底就已经进行可行性研究，至现在已经开展工作近11年，其间主要方案经过了多次论证和变迁。本文主要就地铁**地下车站暗挖法的有关技术问题进行论述。二.地下车站施工方法的选择地下车站施工方法的选择，主要应根据规划情况、工程地质及水文地质条件、周围环境、工程技术难度、工期以及工程造价等诸多因素综合权衡确定。以下几个原则是本人通过地铁**工程得到的感悟。

1．能明挖则明挖，非万不得已不选择暗挖工法

在选择施工方法时，应遵循的第一个原则就是按照明挖法→盖挖顺作法→盖挖逆作法→暗挖法的先后顺序选择，这几种工法的要点和适用范围比较见表1。

由表1的比较可以看出，虽然明挖法对环境的影响较大，但其工期短，影响的时间短，加之在其他方面的优势强，因此很多情况下应作为车站施工的首选工法。而暗挖法虽对环境和地下管线的影响小，但其他方面不具优势，因此应尽量避免采用。不同施工工法的要点及适用范围比较表表12．要站在整个工程的高度选择施工方法，正确处理工程拆迁、工程造价、工期、环境影响以及社会效益等诸多方面的关系。地铁工程是一项浩大的城市建设工程，与城市的建筑、设施、环境以及人们的生活息息相关，必将对城市的正常生活造成影响，诸如拆迁房屋、影响交通等等。在城市的中心区修建地铁车站，不管采用明挖法还是暗挖法，工程拆迁都是不可避免的，虽然通常情况下明挖法的拆迁较暗挖法多，但我们应当综合多方面因素来选用合理的施工方法。综合费用的比较。采用明挖法的拆迁费＋工程费是否低于采用暗挖法的拆迁费＋工程费？如果明挖法的综合费用低于暗挖法的综合费用或两者相当，显然采用明挖法在经济上是比较合理的。否则，还要在其它方面进行考虑。车站施工是否有条件促进规划实现。对于设在规划道路范围内的车站，一般应充分考虑道路规划建设以及能否通过地铁建设带动地面建设的开展。这样，本属于地面建设拆迁范围内的拆迁费用，可能变成由地铁和地面建设共同分担，既减少了地铁的拆迁费用，也减少了地面建设的费用，一举两得。这也是地铁工程建设带动沿线建设在这方面的体现，具有较好的社会效益。如果上述条件成立，那么采用明挖法或盖挖法是比较适宜的。环境影响和工程施工安全。采用明挖法由于占用的施工场地多，因此对环境的影响大于暗挖法。尤其车站位于现状道路下方，对地面交通影响较大。但是，暗挖法施工在安全方面却不能与明挖法比拟，在某些地段或者某种地质条件下，暗挖法施工难度极大，如果在车站上方或周围有建筑物，暗挖法施工引起的地面沉降较大，其负面影响不可忽视。是否有重要制约条件。要考虑在站址周围是否有重要的控制因素，比如重要建筑物，重要文物保护单位，是否有重要且难以拆改的地下管线或地下构筑物等，这些控制条件往往影响到站位和施工方法的确定。工期是否充足够用。工程的建设周期长短也是一个不可忽视的因素，选择一种施工方法，要考虑到整个工程的筹划是否满足要求，不可忽视所选施工方法在安全性能方面的把握度，一旦出现问题处理时间是否可控，各方面的影响严重程度等。通过对上述各种因素综合、客观的考虑和分析，结合车站的综合技术经济比较，一定能够选取一种合理、恰当的施工方法。

3．要尊重工程技术人员和专家的意见，根据客观、科学的论证确定工程施工方案，切忌主观臆想、感情用事。工程技术人员要以扎实的工作为领导宏观决策提供参考和依据。地铁**车站施工方法的确定，考虑了多种综合因素，整个过程争议很多，方方面面的意见都有。设计方案从最早设计推荐的3座车站暗挖，1座车站盖挖，12座车站明挖演化到9座车站暗挖，1座车站明暗挖结合，6座车站明挖，最后形成了4座车站暗挖，5座车站采用明暗挖结合，7座车站明挖的现状。论证过程主要矛盾焦点是：如何处理工程拆迁与工期的关系，认为拆迁过程长短难以控制，可能制约工程工期；认为明挖法工程拆迁费用偏高；沿线城区过分强调明挖法对周围环境的影响；部分人认为暗挖法施工引起的沉降对上部建筑物影响不大等。

4．从地铁**工程运作到目前的情况来看，地面拆迁工作基本到位，即使部分车站拆迁比计划滞后，其滞后时间也不长，相比较之下，明挖工期＋明挖法地面拆迁工期小于暗挖工期＋暗挖法地面拆迁工期；明挖工程的综合费用（拆迁＋工程费）与暗挖法的综合费用相差不大；对环境的影响也基本相当；相反，暗挖法施工引起的沉降对周围环境的影响则更加凸显，成为各方比较棘手的问题。

各地下车站采用的施工方法见表2。三.地铁**采用的暗挖工法及结构型式论述地铁**采用暗挖法施工的车站，根据具体情况采用了不同的工法，其结构型式也多种多样。

1．传统的三连拱车站结构型式（图2）在天坛东门站和磁器口站，采用了传统的三连拱车站型式。隧道断面尺寸大致在22m×15m（宽×高）左右。车站采用复合衬砌结构型式，顶梁采用型钢梁，立柱为钢管柱，其它均为钢筋混凝土结构。此结构型式在北京已经有成功的实例。通常情况下，根据隧道断面的大小及跨径分配，可采用中洞法、侧洞法、侧壁导坑法以及混合使用各种工法分步实施开挖和支护作业。**采用的施工开挖步序见图3。

**连拱车站隧道施工采用的是中洞法，其中中洞采用交叉中隔壁法施工。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。连拱车站型式在以往工程中普遍反映出的问题主要有：施工质量不易保证；顶部连拱形成的沟槽积水，容易出现漏水现象，且不易治理；施工分块多，稳定性差；废弃工程量大等。

2．单拱三跨单层车站结构型式（图4）限我在绪地鹊铁舞*状*词采舅用锤明就暗助挖访结茫合衣施咬工怎的匆车骂站驰，独其裙暗非挖继部唯分越均贡为姑下僚穿组现疤状孟道葵路趁，帜以撤达止到符施粪工常期钉间及不夫中谷断遣交迅通心的址目依的处。天为钱保暴证透明完挖洗和侨暗没挖界结基构翁的洒合纯理缠埋帆深悬，型暗吹挖祥部盈分真均急采晨用帮了御单喘层迫结悉构颜。兴由标于谣单镇层两结画构谊在再分均步飞开牙挖须过笔程克中活的划结灭构等体放系镰转属换采较怨双巴层析结林构帖简冻单叫、温容纯易艳，罩同誉时跃又志为超避钱免扣连驱拱尖隧昼道循顶绿部彩积解水榴问跳题糖，帝推浮荐司采蜜用峰了督单数拱球三租跨素结明构烘型等式描。仁车棒站屠采废用浇复写合饼衬宾砌猎，蝇顶事梁紧、笼底库梁论采恳用粱钢萄筋及混代凝塔土盟结代构者，床立春柱筒为旋钢参管板柱反。烧采粒用返此务类瞎结剂构喷型铅式鼠的本车沈站炸有好：伴刘矮家努窑唯车房站仇、滩东卷单词车姥站播、迈东商四丢车寻站至、警张校自蔬忠何路圾车唉站哗等天。糟根缺据银车链站令站纯台旅宽甜度之不就同昨，盼隧热道锐断拘面彼尺顿寸合大财致护在沈2仗1泰.司8晌m常×异9梨.土5窃m犬（率宽昆×矮高庭）粒～录2保3赶.陡9散m豆×芦1张0皂.最5谣m字（层宽醋×喉高则）矿左慌右殿。胞此叔类匠断陈面诸在幕北该京蕉乃里至权国盖内希软详土籍地息层范地废铁抽车柴站以中那首监次暮采旷用福，牧施计工页可飘采厨用乓的蚁方躬法陈与亭三败连谋拱煎隧腰道吃基溉本艰类蛮似抓，脉只盛是坏由围于绍结福构翅高纱度舒小要，扶竖木直移方愈向好的娇转山换私少彼，可各轰施员工毅步留序里转引换励更穗加脆简视单姿、炉安躬全脏。页此它结蜡构玉最忽大英的鹊优律点脱是唇隧熔道绪顶隶部覆没稠有疯积素水易槽滑，巷防嫂水畜效销果匠好纱。然此医类挪工策法屋的乌典吊型惑施死工锤步叼序平见损图秘5

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光5妙．悉贱暗剩挖弦车左站侨风萍道梢结压构祥型均式图（济图搏1集0涛）地铁**采用暗挖法施工的通风道基本为单跨双层结构,复合衬砌结构型式。风道总体开挖尺寸为11.6m×12.75m（宽×高）,其结构体量比较大，采用交叉中隔壁法施工，施工中打设小导管作为超前支护。

四.地铁**暗挖工法的主要技术问题讨论由于地铁**采用了多种断面型式以及不同的开挖方法，且沿线周围的环境条件差异较大，因此在设计和施工中必须对有关技术问题给与充分的重视。

1．暗挖车站第一工作面的形成方式

地铁**车站开挖工作面的形成主要有以下两种方式：

方式一：利用车站通风竖井和通风道开辟车站开挖工作面，即首先施工通风竖井，然后开挖整个风道，在风道靠车站一端形成车站开挖工作面，其施工顺序见图11示意；

方式二：在车站两端明挖（或盖挖）竖井（基坑），待竖井完成后从其侧壁开挖车站主体和通风道，其施工顺序见图12示意。

以上两种方法可以适用于不同的条件，其优缺点见表3。

上述两种方式各有优缺点，但考虑到暗挖法车站往往制约整体工期，因此建议如果有条件，应尽可能采用方式二。还有另外一个方式也可以采用，即在利用风道形成车站开挖面的同时，将有条件的出入口作为车站上半断面的施工通道。由于出入口的结构断面小，施工期短，因此可以尽快进入车站，这样既可增加车站施工的工作面，也可以有效减少车站的工期和降低施工风险。

2．隧道施工期间的稳定性

在软土地层中暗挖施工大断面隧道，必须通过小断面的开挖和转换来实现，其所贯彻的主要指导思想是强支护、快封闭，施工期间最重要的是要确保每一个施工分步的开挖和支护稳定以及施工转换的安全。每一步开挖尺寸应尽可能合理。由于目前基本为人工开挖和支护作业，每一步开挖的高度应控制在3.5m左右，最多不要超过4m，这样采用台阶法开挖时人工作业方便。

如果高度太大就必须增加台阶数量，导致初期支护不封闭段长度增加，风险加大。目前**采用比较多的工法是交叉中隔壁法，如图14妇示科意滚，矮在直开例挖话过懒程滚中嫩，蚀由稻于鸭每品一刷步候都豆是模封种闭分的陷，腊且誉为堡强厚支赏护寻，勾因摸此咸稳县定顽性接不夸会帜有饰问约题码。揭但本在胜开折挖脆完笑成耳后辆施克作敞二尝次帅衬露砌沿时着，胜在掀局耕部鼠拆让除芹中半隔挺壁僚和妇临洁时柔仰离拱窄后尊，删原意先票在束开垃挖村中娇已易经朋形雅成赚平萝衡数的座初凝期文支鞭护喘受麦力轮体熟系座受沟到慎破恭坏令，际如玉图逝1已4沾示风意饰底共部艰中草隔再壁鞭拆扶除趟，摊竖递向她承多载久能锄力阳部液分燥丧斯失祝，艘此萌时忆顶踪部匙的垄荷善载芹无染法交靠泽中乞间速的熟柔辣性顺临乎时受结慰构痛承恢担越，煌隧炕道蝇将卧面桨临减一锄定胸危响险星。桐当啊衬例砌擦逐遥步坟向筑上建浇嘱筑烂，邀连属续伶拆损除室中毯间清临秧时蛮结芳构牵时固，岂风构险娘越慧来庆越哀大趁。厦要弹减贸小云衬陵砌真和权拆期除桑过尼程需中敌的春风江险著，汉应捆尽轮可市能摊减卷小疤纵耗向师拆逃除因隔似壁痒的吸长宾度干，至利承用塘空虫间均受电力衬效特应娘保盲证技隧住道庄稳潮定康，称同养时愁，贴应板在趣拆担除蜜临徐时腐隔赞壁顾的赴部闲位每，总增蹈设慢临没时愈竖妻向欠支崭撑损。夏由璃于补大询部跑分厅初荣期宣支章护增承组受届的低是夸压晕力怀作巨用煮，障当摊隧赏道陵断披面福较甩大阶时励，符建袋议眼将推内父部播临同时健初漫期豆支软护甜由洁弧暂形喜改希为揭直兴线虏型领，把可浸以口避较免车弧甩形悔初售期拒支嫂护洁在堤较怨大勇的呆轴纷力下作悠用俱下期失繁稳鸣。

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3．风道与车站交界处（马头门）施工应注意的问题前面已经谈到形成第一工作面的方式，在目前地铁**采用风道开口的车站，都存在开挖断面大、施工工序多、工期紧、风险大的情况。本人认为有以下几个方面需要注意：

（1）开口断面太大，对抬高段隧道衬砌的削弱非常大，隧道整体稳定难以控制。建议开口前首先对马头门进行加强，有条件的应首先完成二次衬砌加强段。

（2）条件的建议先利用小导洞进入车站上半断面施工，化整为零，减小开口断面。

（3）开口部位应采用管棚进行超前支护，并用小导管进行注浆。

（4）为充分了解马头门施工时结构的受力、变形状态，确保心中有数，万无一失，应加强施工监测，对钢筋及混凝土应力、变形、收敛、拱顶下沉以及地面沉降进行监测，其监测密度要大，并应及时将信息反馈给各有关单位。

（5）开口段容易引起过量的地面沉降，除采取强支护措施外，还应加强衬砌背后的回填注浆工作。

（6）应准备应急预案和足够的应急材料。

4．地面沉降控制

从目前地铁**已经施工的各标段地面沉降情况看，多数标段的沉降控制不理想，部分风道在尚未完成开挖和初衬时沉降就已经超过40mm，这与隧道的断面大小及施工方法有关外，最主要的原因还有：

施工方案不妥。选取合理的施工方法和先后次序，可以从源头上使控制沉降成为可能。目前地铁**部分暗挖断面大，施工步序多，因此应采用合理的施工方案，控制沉降。施工期间初期支护未能及时封闭。部分施工段，由于上下台阶的长度过长，上半断面又没有临时仰拱，导致较长距离内初期支护不封闭，引起沉降。超前支护（小导管注浆）不到位，流于形式。超前支护是防止隧道拱部土体局部坍塌的重要手段，尤其对于较差的地层，小导管注浆可有效防止地层的流失和坍落。初衬背后注浆填充不够。从现场实际情况看，初期支护喷射混凝土施作后，初衬一般均存在背后空鼓现象，严重者空鼓可达100～150mm，尤其对于开挖后有局部坍落掉块的地方，空隙更大。衬砌背后及时注浆填充可有效防止由此产生的沉降。地质条件差。在含粉细砂的地层，隧道开挖后含水粉细砂随地下水流出，造成地层流失，引起沉降。在上述各因素中衬砌背后注浆不够或不及时是引起沉降的主要因素之一，应加强控制。对于地铁工程施工引起的地面沉降允许值应如何采用，目前业内众说纷纭，但无论车站还是区间，不管断面大小高低均采用30mm的做法是非常不妥的。总体来讲，按照一般的规律，区间隧道采用30mm左右来控制沉降比较现实，车站采用50～60mm控制比较合适。事实上，地面沉降值的控制是一个技术和经济相互平衡的问题，目前的暗挖工法，有条件将沉降控制的更小，但要付出的代价是否值得？因此，应因地制宜的选择控制标准。五.地铁**车站暗挖工程的重点和难点问题除前面提到的