徐州轨道交通1号线暗挖车站适应性研究

王正松

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

《徐州市城市轨道交通近期建设规划(2013—2020年)》于2013年3月获批。目前，徐州市地铁工程建设正处于起步阶段，在浅埋暗挖施工方面没有自身的工程经验可以借鉴。1号线工农北路站至徐州火车站区段，受既有道路、桥梁、地面建筑及地下管线等因素的制约，明挖法因为施工严重干扰交通，破坏环境和大量的建筑物、管线的拆迁等因素使工程的实施困难重重。为了最大限度地减少轨道交通施工对淮海路、中山路等城市主干道的影响，指导徐州市城市轨道交通工程的设计和施工，研究适合徐州市工程地质、水文地质的浅埋暗挖车站施工方法非常必要。

1 工程概况

徐州市轨道交通1号线一期工程正线起于徐萧公路与卧牛山路西侧的规划火花西路口，沿老徐萧公路、西三环路、淮海西路、淮海东路、徐州火车站、淮海东路延长段、东三环路及和平路敷设，止于高铁徐州东站。平面图如图1所示。

一期工程线路全长20.034 km，均为地下线，设有车站17座，2个主变电所，1座车辆段，1座停车场，1座控制中心。

徐州市区位于鲁南山区向黄淮海平原过渡的部位，以平原为主，中部斜插丘陵山带，区内山体最大海拔高程153 m，一般高程100 m左右。山体坡角一般为15°～35°。平原是黄淮平原的一部分，其中黄河故道地势较高，海拔高程36～42 m，其余地势低平，海拔高程32～36 m，自北西向南东微倾斜。徐州市区内的地貌形态主要有丘陵(残丘)和平原两大类，前者是剥蚀—溶蚀作用的结果，后者是堆积作用的结果。

工程沿线上覆地层为第四系全新统人工填土、淤泥质黏土、黏土、粉土、粉砂，晚更新统黏土，下伏基岩有石炭系铝土质页岩、灰岩，奥陶系灰岩，寒武系灰岩、泥质灰岩，震旦系灰岩以及钙质页岩。

根据现场钻探揭露情况，上层滞水富水性较好;孔隙水主要赋存于粉土(2)4-2、粉土(2)4-3、粉土(2)4-4及粉砂(2)5-2层中，富水性中等～丰富;灰岩裂隙水富水性中等，属弱承压水。勘察期间测得的地下水位埋深约为2.0～3.2 m。

2 徐州地区浅埋暗挖车站适应性

2.1 工程地质适应性

徐州地区暗挖车站拱部土层为:淤泥质粉质黏土(2)2-1，流塑，液性指数 1.14 ～1.26;粉土(2)4-2，稍密，软塑;粉土(2)4-3，中密，液性指数0.33～0.82;填土(1)1，松散。

对于淤泥质粉质黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土层，由于土层参数较差，自稳性差，常规的暗挖超前支护措施(如小导管、管棚)加固效果差，难以满足暗挖施工的安全。需要采取有效的超前加固措施，而水平旋喷注浆加固(APJ工法)适应于软弱土层，加固效果较好，目前采用较多，具有可实施性。

对于粉土(2)4-3等土层，由于土层参数、自稳性较好，常规的暗挖超前支护措施(如小导管、管棚)加固效果较好，能够满足工程需要，具有可实施性。

2.2 水文地质适应性

徐州地区地下水位为地面以下2.0～3.2 m，土层多为淤泥质粉质黏土、粉土、粉质黏土等，土层渗透系数小，采用地面管井降水的效果不理想，同时对市政道路交通会造成一定的影响。对于暗挖车站，可采用具有止水帷幕功能的围护结构，洞内降水、排水，具有可实施性。

2.3 暗挖车站施工工法的选择

地铁车站浅埋暗挖施工方法的选定对初期支护参数的确定和二次衬砌的设计关系十分密切。由于开挖顺序不同，其支护内力、位移和地面沉降也不同。因此，选择一个支护受力好、结构安全可靠、经济合理的施工方法是极为重要的。根据沿线工程地质、水文地质，地铁埋深、结构形式等情况，从地表沉降、安全可靠性、施工质量、造价及工期等方面综合分析，将中洞法、侧洞法、洞桩法及NTR工法进行技术经济比较，见表1。

侧洞法是修建大跨隧道常用的方法，但由于首先施工的是两个侧洞，且要同步，对地表扰动大，安全性稍差。

中洞法的核心是CRD工法，按照小分块、短台阶、快封闭的原则，步步为营，施工安全度高，地面沉降及影响范围与侧洞法相比要小;但中洞法工序转换次数较多，很难限制工序转换中产生的附加位移;而且与侧洞法相同，临时支护、废弃工程量大。

PBA工法(洞桩法)克服了工序转换多的缺点，地面沉降控制较好，但为了扣拱，除了必须施作中柱及上下导洞外，还要施作围护边桩及成桩导洞，增加了工程量。

NTR工法工序转换最少，初期支护采用顶管作业，在顶管结构内施作二衬结构，最后进行主体结构土方开挖，因此地面沉降控制较好;但是由于此工法机械化程度较高，工艺控制复杂、难度大，在国内应用较少，施工经验积累不足。

现将国内采用PBA工法施工的几座车站主要技术指标列于表2。

将北京、大连、沈阳等地区暗挖车站的地层参数与徐州地层参数比较，徐州地区的地层相对较差，特别是淤泥质粉质黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土层参数较差，自稳性差，在施工安全性、地面沉降控制、周边环境影响、施工工期、工程造价等方面暗挖PBA工法都具有优势。

综合考虑各工法的优缺点，徐州地区暗挖车站施工方法建议双层暗挖车站采用PBA工法(洞桩法)施工。

目前国内采用暗挖PBA工法主要有两种，即8导洞工法及6导洞工法。两种工法主要区别:8导洞工法边桩采用人工挖孔桩+条形基础，在北京地区应用较多;6导洞工法边桩采用机械钻孔桩，在沈阳地区应用较多。两种工法比较详见表3。

针对于徐州地区的工程地质、水文地质情况，采用北京地区8导洞PBA工法存在以下问题:①工程地质较差，导洞需要采用水平旋喷注浆加固，导洞数目较多，增加工程投资;②车站围护桩采用人工挖孔桩，工程地质较差，施工安全性较差，施工速度较慢。

采用沈阳地区6导洞PBA工法刚好弥补了上述缺点，车站围护桩采用机械钻孔桩施工速度快，施工风险小，安全系数大。

表3 暗挖PBA工法8导洞与6导洞比较

徐州地区地下水位高，地层多为粉土、粉质黏土、黏土等地层，渗透系数较小，采用坑外管井降水效果较差。这就需要采用洞内降水，要求车站围护结构具备止水功能。可以采用机械钻孔桩+桩外高压旋喷桩止水帷幕，或采用AJP工法旋喷桩内插H型钢解决止水帷幕的问题，具体比较详见表4。

表4 暗挖PBA工法围护桩比较

综上所述，徐州地区暗挖车站宜选择PBA6导洞工法，而围护边桩采用机械钻孔桩+桩外高压旋喷桩与采用AJP工法旋喷桩内插H型钢，在施工进度、支护效果、经济性等方面效果都较好，都具有实施性。

3 结论及建议

1)对于淤泥质粉质黏土(2)2-1，粉土(2)4-2，填土(1)1等土层，由于土层参数较差，自稳性差，而水平旋喷注浆加固(APJ工法)适应于软弱土层，加固效果较好，目前采用较多，具有可实施性。

2)地下水位地面以下2～3.2 m，土层多为淤泥质粉质黏土、粉土、粉质黏土等，土层渗透系数小，对于暗挖车站，可采用具有止水帷幕功能的围护结构，洞内降水、排水，具有可实施性。

3)针对徐州的地层条件，在施工安全性、地面沉降控制、周边环境影响、施工工期、工程造价等方面暗挖PBA工法都具有优势，采用6导洞PBA工法，车站围护桩采用机械钻孔桩施工速度快，施工风险小，安全系数大。徐州地区暗挖车站施工方法建议双层暗挖车站采用6导洞PBA工法施工。

4)在浅埋暗挖车站施工中，应充分认识到围岩对暗挖车站的重要性，应严格按暗挖“十八字”方针进行施工，尽量采用机械开挖，少扰动围岩，保护围岩，使围岩与结构共同作用，减轻结构的损害;重视监控量测在浅埋暗挖施工中的重要性，结构转化部位措施要到位，以有效避免工程事故的发生。

［1］中铁第四勘察设计院集团有限公司．徐州市城市快速轨道交通1号线一期工程站位方案研究阶段岩土工程勘察报告［R］．武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2013．

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