暗挖地铁车站建筑设计方法探析

谢雷

【摘 要】本文主要针对暗挖（明暗结合）车站建筑设计原则以及暗挖法在地铁车站施工中的应用进行简要分析，仅供参考。

【关键词】暗挖；地铁车站；建筑设计方法

一、暗挖（明暗结合）车站建筑设计原则

地铁车站是地铁线路中的交通枢纽，随着地铁网络的发展，地铁线路越来越多的穿越城市繁华地段。由于车站所处地理位置的特殊性，车站不能采用全明挖施工，车站越来越多的采用暗挖或明暗结合的建筑结构型式。暗挖车站的核心问题是如何减少车站规模，但又必须满足以下设计原则：

1、适用性

地铁车站是一个人流聚集的公共建筑，车站设计首先是必须满足车站的使用功能，包括：合理的设置出入口、AFC系统、站内楼扶梯，有序的组织进出站客流，最大程度的避免客流的交叉；提供满足高峰客流的运输能力、紧急疏散的设备、集散场地；方便与周边交通系统的换乘、过街功能；提供相应的设备及管理用房，满足运营管理的功能要求。

2、安全性

地铁车站首先在满足结构安全的情况下，还必须满足相关的建筑安全，比如：楼扶梯、AFC的设置数量必须满足正常高峰客流、突发客流要求，避免出现客流拥挤现象；提供满足火灾状况下的乘客紧急疏散要求的设备数量，避免人员伤亡；满足工作人员消防需要的消防通道；火灾状况下提供足够的新风和排烟设施，完善的消防设施；满足出地面建筑的防火距离要求、卫生防疫要求、防淹要求。

3、舒适性

地铁车站设计以人为本，车站设计除完善楼扶梯、残疾人电梯、商业自助等设施外，还应给乘客提供舒适的感官设计，提供舒适的乘车环境。

4、经济性

轨道交通造价约4亿/km-8亿/km，车站土建平均造价为0.8亿/km-1.2万/m2，不同地区或同一地区不同线路造价可能出现较大的差异，但总的说车站土建造价高。其中对于暗挖车站来说，其平均造价一般在1.2万/m2左右。因此在满足车站功能的前提下，车站布置必须紧凑，尽量压缩土建规模，节省造价。

二、暗挖法在地铁车站施工中的应用

1、大、小管棚超前支护

为了保证地铁站建设开挖的安全，保护地下管线，预防砂层坍塌，车站在建设时可以选择大、小管棚进行超前支护。管棚采用直径108mm、壁厚5mm的无缝钢管，管身上钻有6mm-8mm的孔，以梅花形布置，孔距分布均匀，约为30cm。注浆时，选用改性水玻璃浆作为材料，受注浆压力0.2MPa～0.3MPa的限制，工程在注浆时需要选用水泥砂浆，浆液配比1∶1∶1。注浆过程中，受注浆压力的作用，浆液冲开封片，冲液顺势进入粉细砂层中。

小导管的注浆则采用段段推进的方式，注一小段浆，就开挖一小段，这里需要强调的是导管间的距离需要严格控制在33.3cm，水玻璃浆在注浆时需要控制PH在2～4间，只有这样才可以保证大、小管棚的超前支护满足地铁车站的建设要求。

2、上下两步台阶开挖

地铁建设中的粉细砂土层多比较密实，但是自稳能力较差，无法形成自然的应力拱，这样就很容易造成大面积坍塌。因此，为了避免这种情况的发生，地铁车站的建设工程可以选用上下两步台阶开挖的方式，这样既能保证掌子面的稳定，也能保证施工安全。上台阶需要事先预留核心土，坡度控制在1/3左右。下台阶的土体则要保证坡度在1/6。在轮廓拱腰处开挖时采用倒坡形式，首先在下台阶掏槽开挖，为这个部位的侧墙提供支护，而后再开挖剩余的土体，这样能够最大限度地避免塌方，确保施工的安全。

3、土体位移监测

地铁车站建设多为换乘车站，而换乘车站所处的环境又相对比较复杂，因此在采用暗挖技术对地铁车站进行施工时也比较难以进行，特别是在施工过程中，无法避免地就会造成施工通道周围的土体发生不同程度的水平与竖向位移。这就要求工程人员需要在施工过程中布设土体的分层沉降测点和土体的水平位移测点，随着施工的进行，对土体位移进行监测，这样便可以及时了解地铁车站暗挖技术的施工对周围土体的影响程度，同时工程人员还需要对监测结果进行分析，对工程的施工技术进行优化。

4、暗挖法在地铁隧道施工中的应用

在地铁的隧道建设中，经常会遇到隧道贯穿河流的情况，在这样的情况下施工，对地铁工程本身就是一个巨大的挑战，因此可以选用暗挖技术进行施工，确保工程的可行性与安全性。

4.1围堰导流

选用暗挖技术建设地铁隧道，既可以确保工程的顺利进行，也可以保证工程的质量，围堰导流就是其中的具体应用。由于该隧道工程受河水流的影响，在施工过程中需要先疏干上、下游围堰之间的存水，这样可以在一定程度上减少隧道拱顶土层的含水量，更加有助于施工，但是这里需要强调的是围堰导流的时间需要在特定的季节完成，最佳方案是在河流枯水期和暗挖隧道开挖前1个月左右施工，这样才可以确保围堰导流发挥其真正的功能，为地铁隧道建设的后期工作打下坚实基础。

4.2双排小导管超前注浆加固

在地铁隧道开挖到河道的加固段后，为了保证施工质量，在拱顶需要采用双排小导管超前注浆加固。超前下层小导管采用φ32的小导管，注浆也采用改性水玻璃浆液，至于超前上層小导管也与超前下层小导管相同，采用φ32的小导管，注浆采用超细水泥-水玻璃浆液，注浆加固固结范围外轮廓需要控制在2.0m左右，这样能够保证地铁隧道的安全。

4.3合理控制回填注浆的压力

在确定注浆材料后，便需要在一定压力下进行回填注浆，回填注浆需要克服管道阻力以及土体与初期支护之间的空隙阻力，如果注浆压力过大，很容易引起初期的支护变形。在回填注浆时常会采用注浆泵，注浆处的压力需要控制在0.3MPa～0.4MPa，注意不能超过0.5MPa。

5、暗挖法地铁施工技术的改进

5.1粉细砂地层加固

地铁建设中的粉细砂土层多比较密实，但是自稳能力较差，无法形成自然的应力拱，这样就很容易造成大面积坍塌，如果周边有水，粉细砂土层甚至会出现流砂现象，这在暗挖法施工时要格外重视控制。在对粉细砂层开挖时，工程应尽可能避免使用有毒的化学浆液，采用预注酸性水玻璃加固土层的方法对暗挖法进行优化，这样更能保护环境。对于固砂前期的注浆，施工人员需要控制其压力在0.15MPa，此时的固砂效果最为理想。后期的施工过程，工作面可以设置一个30cm～40cm厚的止浆墙，并把注浆的压力提高到0.8MPa，这样得到的固砂体单轴抗压强度可以达到0.5MPa，符合地铁开挖的要求。采用这个方式进行开挖，往往会在施工过程中造成砂层剥落至小导管，这时小导管就可以起到支护作用，即便如此小导管每隔1m就要施作一环，这样工作面就需要更厚的止浆墙，这个止浆墙在注浆结束后还需要凿除，这样会严重影响地铁建设施工的进度，对工程造成一定程度的损失。

随着我国近几年长管棚技术的快速发展，可以应用此技术对暗挖法施工技术进行优化，一次性就施作较厚的止浆墙，同时提高注浆压力，对原有的浆液配比进行改良，这样粉细砂层加固的问题就可以得到较好的解决。

5.2大管棚施工

地铁暗挖施工往往是建立在工程周边复杂的环境之上，地面有建筑物，地下有各种管线，这些因素都限制了暗挖施工的效果。因此，可以采用大管棚超前支护法对工程周边的建筑提供保护，同时还可以控制地表下沉。就目前暗挖法在地铁工程中的应用情况来看，大管棚超前支护法已经取得了一定的进展，但还是需要不断优化。由于在地铁施工过程中会不断改变格栅形式，这样在超挖部分就需要采用二衬混凝土回填，这对于人力、物力都是很大的挑战，会造成大量的资源浪费，且耗时较长，这对于地铁建设工程是极为不力的。因此，可以对大管棚施工进行优化，就我国目前的地铁暗挖法中大管棚施工情况来看，我国多采用直径150m的长管棚，经过反复应用已经取得了一定的经验，今后的发展方向将会向60m左右的大管棚发展，这样的大管棚在实际的施工操作中可以更加地便捷，降低施工过程中的复杂程序，在保证工程质量的前提下，节约人力物力，从而提高地铁工程的经济效益。

结束语：

地铁作为城市中最为理想的交通方式，是未来城市交通的关键核心，其建设也是城市工程的重要项目。暗挖法技术的应用可以为环境复杂的地铁工程提供可行性，无论是地铁车站还是地下铁路隧道都可以采用暗挖法技术，这样既可以保证地铁施工的安全与质量，也可以控制施工的成本，这从经济角度来看具有积极意义。

参考文献：

[1]利敏.地铁车站建筑设计中贯彻以人为本理念的探讨[J].地下工程与隧道，2010，03：19-21+60.

[2]陈宏，胡建國.暗挖地铁车站建筑设计方法探析[J].地下空间与工程学报，2010，05：1001-1008.

[3]邵巧燕.关于地铁车站建筑设计不足[J].科技致富向导，2014，36：223.

[4]刘超亮.地铁车站建筑设计理念与方法[J].城市建筑，2013，22：18.