沈阳地铁 4号线某车站暗挖段的设计方案

沈阳地铁 4号线某车站暗挖段的设计方案

张杰

铁道第三勘察设计院有限公司，天津 300251

摘 要：位于城市繁华地段采用暗挖管幕法施工的地下车站，由于其站址环境的特殊性，施工方法的复杂性，车站的暗挖方法以及结构形式的设计必然不同于其他普通的暗挖车站，设计者要结合施工方法的可行性和结构受力的合理性进行方案比选研究。沈阳地铁4号线某车站采用暗挖管幕法施工，经对比研究发现采用传统小管径管幕工法施工的地下车站，通过改变车站主体的结构形式，利用永久结构代替临时支撑系统提供支撑力，可以达到提供宽敞的施工空间，结构受力合理的目的。

关键词：暗挖；管幕法；结构形式

中图分类号：U455.47 文献标识码：B 文章编号：

0 引言

如今地铁车站的站址大多位于城市的繁华地段，地面交通车水马龙；车站周围高楼林立；市政管线错综复杂。沈阳地铁在建4号线某车站位于车流量大的主干线，为了减小地铁车站建设过程中对城市交通和市政的影响，采用暗挖管幕法进行车站的施工。

本文对该车站暗挖段方案设计过程中遇到的问题进行对比分析，根据总结的结论提出针对地铁车站暗挖管幕法的施工方案，为今后其他类似工程设计提供参考。

1站址环境

地铁4号线某车站位于城市两条主干线交口，其中一条为双向10车道、另一条为双向8车道，交通流量大。

车站东南角为26层华银大厦；车站东侧为人民防空办公室；车站西侧为30层年华国际大厦，场地环境非常复杂。

沿两条主干线方向有多根自来水管、污水管、煤气管等，其中交口位置有1根直径1.2m市政供水管线，不得迁改。

综合车站周边环境决定在两条主干线交口位置采用暗挖管幕法施工，车站其他部分采用盖挖法施工。

2管幕法简介

管幕法是一种暗挖施工方法。传统管幕法^[1]是利用微型顶管技术在拟建的地下建筑物四周顶入钢管或其他材质的管子，钢管间用锁扣连接，在管幕的保护下，对管幕内土体进行开挖的同时对管幕施加临时支撑，直至管幕段开挖贯通，再浇注结构体，多应用于穿越铁路、公路等下方的开挖工程^[2]。

Steel Tube Slab（简称STS）管幕法是在传统管幕结构的基础上在钢管间增加了横向连接螺栓和翼缘钢板，使其施工开挖阶段能够承受纵向和横向荷载，无需再辅以密集的临时支撑体系以确保支护结构的稳定性^[3]。

3暗挖方案比选

在车站暗挖段管幕围护方案设计阶段，管幕法的选择主要集中在以下两个方案：方案一采用STS管幕法+顶纵梁施工，方案二采用传统的管幕法+顶横梁施工，具体方案如下。

3.1方案一

采用直径900mm壁厚16mm的钢管幕对暗挖段主体结构顶板和侧墙位置土体进行围护，在车站结构的顶纵梁和底纵梁位置施作小导洞。

主要施工步骤如下：

2. 盖挖段始发井内利用微型顶管机打设暗挖段顶部及侧边最上部钢管，并挖除钢管内及钢管间土体。

3. 在钢管内安装连接螺栓，螺栓安装完成后，在钢管两端安装封堵板，向钢管内灌注混凝土，同时在钢管之间灌注C30微膨胀混凝土。

4. 在侧向钢管与顶部钢管连接牢固后，由上向下依次进行侧墙竖向钢管的顶进、钢管之间的连接以及钢管内及钢管间的注浆作业，直至形成完整的管幕结构。

5. 采用台阶法开挖下导洞Z1并施作初期支护，导洞纵向贯穿，并分别施工导洞内防水层、底纵梁及部分底板。

6. 采用台阶法开挖上导洞Z2，导洞采用格栅支护，并分别施作导洞内顶纵梁、部分顶板及中立柱。

7. 拆除上层导洞间格栅，铺设防水层，施作中跨顶板。

8. 待中跨顶板达到设计强度100%后，纵向分段开挖站厅层中板底以上土体，施作车站结构边跨处站厅层侧墙防水层，施工中纵梁、中板及负一层侧墙。

9. 待中板及站厅层侧墙达到设计强度100%后，开挖中跨土体至底板底，施作封底结构并拆除部分导洞结构，施作中跨底板防水层并浇筑中跨底板、站台层侧墙结构及防水层。

3.1方案二

采用直径402mm壁厚16mm的钢管幕对主体暗挖段顶部土体进行围护，在车站结构的四个角部施作小导洞，在底部小导洞内施作条形基础，上下导洞采用人工挖孔桩，桩顶施作冠梁，车站顶部施作顶横梁形成支撑体系。

主要施工步骤如下：

2. 盖挖段始发井内在主体结构顶板外侧施作钢管的顶进工作形成管幕。

3. 依次边开挖边支护下层边导洞Z1、Z2、Z3，在导洞内施作条形基础、底纵梁、人工挖孔桩，并与下层边导洞Z1内条形基础连接，桩顶设置冠梁。

4. 在上层边导洞Z3内对应主体结构中立柱位置跳孔开挖并支护首批横导洞，在横导洞内中立柱位置施作人工挖孔中立柱，中立柱与底纵梁连接。

5. 在横导洞内施作顶横梁，顶横梁与中立柱连接，两端与冠梁连接。

6. 施作第二批横导洞、中立柱及顶横梁结构。

7. 分段拆除上层导洞初支，开挖横导洞间土体，分段施作顶板防水层及结构，并及时对顶板背后进行回填注浆。

8. 开挖土体至中板底，分段施作中纵梁及中板结构，并施作地下一层侧墙防水层及结构。

9. 分段开挖地下二层土体并拆除下层导洞初支，分段施作底板防水层及结构，并施作地下二层侧墙防水层及结构。

3.3方案比选

地铁车站建设的管幕工法中，传统管幕工法管间只通过锁扣连接，横向连接刚度可以忽略，通常在管幕施工阶段辅以临时支撑系统；STS 管幕是在传统管幕的基础上加以改进，增强管间的横向刚度，管幕形成整体后提供较大的施工空间。

方案一较方案二主要问题有以下几点：

一是，STS管幕工法需要将带上翼缘板的大直径钢管顶入土中，截面面积更大，顶进过程中需要的顶进力更大，同时对钢管纠偏要求更严格，对顶管器械设备的顶进精度提出更高要求。

二是，钢管内土体需要在顶进过程中及时清除，钢管间土体需要通过在钢管内部侧壁开槽进行清除，并在钢管内安装横向连接螺栓，下翼缘板需要在挖除管幕下方土体时及时焊接，这些工作是在空间狭小的空间中进行，连接工艺复杂，施工比较困难，施工效率低，影响工期。

三是，方案一中钢管内需要横向长距离灌注混凝土，混凝土灌注质量很难得到保证；方案二中的钢管则无需灌注混凝土。

虽然传统管幕工法管间横向连接刚度较弱，在施工阶段需要辅以临时支撑体系，但是通过将顶纵梁改为顶横梁的形式后，顶横梁、中立柱和边桩形成的永久支撑系统代替了密集的临时支撑系统，使施工步序简化，加快施工进度。

针对以上几点，从施工器械要求、施工复杂程度、施工质量和施工工期的角度，最终该车站的施工方案选定了方案二的传统管幕工法。

4 结论

通过对沈阳地铁4号线某车站暗挖段设计方案的对比研究可以得出，采用传统小管径管幕工法施工的地下车站，在管幕施工完成后通过改变主体结构形式，利用永久结构代替临时支撑系统提供支撑力，可以达到提供宽敞的施工空间，结构受力更合理的目的；而且可以降低施工难度、保证施工安全和质量、提高施工进度。本文总结的工程施工经验可为今后其他类似暗挖地铁车站的设计提供参考。

参考文献

2. 沈桂平, 曹文宏. 管幕法综述[J]. 岩土工程界, 2006, 9(2): 27—29.

3. 邢凯, 陈涛, 黄常波. 新管幕工法概述[J]. 城市轨道交通研究, 2009, (8): 63—67.

4. 关永平. 地铁暗挖车站 STS 管幕支护结构的力学性能研究[D]. 东北大学博士学位论文, 2015.