摘  要 广州地铁六号线东山口站为国内首例在周边环境复杂条件下实施“先隧后站、盾构隧道扩挖”修建地铁车站的工程。 文章介绍了该站左线站台隧道在盾构隧道的基础上扩挖形成地铁车站的主要修建技术及施工特点和难点。 实践证明，采用盾构与明（暗）挖法相结合修建地铁车站的施工技术，是城市繁华地区修建地铁车站有效解决区间盾构隧道与车站施工相互干扰难题的重要途径。

关键词 地铁站台 先隧后站 盾构隧道扩挖

 

      广州地铁六号线东山口站位于广州越秀区署前路，与地铁一号线东山口站进行通道换乘，车站大致呈南北走向布置。本站周边环境较为复杂，西侧左线隧道正上方建筑物为一栋六层办公综合楼（A6），东侧为一栋办公楼（A10）及一座纪念馆。 车站设计采用地下四层分离岛式明暗挖结合型式， 其中左线全暗挖， 右线局部明挖。 车站左线暗挖站台隧道全长91.1 m，位于 A6 综合办公楼正下方 （图 1），站台隧道拱顶距地面18.8~19.8 m， 距上部 A6 综合办公楼桩底净距约为7.1～9.5 m。 隧道洞身地质条件主要为图1 东山口车站总平面〈6〉碎屑岩全风化层、〈7〉强风化层及〈8〉中风化岩层。

      A6 综合办公楼沿暑前路南北向布置，位于隧道的正上方， 其走向与左线隧道线路方向夹角为170°。 A6 综合楼长 38.8 m，宽 13 m，其桩基为 准300锤击灌注桩，桩长 6～8 m，桩身主要穿过〈3-2〉中粗砂层、〈4-1〉粉质粘土层、〈5-1〉碎屑岩残积层，桩底在〈4-1〉和〈5-1〉地层，属摩擦桩。 桩体所处地层为软土地层，其含水量高、孔隙比大、高压缩性，隧道施工中失水或受震动时土层结构易受破坏， 承载力降低易引起地面或建筑物下沉。

      东山口站由于前期管线迁改、 征地等多方面原因，至左线盾构机到达车站前100 m 时 ，左线站台隧道尚未开挖，如等待车站施工完毕后盾构机正常过站，盾构工期至少延长 10 个月以上，同时也将影响地铁六号线的总工期；另外一方面，盾构机长时间停机等待也存在较大的设备风险。为此本站采用国内首例“先隧后站、盾构隧道扩挖”修建地铁车站的设计施工方案。

 

      （1）施工区域周边环境复杂。

      （2）工程地质条件复杂，盾构隧道扩挖尚无类似施工先例，技术难度和施工风险大。

      （3）施工接口多，工法转换频繁。

 

      采用地层结构模型进行三维弹塑性计算， 模拟盾构施工、扩挖整个施工过程；分析盾构及扩挖施工对受保护建筑物的影响，并对其安全性进行评估。

      在模拟计算中，初期支护采用 shell 单元，锚杆采用Cable 单元，桩基采用 Pile 单元，桩荷载根据地质勘察资料确定，建筑物楼板梁与柱子均采用 Beam单元。

      土体采用实体单元，土体的本构模型采用摩尔-库伦模型；衬砌采用实体弹性壳体单元，基础为实体单元，模拟其材料性质为钢筋混凝土。

      计算模型尺寸为98 m×50 m×35 m，单元网格数为89 000 个。 建立计算模型如图 2 所示，其中盾构先行掘进后模型如图3 所示。

      本研究根据工程实际要求， 只对左隧道进行模拟分析。 隧道土体的开挖分为盾构推进部分和扩挖部分， 扩挖部分采用台阶法开挖， 上下台阶长度 7m。 隧道拱部土方采用人工开挖上半断面，每 0.5 m一循环。

      （1）扩挖完成后地表沉降槽、地层垂直及水平位移如图4～图 6 所示。

      （2）建筑物桩基在盾构及扩挖阶段沉降计算结果如图7 所示（仅选取沉降最大的中排桩示意）。

      （3）结果分析

      ① 盾构推进、隧道扩挖、扩挖完成后地表的最大沉降值分别为6.25 mm、8.08 mm 和 8.94 mm， 最大水平位移为7.46 mm。

      ② 扩挖施工在横向对地层的影响范围也大致在25 m 范围以内， 在纵向隧道前方的地表沉降值小于后方值，这主要是由于地层的固结沉降造成的。

      ③ 这三排桩基在纵向由 1 号桩到 12 号桩沉降量整体趋势是逐渐增大， 纵向三排桩纵向相邻两个桩基(中心距 3.6 m) 沉降差最大值分别为：δ_A=2.1mm, δ_B=2.5 mm，δ_C= 2.3 mm。

      ④ 根据《GB50007-2002 建筑地基基础设计规范》，经计算表明，A6 综合办公楼的横向及纵向沉降差均满足规范要求。

 

      （1）盾构掘进控制

      为确保地表安全，盾构推进采用土压平衡模式，掘进过程中必须严格控制好盾构机姿态和出碴量、合理保持土舱压力和保证注浆量， 以避免盾构掘进时造成线路外围地层发生较大的松动范围。

      （2）管片拼装

      为利于后续管片的拆除，管片采用通缝拼装，同时顶部管片可有计划地多设置注浆孔位， 在隧道扩挖时即可在已成型的盾构隧道施作超前注浆加固地层，确保扩挖的安全。

      （3）通过后的注浆

      为确保管片注浆的饱满， 以及暗挖站台与区间隧道之间开挖过程的防水，盾构通过后即对暗挖站台范围， 以及两端外侧各 20 环的管片进行补充注浆。

      结合东山口站地质条件及右线站台隧道的开挖情况， 左线站台隧道在扩挖施工前必须采取有效的超前预加固措施， 方能保证上部 A6 综合办公楼的正常使用及扩挖施工安全。 经综合比选并结合数值模拟分析， 最终推荐采用管棚加袖阀管注浆相结合的超前支护方案（图 8），利用临时 2^#竖井进行水平施工。

      管棚采用φ108 大管棚，环向间距 0.45 m；布置范围拱部120°，管棚长度 70 m；袖阀管采用 φ48 硬质PVC 管， 沿站台隧道轮廓拱部 120°范围布置两排，环向间距1.1 m（外排 1.4 m），袖阀管加固长度70 m。 注浆浆液采用 0.8∶1～1∶1 水泥单液浆。 袖阀管分两序施工，I 序孔作为主要注浆孔，II 序孔作为检查孔兼补浆孔，以确保加固效果与质量。

      盾构通过后，由于管片的存在，必须拆除管片扩挖形成暗挖站台。 暗挖站台段标准断面宽 9 569mm，高 9 684 mm，管片外边缘距暗挖隧道开挖外边缘最小空间为507～996 mm。 第一环的管片拆除采用切割法或直接破除的办法，选择位置为 2^#竖井范围内，可为后续的整块拆除提供条件。

      （1）扩挖施工断面主要工序及方法

      Ⅰ步：开挖站台隧道①部至管片顶部，并进行初期支护，打设锁脚锚管，每侧两根。

      Ⅱ步：开挖站台隧道②部，暴露出封顶块（K）和两块邻接块（B、C），进行初期支护并打设锁脚锚管，每侧两根。

      Ⅲ步：利用站台隧道①、②部开挖形成的上部翻碴回填至管片中部， 拆除封顶块和邻接块的所有螺栓，使用千斤顶或挖掘机松动封顶块，然后采用挖掘机吊拆。

      Ⅳ步：由于自重及千斤顶松动作用，封顶块吊拆后邻接块自然分离。如果不彻底，可利用钢丝绳穿入管片纵向螺栓孔，用挖掘机沿隧道方向拔出。

      Ⅴ步：清除管片内浮碴，逐块拆除下部标准块所有连接螺栓， 并采用挖掘机逐块吊拆标准块（A1、A2、A3）； 同时开挖站台隧道下部上台阶③部土石方，并进行初期支护。

      Ⅵ步：开挖站台隧道仰拱部位土石方，并封闭初期支护，进入下一循环。

      以上Ⅰ～Ⅵ部主要工序示意如图 9 所示。

      （2）扩挖施工纵向步序

      为最大限度减少扩挖施工对地层的扰动及临空时间， 东山口站扩挖施工在满足扩挖施工的前提下尽量控制台阶长度。站台隧道上台阶①、②部开挖每个循环0.5 m，管片封顶块及邻接块拆除每循环 1.5m（1 环），管片下部标准块一次拆除长度控制在 4.5m（3 环）以内，从站台隧道上台阶开挖掌子面至仰拱封闭总长度控制在10 m 以内。 扩挖施工纵向步序示意如图10 所示。

      东山口站扩挖施工在盾构掘进阶段、 扩挖施工阶段、 扩挖完工后监测数据趋于稳定前阶段对地面建（构）筑物，特别是重点保护的 A6 综合办公楼、重要管线、隧道内拱顶下沉、净空收敛、初期支护内力等进行了全方位监测。最终监测数据显示，扩挖施工引起A6 综合办公楼最大沉降值约 29 mm。

 

      （1）工程可行性得到提高

      东山口站盾构扩挖修建地铁车站的成功， 使得盾构扩挖修建地铁车站技术在我国应用的可行性得到很大提高。

      （2）减小地面作业的范围，降低对交通的影响

      采用该扩挖技术，可使车站施工场地大为减小，只需占用局部场地进行工作井或地面加固的施工。

      （3）减少工作量

      采用该扩挖技术， 原明挖法工艺所需的结构上部和下部多余空间的工作量可省除， 并可根据实际需要的空间进行合理设计、施工，在一定程度上减少了地下空间用量和施工的工作量。