兰州地区地铁车站“先隧后站”设计施工技术风险及措施

张盈

中铁工程设计咨询集团有限公司 北京 100055

1 “先隧后站”概述

“先隧后站”是指先施工车站相临区间，再施工车站。在车站暂时无法施工的特殊情况下，为保证工程顺利实施，“先隧后站”较常规“先站后隧”工法存在一定优势[1]。

但是“先隧后站”由于车站加宽、车站范围增设盾构管片及施工顺序的特殊性，导致了造价对比“先站后隧”方案高，同时也存在一定的技术风险。

2 工程概况

雁南路站为兰州轨道交通2号线一期工程中间车站，车站全长182m，标准段宽20.1m，总高14.77m，为地下二层单柱双跨箱型结构，顶板覆土厚度约3.0m。车站标准段基坑深约16.6m，盾构扩大处基坑深约17.8m，车站采用明挖顺做法施工，盾构从大里程向小里程方向推进。

车站场地地貌单元属黄河河漫滩，沿线地形平坦，场地地层自上而下依次由第四系全新统人工填土、粉土、粉细砂、卵石、强风化砂岩及中风化砂岩等构成，车站场地地下水类型为潜水，抗浮水位约地面以下6m。

图1 雁南路站总平面图

车站施工期间需要对沿街的商铺及部分建筑进行拆迁，由于征地进展缓慢车站一直未施工，加之小里程区间盾构左线侵入车站范围等原因，导致原车站盾构过站方案已无法实施。雁南路站最终采用“盾构先行掘进过站，同步施工车站”的方案，除左线已侵入车站范围内围护桩，其它三处接驳位置均施工围护桩后再行穿越。

3 车站设计施工风险

3.1 地下水处理

车站地下二层进入强风化砂岩约2.3～5.5m，详见图2。由于兰州地区强风化砂泥岩特殊性质，该岩层降水困难，注浆效果不好，不经扰动时强度较高，但遇水易软化崩解，变成泥状，对工程施工十分危险，因此基坑范围内水处理非常关键。

图2 车站北端头地质情况及进入强风化砂岩剖面图

针对此问题，车站采用“基坑外管井降水+咬合桩止水帷幕+坑内降水”方案。管井降水将基坑内外水位降至卵石层与强风化砂泥岩交界处，坑内采用真空轻型井点降水，将基坑内水位降至坑底以下1m。

除基坑整体降止水，基坑在开挖过程中仍存在二处易涌水涌砂部位，容易忽视，分析如下：1、由于基坑内水无法一次性降至基坑底，管片拆除过程中有可能存在基坑内水流入两侧区间内，为防止该情况发生，区间还需要采取排、止水措施。2、端头先打桩处区间隧道管片与车站端头围护桩间会产生环形间隙，为防止地下水通过管片环形空隙流入基坑，盾构区间沿车站范围外6环、车站范围内2环纵向进行1.5m洞内径向注浆，从而达到加固地层、填充管片与盾构机间空隙，防止管涌、基坑失稳作用。

3.2 围护结构

非盾构穿越段采用φ800@1200mm咬合桩＋三道内支撑，做法与常规车站相同，围护桩视现场盾构掘进情况进行施工。考虑盾构先行通过，导致扰动过的地层围护桩打设较困难，塌孔严重，桩偏离较大，因此车站围护桩最好在盾构掘进前打设。如果盾构掘进后，再打设桩，围护桩范围需要进行外扩，雁南路站桩外扩600mm，从现场情况看，仍有部分围护桩侵限严重，因此总结根据地质情况桩外扩可再适当加大。

3.2.1 围护结构设计

盾构穿越端头采用φ1000@1400mm咬合桩＋三道内支撑。常规“先隧后站”一般先施作车站端头围护桩，再通过区间隧道，但由于车站大里程左线盾构机先行掘进车站范围内，围护桩已无预先打设条件，因此需盾构穿越后进行打设。剩余三处端头围护桩具备预先施作条件，需要先打设围护桩再进行穿越[2]。

大里程左线盾构穿越端头没有围护结构，常见的“端头吊脚桩+洞内外注浆止水加固措施”方案后期无法形成封闭围护结构，降水和止水若处理不当会导致基坑开挖过程中塌陷，并不适用兰州地层。因此为保证端头开挖安全，如何使车站基坑封闭是关键。

经过国内相似工程比选，结合本工程实际情况，最终采用硬咬合桩法+管片内封堵墙”方案。具体方案为隧道范围内采用全回转套管钻机“咬合桩”钻穿盾构管片至设计深度，形成围护桩闭合体系。为保证全回转套管钻机钻穿盾构时管片安全，盾构隧道内回填C10混凝土形成封堵墙，墙厚6m。

图3 端头咬合桩及管片内封堵墙

图4 全回转套管钻机

3.2.2 基坑支撑体系

“先隧后站”与“先站后隧”施工车站基坑及支撑体系有一定变化，主要变化在于：1）车站由于盾构先行通过，基坑需加宽至少1.2m；2）盾构管片拆除期间只能架设二道支撑，为保证基坑安全，第一道宜设为混凝土支撑；3）盾构先行过站后对已施工端头围护桩进行切割，破坏桩身完整性，影响基坑整体稳定性。随基坑开挖深度加深，在架设第二道支撑前，需保证被切割桩嵌固深度满足计算要求，同时在拆除第二道支撑前保证中板已施作完成，否则基坑开挖过程中切割断面围护桩上层悬臂长度过大，容易导致围护桩在开挖过程中受土压力向站内倾覆，存在基坑安全风险，具体详见图6。4）由于盾构先行通过，车站与区间接口处无法架设钢支撑，扩大端支撑布置方式需时行局部调整，具体布置情况详见图7。

图5 车站端头支撑布置图

图6 车站端头支撑布置图

图7 管片拆除

3.3 基坑开挖及管片拆除

由于浮力作用，管片范围内基坑开挖应分层分段逐步开挖，如果开挖过快将导致基坑卸载过快，应力释放时间不足，使车站范围内管片及相临区间盾构管片大幅度隆起。因此为减少基坑开挖及拆除管片对基坑外区间永久管片影响，雁南路站采用端头外区间左、右线20环范围内管片设置拉紧联系条、型钢内支撑及沙袋压重等措施。随着基坑开挖深度的增加，按照从拱顶至拱底、从车站两端向中间（隧道纵向）的顺序逐块拆除。按此方法从现场施工监测情况看，盾构管片仅上抬1mm，证明了限制盾构管片隆起的有效性。

拆除后管片尽量保持完整，以便后续工程使用，但实际施工过程中可能破损较多，利用率并不高，拆除后的管片可以建筑垃圾的方式处理。

3.4 后施作围护结构洞门接口做法

车站主体施工完成后，由于后施工围护桩洞穿盾构管片，因此需在施工接口环梁前，将区间范围内桩体进行切除[3]。围护桩切割后与盾构管片间存在空隙，施工时仍存在涌水涌砂风险，针对以上问题，设计中采用车站基坑外顺区间纵向增设围护咬合桩，并由盾构内环向盾构周围注浆加固地层方案，保证基坑安全，详见图6。

考虑围护桩范围，后施作围护结构洞门接口环梁较普通环梁长。另一方面车站主体结构施工时需预留接口环梁钢筋，环梁另一端与区间管片螺栓及植筋方式相连。

图8 洞门环梁与既有区间管片连接图

4 现场施工

目前雁南路站主体围护结构已全部施工完成，剩余部分主体结构，由现场施工情况看，各项监测数据正常，风险均在可控范围内。

5 结语

综上分析，针对兰州特殊地质情况，“先隧后站”的风险主要体现在地下水处理、围护结构、基坑开挖及管片拆除、后施作围护结构洞门接口等四部分，其中地下水处理和基坑封闭是设计重点，结合现场施工情况，对该地区类似工程可起到一定参考作用。