關(guān)于矩形頂管法施工地鐵出入口始發(fā)、接收方式的研究及案例分析

李俊玲

（廣州金土巖土工程技術(shù)有限公司，廣東廣州 510507）

1 引言

近年來，隨著城市建設(shè)的加快，繁華城區(qū)空間利用日趨緊張，地鐵建設(shè)在解決利用城市地下空間、交通擁堵等方面起到了很大作用。目前地鐵通道施工技術(shù)主要有：明挖法、淺埋暗挖法、盾構(gòu)法、頂管法等。淺埋暗挖法、盾構(gòu)法廣泛應(yīng)用于長距離地鐵隧道施工，明挖法及頂管法則廣泛應(yīng)用于地鐵站配建出入口。而在靠近在建或運(yùn)營中既有地鐵的繁華城區(qū)，頂管法在地鐵出入口建設(shè)中相對于明挖法在征拆、管線遷改、成本、綠色環(huán)保等方面具有明顯優(yōu)勢[1-4]。

頂管法按形狀主要分為矩形頂管法及圓形頂管法，地鐵出入口主要采用矩形頂管法施工。自20 世紀(jì)70 年代，我國第一條采用矩形頂管法施工的地下通道建設(shè)完成以來[5]，經(jīng)過50 余年的發(fā)展，技術(shù)逐漸進(jìn)步，形成了多種不同類型矩形頂管法施工技術(shù)，在地鐵出入口建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。

本文擬通過分析現(xiàn)有矩形頂管法施工地鐵出入口的案例，總結(jié)矩形頂管施工地鐵出入口始發(fā)、接收方式的主要設(shè)計(jì)原理，以期為今后類似工程設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。

2 既有研究和案例分析

2.1 案例介紹

（1）杭州市地鐵十六號線中泰站過街通道矩形頂管工程，工程位于位于杭州市余杭區(qū)，中泰站地鐵車站主體為地下兩層島式站臺車站，設(shè)在天目山西路北側(cè)，包含A、B、C、D1、D2 五個外掛出入口，其中C、D1出入口是下穿杭徽高架橋、天目山西路的過街通道，采用矩形頂管法施工，其他出入口采用明挖施工。

本工程C 出入口頂進(jìn)長度61.6 m，D1 出入口頂進(jìn)長度62.9 m，矩形頂管通道斷面尺寸為7.0 m×5.0 m，內(nèi)凈空為6.0 m×4.0 m，采用7.02 m×5.02 m多刀盤組合式土壓平衡頂管機(jī)施工。出入口周邊建（構(gòu)）筑物較少，影響范圍內(nèi)主要有杭徽高速公路高架橋、C 出入口始發(fā)井附近有新達(dá)沐浴用具有限公司大樓。

中泰站地鐵車站主體結(jié)構(gòu)與出入口同時施工，頂管始發(fā)井均位于天目山西路南側(cè)，接收井位于天目山西路北側(cè)靠近車站處預(yù)留基坑。頂管接收完成后，施工接收井頂板，封閉接收井基坑，同時鑿除車站預(yù)留出入口，完成與在建地鐵的對接（見圖1、圖2）。

圖1 中泰站矩形頂管布置示意圖

圖2 中泰站矩形頂管剖面圖

（2）廣州市軌道交通五號線科韻路站Ⅲ號出入口工程，工程位于黃埔大道中與科韻路交叉口東南角，科韻路站主體結(jié)構(gòu)位于黃埔大道自西向東車道下方，已處于運(yùn)營階段。新建Ⅲ號出入口自南向北下穿黃埔大道，采用矩形頂管法施工，通道斷面尺寸為6.0 m×4.0 m，內(nèi)凈空為5.0 m×3.3 m。

因新建Ⅲ號出入口與科韻路站斜交，頂管機(jī)接收處為車道下方且靠近地鐵，無法進(jìn)行接收井施工，故采用棄殼接收方案。頂管機(jī)頂進(jìn)至原地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻位置后停機(jī)，然后割除胸板，拆除頂管機(jī)刀盤、動力裝置及內(nèi)部機(jī)電設(shè)備等，拆解后的構(gòu)件退運(yùn)至頂管始發(fā)井吊出。頂管段與地鐵主體結(jié)構(gòu)之間三角形區(qū)域采用人工暗挖法施工，機(jī)殼及人工暗挖段鋼筋混凝土內(nèi)襯與車站預(yù)留口暗梁暗柱順接，最后破除車站預(yù)留口混凝土襯墻，形成貫通的地下通道[6-7]（見圖3、圖4）。

圖3 矩形頂管接收端與暗挖段連接處平面布置圖（單位：mm）

圖4 矩形頂管棄殼接收方式示意圖

（3）武漢市軌道交通8 號線二期洪山區(qū)政府站Ⅴ號出入口頂管工程，工程位于武漢市洪山區(qū)珞獅路與文秀街交叉口西南側(cè)，車站主體結(jié)構(gòu)位于珞獅路西側(cè)，頂管自東向西下穿珞獅路，全長19.5 m，斷面尺寸為6.9 m×4.9 m，內(nèi)凈空為6.0 m×4.0 m，采用6.92 m×4.92 m 多刀盤組合式土壓平衡頂管機(jī)施工。周邊建（構(gòu)）筑物較多，始發(fā)井緊鄰麗島花園。

頂管始發(fā)井與出入口明挖段相接，在車站內(nèi)預(yù)留接收端。由于車站已運(yùn)營，站內(nèi)無接收條件，且頂管上方靠近接收端有一條6.0 m×4.0 m 的雨水箱涵，距頂管頂僅0.5 m 左右，因此頂管機(jī)掘進(jìn)至車站預(yù)留洞口后，采取棄殼接收方式。頂管機(jī)胸板、刀盤、電氣設(shè)備等構(gòu)件均內(nèi)部拆解從貫通通道內(nèi)運(yùn)至始發(fā)井，從始發(fā)井吊出，殼體留在通道內(nèi)作為初期支撐，內(nèi)部施工鋼筋混凝土二次襯砌結(jié)構(gòu)（見圖5、圖6）。

圖5 洪山區(qū)政府站平面布置示意圖

圖6 洪山區(qū)政府站Ⅴ號出入口頂管工程立面圖

（4）武漢市軌道交通5 號線工程王青公路站Ⅰ號出入口工程，工程位于武漢市洪山區(qū)，Ⅰ號出入口全長57 m，通道管節(jié)斷面尺寸為6.9 m×4.9 m，凈空尺寸為6.0 m×4.0 m。因Ⅰ號出入口地下過街通道下穿團(tuán)結(jié)大道，中間位置燃?xì)夤芫€不得遷改，因此設(shè)計(jì)采用矩形頂管法施工。

本工程始發(fā)井位于團(tuán)結(jié)大道北側(cè)，通道下穿團(tuán)結(jié)大道與南側(cè)王青公路站主體結(jié)構(gòu)相接，接收井設(shè)在車站主體內(nèi)站廳層，站臺層為地鐵軌道鋪設(shè)區(qū)，因地鐵軌道已鋪設(shè)完工，施工時頂管接收井處設(shè)計(jì)鋼筋混凝土接收平臺進(jìn)行頂管機(jī)接收，為保證接收平臺的承載力滿足頂管機(jī)出洞所需承載力，下設(shè)鋼結(jié)構(gòu)滿堂支架，頂管接收完成后施工接收端頂板結(jié)構(gòu)，完成車站主體結(jié)構(gòu)封頂（見圖7、圖8）。

圖7 王青公路站矩形頂管平面布置示意圖

圖8 王青公路站Ⅰ號出入口矩形頂管施工立面圖

（5）徐州市軌道交通1 號線彭城廣場站工程，工程位于徐州市云龍區(qū)淮海東路。Ⅰ、Ⅱ號出入口設(shè)在淮海東路南側(cè)，連接中央百大和悠沃時尚街。通道采用頂管法施工，全長33.6 m，斷面尺寸為6.9 m×4.9 m，內(nèi)凈空為6.0 m×4.0 m，采用6.92 m×4.92 m 多刀盤組合式土壓平衡頂管機(jī)。

頂管通道自南向北下穿淮海東路，周邊建筑物較多，始發(fā)井緊鄰徐州百貨大樓和悠沃時尚街。接收端由于地理?xiàng)l件限制、征地困難，因而該工程無接收井。頂管機(jī)頂進(jìn)到地鐵車站主體接收位置后棄殼，同時Ⅰ、Ⅱ號出入口采用疊線施工，Ⅱ號出入口通道位于Ⅰ號通道正上方，Ⅰ號通道施工完成后施工Ⅱ號出入口通道，因此始發(fā)井處Ⅱ號出入口施工需設(shè)置始發(fā)平臺。

始發(fā)平臺設(shè)計(jì)使用鋼結(jié)構(gòu)平臺，施工完成后拆除臨時鋼平臺，施工鋼筋混凝土永久中板結(jié)構(gòu)，始發(fā)井內(nèi)出入口分別與東西兩側(cè)明挖出入口結(jié)構(gòu)連接（見圖9、圖10）。

圖9 彭城廣場站矩形頂管平面示意圖

圖10 彭城廣場站Ⅰ、Ⅱ號出入口矩形頂管立面圖

2.2 案例分析

綜合以上案例分析，可以發(fā)現(xiàn)目前地鐵出入口施工方式主要分為一般始發(fā)接收方式、棄殼接收、設(shè)計(jì)采用接收平臺、設(shè)計(jì)采用始發(fā)平臺四種，具體如下：

（1）中泰站C、D1 出入口采用一般始發(fā)接收方式，一般始發(fā)接收方式是在需要下穿施工的地段兩側(cè)，設(shè)置始發(fā)井、接收井，這是目前主要使用的頂管施工方法。

這種設(shè)計(jì)主要為道路兩側(cè)占地面積相對寬裕，地鐵正處在建設(shè)中或地鐵出口外掛，一般接收井為地鐵外掛出口部分，始發(fā)井設(shè)在地鐵站對面，外接明挖出入口，管線在頂管施工時不影響的情況下可不進(jìn)行遷改。

（2）棄殼接收是矩形頂管施工中只設(shè)置始發(fā)井、不設(shè)置接收井，矩形頂管機(jī)掘進(jìn)到接收端時直接在通道內(nèi)棄殼拆解，拆除的胸板、刀盤等構(gòu)件通過已完成通道運(yùn)至始發(fā)井并吊出的一種施工方式。棄置的殼體作為人行通道的初期支撐。

這種方式多用于在建或運(yùn)營地鐵出入口、地鐵站內(nèi)及周邊影響范圍無法進(jìn)行基坑開挖、出入口通道與地鐵出口斜交、頂管機(jī)出洞困難的情況，因此通道施工時,頂管機(jī)在地鐵站外墻處進(jìn)行棄殼接收。在地鐵車站內(nèi)預(yù)留出入口處設(shè)圍擋[8]，從通道內(nèi)鑿除并清理圍護(hù)結(jié)構(gòu)完成頂進(jìn)通道與地鐵站對接，頂管始發(fā)井外接明挖結(jié)構(gòu)，作為地鐵人行通道出口。這樣施工時既不影響地鐵運(yùn)營，也不影響站內(nèi)行人、地鐵通行，占地面積相對小。

廣州市軌道交通五號線科韻路站Ⅲ號出入口工程及武漢市軌道交通8 號線二期洪山區(qū)政府站Ⅴ號出入口人行通道均采用頂管棄殼接收方式。

（3）矩形頂管法施工設(shè)接收平臺，由于頂管施工中接收井設(shè)在地鐵站內(nèi)，同時與接收平臺有一定高程差，因此需要設(shè)計(jì)施工一個平臺作為頂管機(jī)的接收平臺。接收平臺根據(jù)地鐵運(yùn)營情況及施工需要，設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土平臺或鋼結(jié)構(gòu)平臺。武漢軌道交通5 號線工程王青公路站Ⅰ號出入口施工采用鋼筋混凝土接收平臺。

頂管施工設(shè)接收平臺主要應(yīng)用在在建地鐵出入口施工中。地鐵站施工時，人行通道出入口接收端設(shè)在地鐵站內(nèi)，接收端底層、二層分別為地鐵運(yùn)營站臺層、站廳層，人行通道出入口設(shè)在站廳層，因此地鐵結(jié)構(gòu)地面與接收平臺存在高程差，需在站廳層與站臺層中間設(shè)中板結(jié)構(gòu)作為頂管機(jī)接收平臺，中板結(jié)構(gòu)可以采用鋼結(jié)構(gòu)平臺或混凝土結(jié)構(gòu)平臺，設(shè)計(jì)承載力需滿足施工要求。

（4）矩形頂管法施工設(shè)始發(fā)平臺，是頂管施工中有始發(fā)井，但基坑地坪與通道設(shè)計(jì)標(biāo)高存在一定高程差，設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土平臺或鋼結(jié)構(gòu)平臺作為始發(fā)平臺。徐州市軌道交通1 號線彭城廣場站Ⅱ號出入口施工采用鋼結(jié)構(gòu)始發(fā)平臺。

頂管施工設(shè)始發(fā)平臺主要應(yīng)用在始發(fā)井與人行通道有高程差的情況，主要有以下幾種情況：一是地鐵站為線路中轉(zhuǎn)站，站廳層有多層，均需設(shè)置人行通道出入口，因用地等限制采用疊線施工的；二是始發(fā)井底層作為已施工完成使用的區(qū)域，為不影響使用，施工臨時結(jié)構(gòu)作為始發(fā)平臺進(jìn)行施工；三是由于用地或周邊環(huán)境限制，始發(fā)井設(shè)計(jì)在車站內(nèi)站廳層。

3 始發(fā)、接收方案的選擇

根據(jù)以上施工案例分析可知，影響地鐵出入口矩形頂管始發(fā)、接收方案選擇的主要因素為：施工場地情況、管線情況、地鐵運(yùn)營或建設(shè)情況、始發(fā)井或接收井底與通道底面高程差，因此矩形頂管法施工地鐵出入口始發(fā)、接收設(shè)計(jì)方案的確定主要根據(jù)三個方面進(jìn)行考慮：

（1）在滿足地鐵出入口設(shè)置需要的同時考慮降低工程造價，減少征地拆遷、降低管線遷改工程量、減少施工占地是降低工程造價的有效方式之一。棄殼接收不施工接收井，接收端不需進(jìn)行管線遷改、征地拆遷、交通導(dǎo)改等；設(shè)置接收平臺可充分利用站內(nèi)空間及站內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)施，減少結(jié)構(gòu)二次施工；以上方式均可在不影響地鐵運(yùn)營的情況下完成施工。

（2）考慮現(xiàn)場工況及既有條件對始發(fā)、接收方式的影響。地鐵運(yùn)營或在建情況，周邊環(huán)境及管線等情況是地鐵出入口人行通道選擇頂管法始發(fā)接收方式關(guān)鍵因素之一。在設(shè)計(jì)出入口時考慮盡量不影響既有地鐵運(yùn)營、站內(nèi)及道路人員車輛通行、出入口周邊既有建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)安全，及地下管線能否遷改或者在通道影響范圍內(nèi)是否采取保護(hù)措施，周邊場地范圍內(nèi)是否可以滿足始發(fā)井、接收井施工臨時用地要求，以及利用車站主體結(jié)構(gòu)時通道高程與結(jié)構(gòu)底板高度等因素。

（3）施工因素對始發(fā)、接收方式的影響。始發(fā)、接收方式要考慮施工風(fēng)險、施工經(jīng)驗(yàn)等方面的因素。棄殼接收在通道內(nèi)頂管機(jī)棄殼施工、棄殼處二次襯砌、與地鐵主體結(jié)構(gòu)連接施工等工序?qū)ψ鳂I(yè)水平要求較高；始發(fā)平臺、接收平臺等操作過程中需滿足頂管機(jī)及配套設(shè)備施工運(yùn)行過程中全部承載力要求，施工風(fēng)險相對較高；以上均是對施工作業(yè)人員的施工經(jīng)驗(yàn)、對施工風(fēng)險的把控及現(xiàn)場管理水平的考驗(yàn)。

因此，綜合以上三點(diǎn)，矩形頂管施工地鐵出入口始發(fā)、接收方式的確定的原則如下：

（1）通常情況下，宜選用一般始發(fā)接收方式設(shè)計(jì)、施工，這種施工技術(shù)較為成熟，施工風(fēng)險相對較低。

（2）地鐵運(yùn)營中、占地較為狹小、周邊建（構(gòu)）筑物較多且接收端上方管線較多或不進(jìn)行遷改的，宜選用棄殼接收。

（3）在地鐵建設(shè)過程中周邊占地面積更小或成本預(yù)算較低、管線遷改困難的情況下，考慮站內(nèi)接收或疊線施工，始發(fā)井或接收井地面與通道底存在高程差，宜設(shè)置始發(fā)平臺或接收平臺，建議優(yōu)先選用設(shè)置接收平臺。

（4）四種施工方式可單獨(dú)使用，也可結(jié)合使用。

4 結(jié)語

本文通過介紹國內(nèi)目前矩形頂管法施工地鐵出入口的始發(fā)接收方式及其應(yīng)用案例，分析了矩形頂管不同始發(fā)接收方式的設(shè)計(jì)、施工特點(diǎn)。根據(jù)不同案例及特點(diǎn)，總結(jié)了矩形頂管工法不同始發(fā)接收方式的設(shè)計(jì)、施工影響因素及原則，該原則可作為相關(guān)技術(shù)人員設(shè)計(jì)、施工矩形頂管地鐵出入口時的參考，同時可擴(kuò)展到地下快速路、地下商場的出入口聯(lián)通、地下過街通道等不同地下工程設(shè)計(jì)、應(yīng)用領(lǐng)域[9]。