飽和軟土敏感環(huán)境地鐵車站的盾構法施工技術分析

程曉永

中鐵一局集團城市軌道交通工程有限公司 江蘇 無錫 214000

引言

地鐵車站施工技術水平以及安全性要求相對較高，強調需要按照施工環(huán)境各項情況制定出有效施工策略，以便達到理想化地鐵運營模式。飽和軟土敏感環(huán)境是較為特殊的施工環(huán)境，需要通過合理處理，保證盾構法以及其他施工技術的應用質量，從而高質量完成地鐵車站施工任務的目標。盾構法施工技術是較為常見的軌道交通地下車站施工技術，可以有效降低對于城市敏感環(huán)境的擾動，保證工程施工安全性，具有較高的研究以及應用價值。

1 盾構施工技術應用現(xiàn)狀

在進行地鐵的建設過程中，會進行地鐵隧道以及地鐵車站的建設，較為常見的施工方式主要有盾構法、暗挖法以及其他技術。各種施工技術的應用優(yōu)缺點以及適用條件并不相同，需要按照隧道在土體中的深埋情況以及結構形式等各項內容，通過綜合分析之后確定技術的具體應用以及施工方式。盾構施工技術在1818年提出，并且在經過大量實驗研究之后，獲得了相應實踐結果[1]。經過多年發(fā)展，技術應用變得更加成熟，并且在20世紀50年代開始在我國得到應用[2]。

在具體使用盾構施工技術時，會通過對盾構機的應用展開機械化作業(yè)。整體施工的機械化程度相對較高，地層的適應能力相對較強，具有不會受到不良天氣影響以及不會影響地面交通等方面優(yōu)勢，成為現(xiàn)代地鐵工程建設重要施工技術。

2 盾構施工原理

在進行盾構施工過程中，通過對盾構機的應用在地層中進行挖掘操作。在施工之前，需要通過盾構始發(fā)井將相應的零部件吊入到指定位置，并在規(guī)定地點進行盾構機組裝。會在盾構機外殼體保護之下，運用刀盤對土體進行挖掘施工，會配合其他設備將挖掘出的土體運送到洞外指定地點。會通過對盾構千斤頂?shù)膽?，頂住上一環(huán)拼裝管片。利用千斤頂以及液壓系統(tǒng)推力，對土體阻力進行克服。盾構機向前推進過程中，注漿系統(tǒng)會對預制的管片襯砌以及其他部分空隙進行注漿填充處理，會在盾構機向前掘進，達到下一環(huán)盾構管片襯砌寬度之后，縮回千斤頂油缸[3]。會應用盾構機外殼展開預制混凝土管片襯砌的拼裝處理，且會在完成管片拼裝之后繼續(xù)進行土體挖掘，會根據(jù)地層條件以及設備要求等內容，對注漿量以及刀盤扭矩等施工參數(shù)進行調整，直至整體工程挖掘施工全部結束為止。完成施工主體挖掘施工之后，會對盾構機進行分解拆除處理，通過回收的方式以便后續(xù)繼續(xù)進行應用。

3 盾構施工技術在飽和軟土敏感環(huán)境中的應用方式

3.1 工程所在環(huán)境基本情況介紹

為對盾構機施工技術的具體應用方式方法展開說明，在此將以某地的地鐵車站工程建設為例，對技術在飽和軟土敏感環(huán)境中的應用展開闡述。

工程所在環(huán)境為長江中下游沖積平原地區(qū)，地表以下存在諸多深厚軟土層，部分區(qū)域的地基承載能力在50kPa以下，屬于極軟土范疇。該地質環(huán)境對車站的盾構施工技術應用產生了極大干擾，如果處理不當會對后續(xù)的工程建設以及使用產生不良影響，所以需要做好謹慎處理。同時，因為城市的整體發(fā)展以及大規(guī)模建設，軌道交通的整體建設周邊制約影響也較為嚴苛，存在無法進行明挖的區(qū)域，建筑分布以及周邊管線分布相對較為復雜，會直接增加車站盾構施工技術的應用難度。

3.2 盾構施工技術的應用關鍵要點

工程所在區(qū)域屬于富水及軟弱地層，使用盾構施工技術存在一定難度，在車站的結構布局以及施工安全設置等方面都需要進行科學的規(guī)劃。工程施工關鍵點，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.2.1 車站斷面建筑布局形式。對車站對面建筑結構布局進行優(yōu)化，滿足車站的基本功能以及客流量方面需求。需要對盾構機的外徑進行分析，以此數(shù)據(jù)為基礎展開車站斷面以及車站站臺寬度等數(shù)據(jù)的設置[4]。因為圓形斷面的整體利用率相對較小，所以需要通過對斷面設計進行有效優(yōu)化的方式，保證站廳層和上下行客流之間的連通質量，做好車站設施布局以及其他內容的綜合考量。

3.2.2 車站消防要求。因為地鐵站的客流量相對較大，所以出于安全考慮，需要做好車站的消防處理，需要解決車站規(guī)模和車站消防要求矛盾問題。由于國內的地下工程存在消防疏散規(guī)范要求，需要設置樓扶梯，因此盾構的暗挖段長度存在著一定限制。在規(guī)范對于暗挖車站規(guī)模的影響之下，需要通過對設計進行創(chuàng)新和優(yōu)化的方式，保證車站能夠真正地對盾構施工技術展開應用，確保技術應用價值能夠得到充分性發(fā)揮。

3.2.3 車站耐久性與防水處理。為保證站臺間的聯(lián)通質量，需要做好防火疏散以及車站規(guī)模擴大等一系列處理，需要在完成成型盾構隧道建設之后，展開管片襯砌結構通道連接與破除處理。需要做好新型柔性車站的列車運行荷載與環(huán)境變形沉降穩(wěn)定處理等內容設計，做好新舊結構搭接以及裂縫等防水問題處理，保證車站的防水處理效果以及使用耐久性。

3.2.4 施工安全控制與周邊環(huán)境保護。需要按照建筑結構的整體設計方案，對單圓大斷面或以及其他斷面方式進行選擇和分析，通過制定匹配性較強的大斷面盾構施工方案，配合周邊環(huán)境保護規(guī)劃，保證整體工程施工不會對周邊環(huán)境造成較大破壞[5]。同時，需要對既有襯砌結構進行破除處理，設置配套安全管理機制，保證工程施工的安全程度。

3.3 盾構施工工藝具體應用方案

為保證在飽和軟土敏感環(huán)境中車站工程能夠高質量地完成，需要結合地區(qū)環(huán)境特征以及技術應用水平等各項內容，按照車站的客流量需求以及其他方面要求，對單圓大盾構左右布置斷面以及其他斷面形式展開應用。

3.3.1 單圓大盾構左右布置斷面施工。如果采用此種車站斷面模式，需要將站臺以及站廳放置在同一盾構斷面之中，存在著圓形斷面利用率較小的狀況。在進行站臺設計時，需要將隧道斷面直徑控制在17.6m，寬度10m。因為此種斷面的應用案例相對減少，所以在建設與使用方面，可能會存在著與大客流量適應性相對較弱的狀況。同時，因為受到大斷面隧道最小覆土限制問題，所以車站埋置深度需要保持在10m以上[6]。此種結構對于周邊環(huán)境保護以及施工操控有著較高的要求，存在建設成本較高以及客流疏散不理想等方面的狀況。

3.3.2 兩單圓左右布置的斷面施工。此種斷面形式布局會在每條隧道中分別設置軌行區(qū)以及側式站臺，會進行橫向連通的方式，保證兩條隧道的連接質量。和單圓大盾構左右布置斷面形式有所不同，此種結構隧道直徑為9.1m，能夠實現(xiàn)對盾構設備問題的有效處理，可以有效突破埋深方面的限制問題。但因為斷面的設置只會設置一層站臺層，所以需要對站廳以及站臺層的連接問題進行充分考量，需要通過進行消防疏散以及其他問題專題的深入性研究，對整體的結構設置，方式方法以及盾構施工方式方法展開研究，以防對車站規(guī)模以及盾構段長度造成不良影響?？梢园凑站唧w的客流量情況，對隧道的斷面形式進行選擇，保證斷面尺寸的設計合理性，確保站臺布置形式能夠達到理想狀態(tài)。

不同的斷面尺寸優(yōu)勢以及缺點并不相同，內徑為6.76m的斷面所對應的站臺寬度在2.5m左右，與車站整體的客流量需求并不相符，存在著整體施工與實際狀況不符的情況，不宜采用此種尺寸施工模式[7]。而內徑為8m的斷面布置形式，在國外已經進行了應用，通過對國外運營狀況以及建設情況的分析發(fā)現(xiàn)，此種斷面的施工成本相對較高，需要定制專門的盾構設備。需要結合消防以及地質等各方面因素，對暗挖段的具體程度進行設置。如果內徑的尺寸設置為10m，需要設置臨時避難區(qū)域，保證站臺的寬度能夠滿足客流量的需求，但因為隧道施工會占用較大范圍，所以需要按照市區(qū)的街道具體情況確定此方案是否可行。

3.3.3 三圓斷面施工。此種斷面形式的應用，能夠滿足大客流量運行要求，整個結構采用島式站臺布局模式，站臺寬度設置為13m。在進行斷面尺寸設置時，將整個尺寸設置為22.4m×8.5m。與其他結構相比，三圓盾構斷面結構的應用，可以有效提高斷面利用率，但結構應用同時也存在著施工占用寬度過大的問題，需要通過重新定制盾構裝備的方式，保證結構能夠順利使用。因為目前此種結構模式的應用經驗相對較少，在斷面設置方面也多以站臺層為主，所以整個施工還需要不停進行研究，需要通過實踐積累獲得有效施工經驗[8]。

3.3.4 矩形斷面。類矩形斷面車站的整體結構設置與布局，和單圓盾構結構較為相似，整體的空間利用率相對較高，能夠按照施工需求，運用類矩形盾構機展開施工操作。但此種結構同時也存在結構受力性能不理想的問題，可能會在車站周邊出現(xiàn)不對稱加卸載問題時，在偏心荷載的作用之下，對結構產生不良干擾，長時間耐久性保持與治理方面存在著較大難度，與圓形隧道相比，應用優(yōu)勢并不突出。

如果工程項目施工區(qū)域存在高靈敏性軟土地層，在進行施工過程中需要做好復雜地下結構的受力計算工作以及耐久性的保障處理工作，需要通過對施工輕微擾動控制技術的合理使用，確保整體的建筑方案實施質量，實現(xiàn)動態(tài)化的控制模式，保證能夠在精細化計算理論的支持之下，高質量地完成各部分的施工任務。因為施工能力以及結構設計會對建筑方案的使用產生一定影響，所以需要再進行富水軟土地層處理過程中，做好長距離按挖通道以及切開口設計的內容設置，保證整體的施工以及設計能夠達到理想狀態(tài)，從而高質量完成工程施工任務。

3.3.5 斷面形式選擇方式。為保證盾構施工技術能夠達到最優(yōu)化的應用水平，需要對具體的施工斷面形式進行科學選擇。在進行斷面選擇過程中，需要對施工設備、線路走行關系以及車站客流等各項內容展開分析。根據(jù)地質環(huán)境的綜合情況，可以兩單圓斷面以及單圓大盾構斷面出發(fā)，對結構設計以及消防安全等各項內容展開設置，獲得最優(yōu)化的施工方案[9]。因為考慮到車站的規(guī)模會受到消防疏散距離的直接限制，所以車站設計方案需要對消防專題進行深入性研究，需要對站廳和站臺層之間聯(lián)通方式進行謹慎選擇。在采用兩單圓左右布置斷面形式時，需要對站臺之間的連通進行更加深入的分析，確保按凹長度以及消防規(guī)范都能夠得到同時滿足。

4 結束語

在軟土地區(qū)進行地鐵車站施工過程中，需要提前對地質情況以及周邊管線分布等各方面數(shù)據(jù)展開調查和分析，在獲得精準數(shù)據(jù)信息的基礎上，結合盾構施工技術的應用原理以及應用適用條件等各項內容，制定出應用質量較高的盾構施工技術運用方案，保證整體方案的推廣質量以及施工效果。應科學展開用單圓大盾構左右布置斷面以及兩單圓左右布置斷面等斷面形式的篩選與應用，做好盾構施工要點與施工控制策略設置，以便達到最優(yōu)化盾構技術應用效果。