北京地铁2号线与8号线前门站换乘厅明挖与暗挖施工对比分析

马军

(中铁十四局集团有限公司，山东济南250014)

北京地铁2号线与8号线前门站换乘厅明挖与暗挖施工对比分析

马军

(中铁十四局集团有限公司，山东济南250014)

以北京地铁2号线和8号线前门站换乘厅工程为背景，对换乘厅施工采用明挖顺作法及暗挖PBA法进行技术、经济、安全、工期及社会效益等方面的综合对比分析。依据分析结果将换乘厅施工方法由明挖顺作法改为暗挖PBA法。施工方法优化后大幅节约了工期。

地铁车站 明挖法 PBA法 工法比选

1 工程概况

1.1 设计概况

北京地铁8号线前门站位于前门东路与前门大街交叉路口，在箭楼东侧沿前门大街呈南北方向布置，2号线前门站位于前三门大街中轴线处。由于2号线前门站修建年代很早，当时未考虑城市规划及预留换乘条件。为实现车站换乘功能，换乘方式只得采用两条通道进行单向换乘。

由于换乘距离较长，为满足消防疏散要求，在两条换乘通道中心处、8号线车站主体结构西北角通道中间设置换乘厅。换乘厅将换乘通道分成4条，编号依次为1，2，3，4号。其中1，2号换乘通道位于换乘厅南侧，连接8号线前门车站及换乘厅，3，4号换乘通道位于换乘厅北侧，连接换乘厅及2号线车站。8号线至2号线客流通过2，3号换乘通道换乘，2号线至8号线客流通过1，4号换乘通道换乘。原方案换乘厅及换乘通道平面布置见图1。

图1 换乘厅及换乘通道平面布置

换乘厅位于前门站西北，为地下2层钢筋混凝土框架箱涵结构。采用明挖顺作法施工，平面尺寸为26.6 m×50.0 m，顶板覆土厚1.6 m，基底埋深约14.2 m。采用围护桩+内支撑结合支护体系，局部采用锚索。围护结构采用φ800@1 500 mm钻孔灌注桩，沿基坑竖向设3道φ609×16 mm钢支撑，中间设钢管柱+钢系梁，钢管柱嵌入底板以下4.14 m，局部设置3道抗拉强度1 320 MPa的预应力钢绞线锚索。4条换乘通道、过街通道接驳及1个安全出入口结合换乘厅布设，换乘厅结构完成后再进行过街通道接驳、换乘通道及安全出入口的施工。

1.2 周边环境条件

1)地理位置

前门站周边区域是全国最早的传统商业区之一，商业、旅游客流量大。

2)建设用地

换乘厅所处位置为箭楼东侧规划的广场绿地。3，4号换乘通道需下穿2号线前门站南侧的人行道。

3)交通现状

前门大街周边是北京市南北向中轴线，规划宽为80 m，为已建成的商业步行街，街西侧为新建的前门西大街，东侧为前门东大街，规划宽为80 m。前门大街为双向四车道，前门东西大街均为双向八车道。

4)地下管线情况

φ 1 000污水管位于换乘厅基坑北侧，管内底标高38.13 m，埋深约5.3 m，与基坑水平净距0.8～12.0 m;φ1 800雨水管为混凝土管，管内底标高为39.10 m，埋深6.3 m，与换乘厅水平净距最近约1 m; 2.1 m×1.1 m热力沟沟内底标高为39.32 m，埋深2.53 m，与换乘厅基坑平行，水平净距0.8～3.0 m; φ1 200上水管，管顶标高为40.74 m，埋深3.79 m，与换乘厅水平净距约6.5 m。施工前须改移电信及电力沟槽、φ150上水管、φ500雨水管。

5)地上、地下构筑物

换乘厅明挖基坑邻近箭楼。箭楼为明代砖砌壁垒式四层建筑，为砖木结构，与换乘厅基坑水平距离约28 m。基坑北侧为连接北京站与北京西站的国铁直径线，地铁2号线前门站，东侧为前门过街通道。

1.3 工程地质及水文地质条件

建设范围内土层由上到下依次为:人工堆积层，一般为厚度4.0～7.8 m的杂填土(①层)、黏质粉土填土(①1层);人工堆积层以下为新近沉积层，层顶标高约35.59～37.54 m，包括黏质粉土、砂质粉土(②层)、粉质黏土(②1层);新近沉积层以下为第四纪沉积层，包括黏质粉土、砂质粉土(③层)，粉质黏土(③1层)及细砂、粉砂(③3层);细砂、中砂(④1层)及粉质黏土(④2层)、黏质粉土、砂质粉土(④3层);粉质黏土(⑤层)，砂质粉土、黏质粉土(⑤1层)，黏土(⑤2层);卵石、圆砾(⑥层)及细砂、中砂(⑥1层)、粉质黏土(⑥2层)。

坑深45 m范围内勘测到4层地下水，由上到下分别为上层滞水，水位埋深5.50～7.30 m，标高为37.33～38.37 m;层间水，水位埋深13.40～17.00 m，标高为28.55～32.19 m;潜水，水位埋深23.70～25.50 m，标高为18.78～20.09 m;承压水，水位埋深25.20～29.70 m，标高为15.85～18.41 m。

2 方案优化

依据初步设计，换乘厅采用明挖顺作法施工。由前期调查可知该工法理论上可行，但在实施过程中施工条件极其困难，无法实现单项工程工期与整体工期目标的协调一致。

2.1 采用明挖顺作法存在的难题

2.1.1 前期工作压力大

1)园林伐移及恢复难度较大

换乘厅所处场地内有大量树木及景观植物，其中部分银杏树位于换乘厅基坑范围之内，胸径可达32～35 cm。由于该龄段的银杏移植难度大，移植成活率低，且考虑施工场地地处天安门广场南端，位置敏感，对天安门广场、前门等景点会造成影响。此外，位于基坑南侧的大直径银杏树伐移难度大。园林单位要求减少占地面积和伐移量，尽最大可能减小对园林景观的影响。

2)电信管线改移实施难度大，工期不可控

换乘厅场地内管线众多，产权复杂，施工前需对部分管线进行迁改。尤其是电信管道、管线及光缆数量多达90根，涉及多家产权单位，包括4根不明铅缆、公安部的光缆，改移工程量大。根据以往类似经验，该管线部分光缆改移无法实施，其他光缆改移难度极大，改移费用高，对施工及造价影响大。另外，换乘厅所有管线的改移只有通过明挖基坑北侧围护桩外皮到热力管沟之间的空间进行，间距仅为3.4 m，空间上无法满足改移需要。

3)过街通道征占及改造施工难度大，人流疏散难度大

换乘厅施工过程中需长期占用并封闭过街通道出口，该处人流量较大，一旦征占，将阻断道路两侧人员流通。路政局要求优化换乘厅和接驳通道方案，降低社会影响。

换乘厅与过街通道接驳需占用快速公交专用道和人行道进行接驳通道的改造和还建施工，交通导改及改造施工实施难度较大。

2.1.2 施工场地较小，工效低

换乘厅明挖基坑宽25 m，位于箭楼东侧绿地范围内，其余三面为公交停车带，南侧为公交站。因受公交站和周边交通限制，该场地仅能从东端开门，换乘厅场地被基坑分为南北两部分，且西侧围挡邻近箭楼外扩难度大，造成场地南北两块分离、无通道。整个基坑主要靠北侧场地施工，造成材料运输、吊装作业、钢支撑架设、混凝土浇筑等施工组织不便，功效低。

2.1.3 施工时间长，节点工期不可控，工期紧

按照原方案筹划，进行换乘厅场地一期围挡的征占地、园林伐移、明挖顺作换乘厅结构;换乘厅施工完毕后，进行地上物拆除、道路导行，完成二期围挡的征占地，进行综合换乘厅与过街通道的接驳及改造。其中一期围挡占地面积为3 675 m2，二期围挡占地面积新增620 m2，施工场地狭小，工效较低。

目前换乘厅内已探明的需要永久及临时改移的管线有:电信管(埋深1.8 m)、φ150上水管(埋深1.5 m)、电力管(埋深0.8 m)、φ400混凝土雨水管(埋深2.5 m)、φ500混凝土雨水管(埋深2.8 m)、φ300混凝土雨水管(埋深2.2 m)、电力管(埋深0.45 m)，其中电信管线改移周期长、不可控。除此外，在挖探过程中还将可能发现图纸上未标明的管线，管线是否进行改移还需与产权单位进行沟通协调。综上可见，管线迁改工作与产权单位协调工作量大，影响换乘厅施工，工期无法准确估计，根据以往类似经验，保守估计为12月。

换乘厅与过街通道接驳需占用快速公交专用道和人行道，交通导改实施须严格按照交管部门批准的时间进行，由于管线改移及其他不可预见因素干扰，导致无法在规定的时间内恢复交通，该如何施工也是需要提早解决的难题。

如2013年7月1日开始进场，施工换乘厅场地园林伐移及电信管线改移，换乘厅及过街通道的改造将延迟到2015年7月，比预计工期滞后6个月，整体通车延迟至2018年5月，无法满足合同工期要求。

2.1.4 施工与交通的安全问题

1)换乘厅场地围挡占地面积本身较小，扣除基坑所占场地后，可利用的场地难以堆放施工材料、安排人员居住，人、机、材的安置均需依赖车站其余场地，人员、材料进出场都要穿越前门东路及前门大街，对施工人员及行人造成较大的安全风险。

2)换乘厅明挖围护桩长16.8 m，钢筋笼采用整体吊装。根据以往经验，旋挖钻机作业空间约9 m，吊车作业空间约12 m，钢筋笼吊装已超过围挡范围。由于前门人行道及前门大街人、车流量较大，吊装作业严重危及车辆和行人安全。

综上可见，换乘厅施工制约条件较多，明挖方案实施难度较大，实质性开工时间和总体工期无法保证，建议对方案进行优化。

2.2 明挖顺作法优化为暗挖PBA工法方案可行性及优化内容

1)换乘厅整体降低后，具备明挖改暗挖施工条件

换乘厅明挖基坑基底埋深14.2 m，场地内需要迁改的管线最大埋深为2.8 m，具备由明挖变为暗挖施工条件。明挖结构顶板覆土厚度为1.6 m，需要将换乘厅结构标高下调至覆土厚7 m，底板埋深约21 m，使换乘厅拱顶位于黏质粉土层，拉大与管线之间竖向距离，保证自身及管线施工安全，同时底板未进入承压水层，仍可采用堵水方案来处理地下水。

2)换乘厅明挖变暗挖施工方案优化

经与建筑设计沟通，为实现顺利换乘，换乘厅内需设置楼扶梯、进出站闸机、自动售票机等站内设备及必备的车站用房，换乘厅平面尺寸适当调整，变为50.6 m×26.1 m。为避免换乘厅调暗后与过街通道位置冲突、避开电信管线的改移、满足交管局开门条件及方便确定竖井位置，换乘厅平面角度顺时针旋转37.94°。在施工场地内，新增竖井及横通道，换乘厅标高变化后相应调整换乘通道、接驳通道结构形式、坡度及长度。

方案优化后换乘厅及换乘通道平面如图2所示。

图2 方案优化后换乘厅及换乘通道平面

3)增加施工竖井、横通道方案

换乘厅场区内增设换乘厅竖井及横通道，竖井位置选择不占压管线及对周边管线影响较小且有利于材料进出场的位置。采用标准竖井，内净空尺寸为4.6 m×7.0 m，深约24.6 m，初支由喷射混凝土、钢筋网及钢筋格栅组成，井内采用临时型钢支撑体系。横通道设置在换乘厅主体中端偏右处，拱顶覆土厚度5.43 m，毛洞尺寸4.70 m×17.54 m，竖向采用5导洞开挖，每导洞采用台阶法施工，由喷射混凝土、深孔注浆、锁脚锚管及格栅钢架组成联合支护体系。

4)暗挖主体方案

换乘厅暗挖主体部位设置在主体结构西北角，为地下二层三跨结构，长50.76 m，宽25.1 m，覆土厚约7 m，底板埋深约22.33 m。按施工工序，暗挖法又细分为PBA法、侧洞法、中洞法及眼镜法。各方法优缺点对比见表1。

表1 前门站换乘厅暗挖工法比选

综合考虑各暗挖工法的优缺点及工程造价，换乘厅采用8导洞PBA工法逆作施工。小导洞为拱顶直墙断面，拱顶覆土约7 m，小导洞及顶拱初支均由喷射混凝土、深孔注浆、锁脚锚管及格栅钢架组成，初期支护与结构内衬墙组成复合墙结构，两者间设置防水层。主体结构边桩起支护作用兼作竖向受力桩基，承受暗挖逆作法顶拱拱脚竖向压力，灌注桩与结构内衬墙组成复合墙结构，两者间设置防水层。

5)换乘厅洞内增加竖井方案

3，4号换乘通道需上跨(局部侧边平行上跨)国铁直径线，考虑到直径线于2015年底开始试运营，为减少换乘通道对直径线的影响(运营后风险增加)，提前施工换乘通道上跨直径线部分。

直径线通车后会加大3，4号换乘通道施工难度，受地下列车运营影响沉降不易控制，初支及二次结构施工又增加一不良风险因素，可控性降低。此外，换乘通道施工会导致国铁直径线不均匀沉降，造成国铁轨道沉降过大，给国铁直径线正常运营带来影响。由于场地受限，无法找到合适的单独设置竖井的位置，采用在换乘厅横导洞内增加竖井的方式提前开挖换乘通道，自竖井进洞施工换乘通道，出土利用小导洞作为运输通道。同时，在不影响运输的情况下，可同期施工新增竖井所在换乘厅一跨以外小导洞内结构。换乘通道二衬完毕后，回填竖井，按标准步序继续进行换乘厅施工(含大拱、二衬、大土方开挖、内部结构等)。

6)3，4号换乘通道施工步序调整方案

换乘通道自换乘厅内竖井进洞施工，自换乘厅横导洞6施工换乘通道双层段超前支护，其中换乘通道双层段及4号换乘通道爬坡段先期施工CRD工法南半侧导洞，待换乘通道南半侧导洞跨越国铁直径线后，设置横向导洞，然后按CRD工法全断面向西施工4号换乘通道;同时错开8 m步距先期向东施工4号换乘通道北半侧导洞;3号换乘通道待4号换乘通道施工超过3号换乘通道不小于10 m后，自换乘通道双层段进洞施工;换乘通道初支结构施工完成后，自2号线方向向换乘厅施工换乘通道二衬结构，3号、4号换乘通道分别施工至双层换乘通道接口处及临时封端墙位置。待换乘厅二衬施工完毕，自换乘厅向外施工双层换乘通道北半侧导洞，导洞封端后施工剩余换乘通道二衬结构，分别与换乘厅、3号及4号换乘通道衔接。

7)接驳通道及风道方案

换乘厅主体部分设一个出入口，与既有的地下市政通道接驳，接驳通道从换乘厅西北角接出。

在换乘厅导洞开挖完成后，进洞破除马头门，待换乘厅结构完成后，爬坡与过街通道相接。换乘厅设置一组风亭，用于换乘厅与换乘通道部分的排风。为实现永久与临时结构结合，风亭采用低矮风亭，与换乘厅竖井结合起来布置。

2.3 明挖顺作法优化为暗挖PBA法方案对比分析

2.3.1 前期工作难度大大降低

管线:新增竖井施工范围内不涉及管线迁改，且可避免电信管线改移。地上物:新增竖井施工场地内存在部分草地，地上物拆迁明显减少。征占地:新增竖井施工场地位于原明挖换乘厅围挡范围内，现状为园林用地，无需进行征占地。交通导改:换乘厅方案调整后，可避免占用前门大街7 m宽停车道及二次交通导改，缩短整体工期。过街通道改造与还建:方案调整后，无需封闭及破除过街通道，不影响人流疏导。

综上分析可知:换乘厅方案调整后，只需对围挡内的地上物和园林树木进行拆除和伐移，基本不用迁改管线，围挡后拆除地上物和园林树木即可展开施工，前期工作量及实施难度大大降低，施工制约因素减少，可控性强。

2.3.2 暗挖施工较明挖施工工期可控，有利于保证整体工期目标

原方案换乘厅、换乘通道工期安排分别如表2、表3所示。

换乘厅顶板回填施工完成后即进行换乘通道施工。前期工作、换乘厅及3，4号换乘通道施工工期为1 240 d。3，4号换乘通道在2015年8月13日方能完成下穿段初期支护施工，无法满足国铁直径线于2015年底试运营要求。

方案优化后换乘厅、换乘通道施工工期安排分别如表4、表5所示。

表2 明挖顺作法换乘厅施工工期安排

表3 3，4号换乘通道施工工期安排

表4 PBA暗挖法换乘厅施工工期安排

换乘厅洞内竖井完成后，即可提前进行3，4号换乘通道的开挖。前期工作、换乘厅及换乘通道完成施工工期为810 d。3，4号换乘通道可在2015年2月15日完成下穿段初支施工，可以满足在国铁直径线通车之前完成开挖，减少后续施工风险，工期可控。

明挖变更暗挖后，制约工程开工因素减少，围挡完成及地上物和园林拆迁后即可组织施工，可提前换乘厅开工时间，工期可控。方案优化后，换乘厅完工日期提前10月，换乘通道完工工期提前4.5月，并能确保在国铁直径线运营前完成下穿段初支及二衬施工。

2.3.3 暗挖施工较明挖施工工程实体费用虽有所增加，但可大大减少前期费用，降低总体造价1)工程实体增加费用

明挖施工换乘厅费用为1 667.4万元，暗挖施工竖井费用为100.5万元，横通道费用为408.9万元，换乘厅洞内竖井费用为50.0万元，换乘厅暗挖主体费用为2 824.1万元。3，4号换乘通道仅涉及步序调整，未有明显工程量及费用变化。实体工程量变化导致规费增加92.0万元，税金增加65.1万元。实体工程费用增加18 731.2万元。

2)因前期工作量减小，降低了总费用

前期专项费用变化统计见表6。

表5 3，4号换乘通道施工工期安排

表6 前期费用变化统计

综合实体工程费用及前期费用，总体工程费用降低111.5万元。

2.3.4 社会效益好，降低施工风险

1)采用暗挖施工，可以增加场地利用率，可有效减少施工与交通的干扰，大幅提高工效，减少施工期间人员及材料穿行时施工人员、车辆和行人安全风险。

2)换乘通道施工风险大，变更后有充足的时间进行风险源的加固保护，避免了因抢工期增加的安全施工风险。

3)工程所在地理位置敏感，对文明施工要求较高。采用暗挖法施工，竖井实现全封闭施工，材料堆放实现模块化布置，场地文明施工可得到有效保证。

4)原方案由于过街通道的改造施工需要占用前门大街7 m宽停车道，优化方案可降低对既有过街通道及人流疏导的影响。

2.4 方案优化分析结果

综上所述，经过对技术、经济、社会效益等方面的综合对比，最终确定2，8号线换乘厅施工方法由明挖顺作法改为暗挖PBA法。

3 结语

目前，换乘厅竖井及横通道、主体导洞已开挖完成，正在进行桩、梁体系施工，3号换乘通道已开挖至人防段，4号换乘通道已开挖至双层段，施工进度可以确保在国铁直径线运营前成功穿越。与采用明挖法相比，暗挖法可以大幅度节约工期。

本文对北京地铁2、8号线前门站换乘厅明挖施工与暗挖施工的对比分析是在本工程特定的条件下进行的，有一定的局限性，仅供类似工程参考。

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(责任审编李付军)

U455.4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.16

1003-1995(2015)06-0058-06

2015-01-27;

2015-02-28

马军(1965—)，男，山东栖霞人，高级工程师。