地下空间(地铁站)构筑理论及施工技术的跨越

摘要： 针对当前城市地下空间（地铁站）开发遇到的投资大，工期长，工效低等顽症，笔者提出了地下空间封闭式开发的新理念，建构了地铁站新的结构体系、工艺技术以及配套的施工方法，力争使地下空间开发走向机械化，工业化，自动化道路。

Abstract： Aiming at the chronic problems in the development of urban underground space （subway station）， such as， large investment， long construction period， low work efficiency， and so on， the author proposes a new idea of closed underground space development， constructs new structural system， technology and supporting construction methods of subway station， and strives to make the underground space development toward mechanization， industrialization and automation.

关键词： 地铁站；地下空间；连续墙；桩

Key words： subway station；underground space；continuous wall；pile

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）14-0134-02

0 引言

地铁技术自1843年发明以来，已经历了一百多年的工程实践和探索，目前地铁站间隧道技术无论硬岩和软岩均已达到较为理想的机械化、工业化和自动化水平，其掘进速度也是惊人的，处于技术成熟的状态。然而，目前地铁站的施工技术除个别发达国家采用三园盾构施工外，均还处于半机械化与机械化相结合的状态，施工效率低，工期长，费用高。本文结合目前的施工工艺研究开发了《多功能地铁换乘站综合体构筑方法》，并获得发明专利，专利号：200810230796.4。

1 地铁站施工技术现状

1.1 降水、放坡开挖 目前大多数地铁站施工均采用此法。这种方法的缺点是现场用地面积大，浪费水资源，受气象条件干扰大。

1.2 支撑钢管作基坑临时支撑，维持土体应力平衡，进行地铁站顺筑施工。这种方法的缺点是：①需不停抽水维持基坑作业条件，浪费大量水资源，造成地铁站附近地下水位下降，永久性造成地面下沉，给城市持续发展带来负面影响。②钢管支撑安装和拆除工作量大，分割基坑空间，不利于机械化作业。③大型机械无法进场作业，工效低。④不安全因素多，需要持续、严密的监控措施。

1.3 盖挖顺筑法 此法除地铁站顶板现浇，形成永久顶层支护层外，其内部与钢管支撑类同。这种方法的缺点是与钢管支撑法相比除受气象条件干扰较少外，其他类同。

1.4 盖挖逆筑法 地铁站顶板现场现浇，内部结构主体构件自上而下逐层分部构筑，完成地铁站主体施工。其主要优点是去掉钢管支撑，结构本身维持地应力平衡。不足之处是施工期间仍需不停抽水维持作业条件。由于地铁站原结构体系影响，大型机械仍无法进场作业，工效低、进度慢、工期长。

1.5 浅埋暗挖法 通过对地铁站地基的改良加固，使其具有大洞室的开挖施工条件，地铁站施工在原地面下进行作业，此法是我国工人的创造。

以上地铁站构筑的几种传统方法给地铁站施工带来极为沉重的负担，其主要标志是投资大、工期长、工效低，严重制约地铁事业的发展。

2 新理论的探索、确立及其要点

2.1 新理论的探索 目前，地铁站施工的诸多方法中，绝大多数属于地下空间开放式方法，在地基与封闭构筑物之间均存在物质交换，是造成地面永久性沉降、水资源浪费、工效低、投资大、工期长的根本原因。结合地铁站的构筑原理和国内外地铁站构筑先进技术成果，综合运用地下空间开发技术，水利工程施工技术，桥梁工程技术，地基处理技术，工业与民用建筑技术解决了地铁站构筑过程中多层次一系列技术难题，形成了《地铁站构筑方法》的独特技术和地下空间封闭式开发的新理念。其核心技术为在地下空间开挖体结合界面处（相应地层处）通过采取填充、压密、劈裂灌浆等方法，人为构筑地基内封闭隔水层，有效制止土体及封闭构筑物界面处的物质交换，为地铁站施工过程中保持地基稳定奠定了可靠的施工基础条件。

2.2 地下空间封闭式开发理念的技术要点 ①着重解决地下工程结构的应力平衡，以保障地下工程地基稳定和施工安全。②针对性解决地下工程施工中局部土体的水土分离问题，为机械化快速施工创造条件。③着重解决地下空间封闭式开发的作业空间条件问题，对传统地铁站结构体系进行优化。④按地下空间封闭式开发的要求对地铁站结构体系的工序进行拆解和调整，以保证地铁站工程安全、快速的推进。

3 新理论条件下构筑的多功能地铁换乘站综合体

3.1 综合体的构成及概况如图1。综合体为地下、地上圆形构筑物，地下三层，24m深，地上二层，16m高。直径约？准160m。总面积约160768m2（其中，车库、仓库面积：60228m2，为结构内部空间）。

3.2 综合体结构体系，见图2。

4 综合体主要构筑工序及方法

多功能地铁换乘站综合体是一个庞大的系统工程，涉及到多种技术，现仅就土建工程施工领域主要的工序简述如下（注：{1}～{16}为逆作法施工，以后为常规施工）：

{1}多功能地铁换乘站高压水泥灌浆防渗体（地铁站地基内隔水层）。{2}地铁换乘站钢筋砼连续墙（地铁站围护及承重构件）。{3}地铁换乘站连续墙顶部刚性压力环及环板（由钢管砼及型钢砼构成）。{4}地铁换乘站地下灌注桩群（含抗拔桩）。{5}地铁换乘站内土体中水分“疏干”（按需分阶段疏干）。{6}井格式双向预应力钢纤维型钢砼地铁换乘站顶板（±0.00，现场现浇）。{7}地铁换乘站地下负一层土方开挖（通过采光井机械出土）、负一层连续墙纵横加强肋施工、负一层桩间联系梁施工、负一层相应楼层钢桁架施工。{8}地铁换乘站负二层土方开挖、负二层连续墙纵横肋施工、负二层灌注桩群柱间联系梁施工、负二层相应楼层钢桁架施工。{9}地铁换乘站空中站台地铁隧道施工。{10}空中站台桥梁钢构施工（五跨连续钢构）。{11}地铁换乘站负三层土方开挖、负三层连续墙纵横肋施工、负三层灌注桩群柱间联系梁施工、负三层相应楼层钢桁架施工。{12}地铁换乘站底层站台盾构隧道施工。{13}地铁换乘站底层站台桥梁钢构施工（五跨连续钢构）。{14}底层站台下相应部位土方开挖。{15}连续墙底部扶壁环形地梁型钢砼施工。{16}综合体底部倒拱底板型钢砼施工（至此工序为自上而下施工方向）。{17}综合体中央采光井施工（自此工序由下而上施工方向）。{18}综合体型钢砼电梯井施工。{19}综合体负三层楼面施工。{20}综合体底层站台施工。{21}综合体负二层楼面施工。{22}综合体空中站台施工。{23}综合体地上一层施工。{24}综合体地上二层施工。{25}综合体抗震体系。{26}综合体三维预应力体系。{27}综合体各类管线及设备安装调试。

5 保证综合体地基和结构稳定的技术措施

本发明根据综合体的各项功能要求及工程结构的受力特点，构思创造了综合体的结构体系、工艺技术。为增大综合体围护及承重结构地下型钢砼连续墙的刚度和整体结构稳定性，具体采取了以下技术措施：

5.1 在连续墙顶端设置型钢砼压力环及环板，与连续墙顶端固接。

5.2 距连续墙5m，间距10～20m设型钢砼灌注桩群，与连续墙纵、横加强肋连为一体，形成厚5m的框架剪力圈层。

5.3 土方开挖前于地面按设计构筑井格式预应力钢纤维砼地面（±0.00）楼层，与连续墙刚性连为一体。

5.4 为确保综合体地基稳定，在地基内设置型钢砼支撑墙，抗拔桩。

5.5 根据地质情况，在综合体连续墙外土中设置钢筋砼减载桩。

通过以上技术措施，为综合体工程安全提供保证。

6 多功能地铁换乘站综合体无与伦比的优势

6.1 把位于两个以上方向的地铁线路换乘站集中建于地下，大大缩小了地面换乘站的规模，不仅节约投资，而且大幅度节约土地和地下空间资源。

6.2 把地下、地上工程有机结合起来，实现地铁站功能多元化，大幅度减轻地铁工程资金压力，而且收到节约土地和促进房地产事业的发展。

6.3 地基中“隔水层”的设置，使地铁站内土体可以“疏干”，进而实现水土分离，为地下站内机械化、工业化、自动化高效、快速施工提供作业平台，从而达到大幅缩短工期的目标。

6.4 采用盖挖逆筑法建设地铁站，自上而下逐层分部施工，既适应岩土工程环境，保证施工安全，又使各层结构在站内“地面”上作业，减少空中作业，提高工效，保证质量。

6.5 利用综合体空间钢桁架的内部空间设置车库和仓库，充分利用地下空间资源，增加可用建筑面积60288m2。

6.6 变传统法地铁站施工不停顿抽取地下水为间断“疏干”站内局部地基内水分，既可有效制止站周地面永久下沉，还可以节约水资源。

6.7 改善作业环境和条件，把工人从传统法繁重而条件恶劣的劳动中解放出来，减轻劳动强度，体现人本主义理念。

6.8 综合体作为现代城市轨道交通的重要节点，将有力加大现代城市的辐射力，促进城乡一体化和谐发展。

6.9 经测算，该专利技术实施后，同等规模工程可节约投资1/4，工期可缩短1/3。无疑是地铁工程效益的大跨越。

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