CN112160755B - 一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，其技术方案为：采用在全部或部分暗挖区间以盾构法施工先行贯通，在已经形成的区间隧道基础上再用不同方法对殊断面进行扩挖施工。本发明能够大幅度缩短建设周期，提高地铁工程的建设质量，确保施工期间的安全和极大地减少对周围环境的影响，并通过盾构法的长距离应用，产生规模效应，总体上降低工程造价。

Description

一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法

技术领域

本发明涉及地铁线路施工技术领域，尤其涉及一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法。

背景技术

当前地铁线路的施工一般先用明挖法(盖挖法)或暗挖法修建车站，并将车站一端作为盾构的始发井及接收井。参照图1，盾构机从起点车站的始发井向目标车站的接收井推进，到达目标车站后，在车站端头井调头或吊出，完成区间施工。待全部车站完成及区间贯通后，施工完成整条线路。

线路施工总体思路分为四个阶段：第一阶段施工各车站主体结构，提供相关区间盾构始发条件，同时完成盾构机采购设计制造及洞门加固；第二阶段在具备盾构始发条件后，完成各区间隧道掘进，同时完成各车站部分附属结构施工；第三阶段完成各区间及车站剩余附属结构的施工；第四阶段进行各车站及附属工程内部结构施工。

地铁车站是地铁系统中的重要组成部分，其施工方法分为明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法、盾构法等。明挖法具有施工作业面多、易于控制工期、成本相对较低的优势，在地面环境允许的情况下是地铁车站施工的首选方法。但明挖法最大的缺点是破坏地面、中断交通、拆迁工作量大，同时施工产生的噪声、震动等公害给附近居民的生活和工作带来极大的干扰。

盖挖法分为顺作法及逆作法。盖挖顺作法与明挖法的不同在于增加了临时路面的费用及施工工艺。而盖挖逆作法是先期施工结构顶板，在结构顶板的保护下，逐层向下开挖基坑，施作车站主体基坑，盖挖逆作法适用于路面临时交通可暂时中断的情况，相比较明挖法而言，对路面交通的影响周期较短。采用工程造价较低的明挖法和盖挖法对居民影响太大，而且前期投入较高、盖挖法使用的局限性决定了两者都不是较好的施工方法。

盾构法在城市中心区施工具有施工安全、对周围环境影响小等不可比拟的优势，成为近年来地铁隧道区间施工的首选工法。盾构法隧道施工中盾构过站是一个关键技术问题，目前盾构过站方法和面临的问题有：

(1)先用明挖法或暗挖法修建车站，并作为盾构的始发井及接收井。盾构机从起点车站的始发井向目标车站的接收井推进，到达目标车站后，在车站端头井调头或吊出。由于盾构区间隧道长度平均为1.2km，远小于盾构机经济掘进长度约5～8km，所以这种工法需要多次对盾构机进行转场、拆装，降低了施工进度，缩短了盾构机的使用寿命；连续施工区间分散，非推进作业时间长，不利于发挥盾构长距离机械化施工的优势；增加了全线盾构机的投入台数，使盾构机的使用率降低，增加了全线的工程成本，制约了盾构技术在地铁施工工程中的应用。目前，暗挖车站只能做到盾构调头，还无法实现盾构直接始发和接收的功能，限制了此种过站工法的应用。

(2)盾构推进至车站位置前，先适当扩大车站宽度和底板深度，让盾构拖拉过站，加快施工进度。这种工法可以最大限度地避免车站施工对盾构区间施工的干扰，减少了盾构机、工作井的数量和盾构机的调头及转场次数，充分发挥了盾构机施工速度快和长距离掘进的优势，但需要扩大车站断面(加宽、加深)，会对车站施工产生较大干扰，增加了车站的工程量和造价。

车站施工是地铁全线施工中控制工期的关键环节，区间隧道施工和车站施工的矛盾成为制约盾构法推广应用的瓶颈，盾构法施工速度快的优势不能得到充分发挥。由于城区施工场地狭小、施工过程工序繁多，无论采取何种过站方式与车站结构形式，只有与区间盾构隧道相结合，才能降低施工难度和工程成本。尤其是在道路狭窄、交通繁忙、建筑密集及地下管线密布的中心城区如何实现区间与车站线路的最优化布置、施工方法与工期的衔接，以及减少施工对地面交通及周边环境的影响是轨道交通发展急需解决的关键技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，能够大幅度缩短建设周期，提高地铁工程的建设质量，确保施工期间的安全和极大地减少对周围环境的影响，并通过盾构法的长距离应用，产生规模效应，总体上降低工程造价。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的实施例提供了一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，采用在全部或部分暗挖区间以盾构法施工先行贯通，在已经形成的区间隧道基础上再用不同方法对殊断面进行扩挖施工。

作为进一步的实现方式，地铁线路施工开始时，安装盾构始发托架，并进行盾构机现场组装调试；之后盾构机开始掘进至到达接收场地，并在接收场地进行接收托架的安装；线路隧道贯通后，盾构机解体、吊出。

作为进一步的实现方式，在线路车站位置扩挖车站主体，施工车站附属，在区间附属位置扩挖区间附属；在区间渡线位置扩挖交叉渡线。

作为进一步的实现方式，扩挖施工的方法可以为明挖法或盖挖法、浅埋暗挖法。

作为进一步的实现方式，明挖法扩挖盾构隧道的步骤包括：盾构隧道先行通过两旁侧行车隧道；在线路隧道设置临时支撑；开挖站台宽度基坑、拆除管片、施工底板；浇筑立柱及顶板和部分侧墙，施工内部结构；回填土方，恢复路面。

作为进一步的实现方式，盖挖法扩挖盾构隧道的步骤包括：盾构隧道先行通过两旁侧行车隧道；开挖基坑到车站顶板标高，施工顶板及立柱；顶板混凝土达到设计强度后，回填恢复路面；在顶板下方，开挖站台宽度基坑，施工内部结构。

作为进一步的实现方式，浅埋暗挖法包括CRD法、PBA法、一次扣拱暗挖逆作法。

作为进一步的实现方式，CRD法扩挖大直径盾构隧道的步骤包括：盾构过站到达接收井后，施工盾构隧道内中柱和纵梁，依次分步对称开挖隧道上部、中部、下部外侧、内侧土体，施作初衬及临时仰拱；沿车站纵向分段拆除下部管片，施作二衬混凝土底板；拆除第二道横撑及中部管片，施作二衬侧墙，设置横向支撑；拆除第一道横撑及上部管片；施作二衬拱顶，拆除临时横撑，施作内部结构。

作为进一步的实现方式，PBA法扩挖大直径盾构隧道的步骤包括：盾构过站到达接收井后，施工盾构隧道内中柱和纵梁，设置临时支撑，开挖侧导洞，洞内施工围护桩；注浆加固隧道顶部土体搭设管棚，对称开挖中导洞，初衬扣拱，设置临时仰拱；沿隧道纵向分段拆除部分封顶管片，侧导洞初衬局部凿除；二衬扣拱；开挖土体至侧导洞底板位置，做临时封底；拆除内部隔壁、拆除上部邻接块；开挖至第二道支撑下，拆除中部管片及相应支撑；开挖至坑底设计标高，拆除下部管片及相应支撑；浇筑底板、侧墙二衬混凝土，待二衬混凝土结构达到强度后拆除拉杆，施工内部结构。

作为进一步的实现方式，盾构法施工采用多圆盾构机。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式采用在全部或部分暗挖区间以盾构法施工先行贯通，在已经形成的区间隧道基础上再用不同方式对车站、联络通道、交叉渡线等特殊断面进行扩挖施工的思路，可大幅度缩短建设周期，提高地铁工程的建设质量，确保施工期间的安全和极大地减少对周围环境的影响，并通过盾构法的长距离应用，产生规模效应，总体上降低工程造价；

(2)本发明的一个或多个实施方式将盾构法与明挖法(盖挖法)、浅埋暗挖法有机结合起来，充分发挥几种工法的特点，不仅可以优化车站和区间的设计，实现车站明暗挖和区间盾构的有机结合，又可以实现狭窄道路条件下的线路布置，以及城市密集建(构)筑物环境下的快速高效施工。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是现有地铁线路施工示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的施工流程图；

图3(a)-图3(g)是本发明根据一个或多个实施方式的CRD法扩挖大直径盾构隧道步序图；

图4(a)-图4(j)是本发明根据一个或多个实施方式的PBA法扩挖大直径盾构隧道步序图。

图5是本发明根据一次扣拱暗挖逆作法扩大直径盾构隧道示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

实施例一：

本实施例提供了一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，采用在全部或部分暗挖区间以盾构法施工先行贯通，在已经形成的区间隧道基础上再用不同方式对车站、联络通道、交叉渡线等特殊断面进行扩挖施工。

如图2所示，地铁线路施工开始时，安装盾构始发托架，并进行盾构机现场组装调试。之后盾构机开始掘进至到达接收场地，并在接收场地进行接收托架的安装。线路隧道贯通后，盾构机解体、吊出。在线路车站位置扩挖车站主体，施工车站附属，在区间附属位置扩挖区间附属。在区间渡线位置扩挖交叉渡线，地铁线路施工完毕。

本实施例在先行盾构隧道的基础上采用明挖法(盖挖法)、浅埋暗挖法扩挖修建地铁车站，进而完成地铁线路施工。

盾构法修建地铁车站可采用多圆盾构机一次建成修建车站，先用单圆大直径盾构开挖双车道区间隧道；到达车站端头井后改成用于车站施工的三圆盾构，即在大直径盾构机的两侧安装开挖站台部分的小型盾构；全断面一次施工车站后达到盾构接收井，再拆卸两侧的小型盾构，复原成单圆大直径盾构，继续进行下一个区间的施工。这种工法对地面干扰小，可一次成站，安全经济，避免盾构机的多次吊出和转场，可以最大限度地发挥一台盾构机在区间线路上的使用效率。三圆盾构车站断面形式合理，有效利用率稿，但不适合客流大、结构复杂的车站。车站端头需要设置工作井，施工控制和管理难度大。

盾构法施工工序包括：场地准备(包括场地布置、端头加固等)—始发托架及反力架的安装—盾构机的运输、组装及调试—前100m试掘进—拆除负环，正常掘进—盾构机过站—盾构机到达—联络通道及泵房施工。

区间施工方法与车站基本相同，多采用盾构法施工。

具体的，明挖法施工工序包括：围护结构施工—基坑第一层开挖—施工第一层支撑—基坑第n层开挖—架设第n层钢支撑—基底开挖—底板施作—最下层钢支撑拆除—侧墙结构施工—自下而上逐层拆支撑—顶板施作—土方回填。

进一步的，明挖法扩挖盾构隧道的步骤为：

(1)盾构隧道先行通过两旁侧行车隧道。

(2)在线路隧道设置临时支撑。

(3)开挖站台宽度基坑，拆除管片，施工底板。

(4)浇筑立柱及顶板和部分侧墙，施工站台板等内部结构。

(5)回填土方，恢复路面。

盖挖法施工工序包括：围护结构施工—中间桩施工—开挖基坑并施作顶板—回填土，恢复路面交通—开挖地下一层土方—施作地下一层结构—开挖地下二层土方—地下二层结构施工。

进一步的，盖挖法扩挖盾构隧道的步骤为：

(1)盾构隧道先行通过两旁侧行车隧道；

(2)开挖基坑到车站顶板标高，施工顶板及立柱；

(3)顶板混凝土达到设计强度后，回填恢复路面；

(4)在顶板下方，开挖站台宽度基坑，施工内衬结构及站台板等内部结构。

浅埋暗挖法包括侧洞法、中洞法、PBA法、一次扣拱暗挖逆作法、CRD工法等多种方法，它的突出优势在于不破坏地面，对周边环境影响小，对多种尺寸与断面形式的隧道洞室具有很强的适应性。

CRD法是指将隧道分为多个导洞(视隧道断面大小确定导洞的划分数量)，依次、分别进行开挖，增设临时中隔壁及临时仰拱，每个小导洞开挖后及时封闭成环，导洞与导洞之间保持一定的纵向安全距离。此工法适用于地质条件差，隧道断面大，沉降控制要求较高的隧道开挖。

如图3(a)-图3(g)所示，CRD法扩挖大直径盾构隧道的步骤为：

(1)盾构过站到达接收井后，施工盾构隧道内中柱和纵梁，分步对称开挖1处(隧道上部外侧)土体、2处(隧道上部内侧(靠近隧道外缘的一侧))土体，施作初衬及临时仰拱。

(2)对称开挖3处(隧道中部外侧)土体、4处(隧道中部内侧)土体，施作初衬及临时仰拱。

(3)对称开挖5处(隧道下部外侧)土体、6处(隧道下部内侧)土体，施作初衬及临时仰拱。

(4)沿车站纵向分段拆除下部管片，施作二衬混凝土底板。

(5)拆除第二道横撑及中部管片，施作二衬侧墙，设置横向支撑。

(6)拆除第一道横撑及上部管片。

(7)施作二衬拱顶，拆除临时横撑，施作站台板等内部结构。

PBA法主要工序包括：小导洞开挖与支护—边桩、钢管柱施工—顶、底纵梁施工—拱部土体开挖与支护—拱部二次衬砌施工—车站剩余土方开挖—车站剩余结构施工。

进一步的，如图4(a)-图4(j)所示，PBA法扩挖大直径盾构隧道的步骤为：

(1)盾构过站到达接收井后，施工盾构隧道内中柱和纵梁，设置临时支撑，开挖侧导洞，洞内施工围护桩。

(2)注浆加固阴影部分土体搭设管棚，对称开挖中导洞，初衬扣拱，设置临时仰拱。沿隧道纵向分段拆除部分封顶管片，侧导洞初衬局部凿除

(3)二衬扣拱。

(4)开挖土体至侧导洞底板位置，做临时封底。

(5)拆除内部隔壁。

(6)拆除上部邻接块。

(7)开挖至第二道支撑下。

(8)拆除中部管片及相应支撑。

(9)开挖至坑底设计标高，拆除下部管片及相应支撑。

(10)浇筑底板、侧墙二衬混凝土，待二衬混凝土结构达到强度后拆除拉杆，施工站台板的等内部结构。

一次扣拱暗挖逆作法主要工序包括：完成主体暗挖逆作法导洞施工—下导洞内敷设防水层，施作底纵梁及桩底拉梁—分段凿除上导洞内临时仰拱，自上而下施作边桩、冠梁、中间立柱—敷设底板、拱部防水，施作底板及拱部二次衬砌—开挖中跨拱部土体，纵向紧跟施作拱部初支—分段凿除上导洞部分初支施作中跨拱部二衬—凿除上导洞内剩余部分初支，边开挖边施作桩间锚喷支护至中楼板标高处，敷设防水层，施作内衬墙、中楼板—继续开挖并施作桩间锚喷支护，凿除下导洞的临时支护，开挖至设计标高敷设防水层，施作内衬墙、底板，完成主体结构。

进一步的，一次扣拱暗挖逆作法扩大直径盾构隧道的步骤为：

(1)盾构过站到达接收井后，施工盾构隧道内中柱和纵梁，设置临时支撑。

(2)如图5所示，分步对称开挖下导洞1、2、3、4处土体，施作初衬及临时仰拱。

(3)分步对称开挖上导洞5、6处土体，施作初衬及临时仰拱。

(4)在上导洞内自上而下施作围护桩、立柱。

(5)拆除下部管片及下导洞临时初支，在下导洞内施工底板、拱部衬砌。

(6)分段凿除上部管片、上导洞部分初支，施作中跨、边跨拱部二衬。

(7)自上而下依次拆除横撑及中部管片，边开挖边施作桩间锚喷支护至中楼板标高处，施作内衬墙、中楼板。

(8)继续开挖并施作桩间锚喷支护，凿除下部管片，下导洞的临时初支，开挖至设计标高拆除下部管片及相应支撑，施作内衬墙、底板。

(9)待二衬混凝土结构达到强度后拆除拉杆，施工站台板的等内部结构。

本实施例将盾构法与明挖法(盖挖法)、浅埋暗挖法有机结合起来，充分发挥几种工法的特点，不仅可以优化车站和区间的设计，实现车站明暗挖和区间盾构的有机结合，又可以实现狭窄道路条件下的线路布置，以及城市密集建(构)筑物环境下的快速高效施工。

本实施例能够实现盾构连续推进数个区间和车站的目的，有效解决盾构区间施工和车站施工的矛盾，提高盾构设备利用率，提高地铁建设质量，加快全线建设进度，优化整体施工组织，减小工程施工风险和对环境的影响，增加车站站位选择的灵活性、增强社会、环境效益。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，其特征在于，采用在全部或部分暗挖区间以盾构法施工先行贯通，在已经形成的区间隧道基础上再用不同方法对殊断面进行扩挖施工；在线路车站位置扩挖车站主体，施工车站附属，在区间附属位置扩挖区间附属；在区间渡线位置扩挖交叉渡线；扩挖施工的方法为明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法有机结合起来，充分发挥这几种工法的特点；

浅埋暗挖法包括CRD法，CRD法扩挖大直径盾构隧道的步骤包括：盾构过站到达接收井后，施工盾构隧道内中柱和纵梁，依次分步对称开挖隧道上部、中部、下部外侧、内侧土体，施作初衬及临时仰拱；沿车站纵向分段拆除下部管片，施作二衬混凝土底板；拆除第二道横撑及中部管片，施作二衬侧墙，设置横向支撑；拆除第一道横撑及上部管片；施作二衬拱顶，拆除临时横撑，施作内部结构；

盖挖法扩挖盾构隧道的步骤包括：盾构隧道先行通过两旁侧行车隧道；开挖基坑到车站顶板标高，施工顶板及立柱；顶板混凝土达到设计强度后，回填恢复路面；在顶板下方，开挖站台宽度基坑，施工内部结构。

2.根据权利要求1所述的一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，其特征在于，地铁线路施工开始时，安装盾构始发托架，并进行盾构机现场组装调试；之后盾构机开始掘进至到达接收场地，并在接收场地进行接收托架的安装；线路隧道贯通后，盾构机解体、吊出。

3.根据权利要求1所述的一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，其特征在于，明挖法扩挖盾构隧道的步骤包括：盾构隧道先行通过两旁侧行车隧道；在线路隧道设置临时支撑；开挖站台宽度基坑、拆除管片、施工底板；浇筑立柱及顶板和部分侧墙，施工内部结构；回填土方，恢复路面。

4.根据权利要求1所述的一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，其特征在于，浅埋暗挖法还包括PBA法、一次扣拱暗挖逆作法。

5.根据权利要求4所述的一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，其特征在于，PBA法扩挖大直径盾构隧道的步骤包括：盾构过站到达接收井后，施工盾构隧道内中柱和纵梁，设置临时支撑，开挖侧导洞，洞内施工围护桩；注浆加固隧道顶部土体搭设管棚，对称开挖中导洞，初衬扣拱，设置临时仰拱；沿隧道纵向分段拆除部分封顶管片，侧导洞初衬局部凿除；二衬扣拱；开挖土体至侧导洞底板位置，做临时封底；拆除内部隔壁、拆除上部邻接块；开挖至第二道支撑下，拆除中部管片及相应支撑；开挖至坑底设计标高，拆除下部管片及相应支撑；浇筑底板、侧墙二衬混凝土，待二衬混凝土结构达到强度后拆除拉杆，施工内部结构。

6.根据权利要求1所述的一种先行施工盾构隧道后扩挖车站的地铁线路施工方法，其特征在于，盾构法施工采用多圆盾构机。

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