1 概述
近几年，随着国内城市轨道交通的快速发展，轨道交通建设，尤以轨道交通车站(下称“车站”)建设与城市发展之间的矛盾日益突出。目前，上海已投入运营的轨道交通线路多达14条，总里程已达548km。新一轮在建、待建的线路总里程长，车站数量多。在这样大规模建设背景下，受道路交通、地下管线、房屋拆迁等外界环境的影响，全部采用常规的全明挖法来建造轨道交通车站已很难满足设计、施工的要求。
一般1个全线为地下车站的轨道交通工程，征地拆迁费可达工程估算总额的1/3以上。在一些人员密集区，建设空间狭小、规划用地控制不能满足车站建设的需要，从而不得不取消非常必要但又无法设置的站点，只能拉大站间距，影响了轨道交通全线网功能的充分发挥。如何科学、合理地设置车站，并选取适宜的设计、施工方法是目前面临的新挑战。凡此种种，都将促使车站暗挖工法的发展。
在工程地质、水文地质条件合适的地区(可进行无水作业，开挖面有一定的自立性、自稳性)早已成功运用浅埋暗挖法修建了大量的车站，结构类型主要有三拱两柱、双拱单柱、单拱大跨、双洞(三洞)等。但上海地区因软土地层的强度低、地下水位高、有承压含水层、开挖面自立性能差等特点，尚无暗挖法施工车站。因此，必须有针对性地寻求适合软土地层特点的暗挖施工方法。虽然用暗挖法建设车站难度及投资会增大，但该法具有绿色、环保、减少征地拆迁等优点，所产生的环境、社会效益和综合经济效益是巨大的。它能有效解决困难地段车站建设问题，避免或减小对地面交通进行整改和地下管线搬迁的难题，增加车站站位合理选择的可行性。同时，由于新工法、新工艺的应用，如MMST工法、板墙柱顶进工法、分阶段围护法、盾构法等，均为软土地层中暗挖车站设计提供了有力的技术支撑，因此，尽快进行软土地层中暗挖车站针对性、实质性的设计方案研究，可填补软土地层中暗挖车站的空白，具有重大的工程实用意义。
2 软土地层中暗挖工法概览
为适应地下工程的快速发展，世界各国针对各自软土地层的特点进行了多种暗挖工法的探索与实践。
2.1MMST(Multi-Micro)工法
日本2010年建成的高速神奈川—川崎线双层双向大师隧道，建设条件非常苛刻(最小路幅宽29.0m，最小覆土4.8m)，既无法使用常规明挖法工艺，又很难使用大型盾构施工。通过MMST工法，成功构筑了内部最大高度约18m、最大幅宽23m的矩形大断面隧道(见图1)。
MMST工法是通过多台小断面矩形微型盾构，预先掘削主体隧道的外壳部位，逐次形成钢壳、钢筋混凝土复合单体隧道，然后把它们相互连接起来，围合成地下主体结构外层壳体;再于其内暗挖，构筑所需大断面隧道主体结构的方法(见图2)。
图1 隧道断面图
图2 MMST工法施工示意图
该工法与明挖法相比，有如下优点:
1)不需要从地面进行支护结构施工，对隧道上方地面道路车辆通行、地下管线搬迁以及保护等影响大为减少。
2)由于采用较多的小型断面盾构来构筑大断面隧道壳体，因此可适用于覆土厚度比大断面圆形盾构小的区间施工中，形成比单圆大断面隧道更为合理的断面形式，并可缩小工作井的规模。
3)通过调整小断面盾构间连接部分的间距，可灵活布置隧道断面。
4)内部土体采用掘削机械掘削，可减少泥水量或者出土量。
2.2板、墙、柱顶进工法
该法吸取了“管棚法”和“MMST工法”的原理及节点处理技术。水平顶进顶板箱涵，构成顶板初期结构;随后在水平箱涵内垂直向下顶进边墙和中柱的箱涵;再按梁板结构体系完成钢混凝土顶板。顶板和边墙、中柱均为刚性连接。在该结构体系的支护下，开挖内部土体，并施工内部结构。特点是:
1)结构体系受力明确，体系转换简单。
2)所有顶进施工和土体开挖均在完整结构的保护下进行，施工安全可靠。
3)工程质量易于控制，结构可靠性提高。
4)可避免对地面交通的干扰和减少对周边环境的影响。
5)采用小断面顶进施工，地面沉降值较小。
6)施工设备投入较少，具有较好的技术经济性。
7)适合结构长度不大于300m、结构埋深不超过30m的多层多跨地下工程施工。
该暗挖法曾用于北京轨道交通某岛式双层双跨车站。车站长180m、宽20m，设有4个出入口、2个通风道(见图3)。地层分布由地面向下依次为杂填土、粉质黏土、中细砂、砂卵石。地下水位大致位于轨顶以上1～2m，无承压水。施工步骤见表1。
2.3分阶段围护法
比利时安特卫普地区地下水位较高，为维持路面正常交通的需要，施工中将区间隧道围护墙体分成两阶段实施(见图4)。
图3 北京轨道交通某车站示意图(m)
表1 板墙柱工法工序示意图例表
图4 安特卫普地铁(m)
1)一阶段。降低地下水位，使用堑壕法(在没有地下水的土层中，用普通开挖沟槽的方法，挖掘侧墙墙体沟槽，随挖随撑)建造侧墙1。
2)二阶段。施工地下墙2，然后再按以下步骤构筑内部结构:
(1)施工工作坑道3;
(2)用平行顶管(管间压注水泥砂浆)施筑管棚式顶板4;
(3)进行内部土体开挖、施作内部结构。
2.4盾构法
2.4.1单圆及多圆盾构修建岛式车站站台层
单圆及多圆盾构修建岛式车站站台层工程实例很多，见表2。
2.4.2站台与车站站厅的连接布置
巴塞罗那地铁L9线中约有30个车站采用圆形工作井，分设上下2个站厅层，上层站厅与地面连通，底层站厅与站台连通。两个站厅之间由大运量、高速电梯联系(见图5)。
3 软土地区暗挖车站设计方法与要点
上海属软土地区，轨道交通多为地下车站，有的全线均为地下站(如14号线)。为吸收更多客流，站位又常采用跨路布置。地下车站建筑形式有多层岛式、多层侧式及岛+侧式。车站规模根据车站性质、功能要求而有所不同，长度在200～600m、宽度在20～25m不等。以一座标准的地下二层跨路岛式车站为例，通常的施工方案为横向道路封交(或翻交)，再分段明挖+半幅(盖挖)顺作法。该法对区域交通影响较大，环境保护和交通组织要求高，施工风险、动拆迁、维稳难度大。考虑到在软土地层中绝大部分轨道交通区间隧道均采用盾构法施工(内径为5.5m或5.8m)，而在道路隧道工程建设中区实现了超大直径盾构隧道(内径为13.7m)的突破，并在设计、施工、环境影响控制方面积累了丰富的经验，所以先重点探讨用大直径盾构法暗挖车站的设计方法与要点。
3.1采用暗挖车站施工的前提条件
当车站明挖施工受到工程条件限制，不得不改为暗挖施工时，应考虑如下前提条件:
1)车站站位、布局与城市总体规划一致，满足环保、景观要求;车站布置紧凑，尽量压缩暗挖段规模，节省工程造价。
2)满足车站功能要求，确保适用性、安全性、舒适性。
3)结构安全、防水可靠。
4)施工方案可行，风险可控。
5)遵循《城市轨道交通设计规范》(DGJ08－109－2004)严格控制车站建筑中主要技术指标:
(1)岛式站台最小宽度8m;
(2)侧式站台宽度2.5m;
(3)站厅、站台公共区最小高度3m;
(4)单/双向公共区人行楼梯最小宽度1.8m/2.4m;
(5)站台计算长度内任一点距最近梯口或通道口距离不得大于50m。
表2 盾构法修建车站站台层示意图例表
图5 车站、隧道布置示意图
3.2明挖、暗挖结合的车站设计方案车站两端设明挖站厅、站台层，中间段(长度≤100m)仅设暗挖站台。该方案可用于骑跨十字路口的车站，避免明挖施工对垂直相交主干路的重大干扰。
3.2.1车站布置
车站中段改用双管大直径盾构隧道、一次构筑区间与侧式站台层。暗挖段长度≤100m，确保楼梯纵向间距不大于100m(见图6)。
图6 车站布置示意图
3.2.2暗挖站台段结构构造
1)采用内径8.4m、外径9.3m的双线盾构隧道，或已有成功经验的类椭圆顶管(矩形顶管)隧道，分别构筑双线区间隧道与侧式站台(见图7、图8)。
图7 双线盾构隧道
2)采用内径13.3m、外径14.5m的单圆双线隧道，一次构筑双线区间隧道与各自的侧式站台(见图9)。
3.3全暗挖双层车站设计
车站两端设端头井(或利用相邻两车站端头井)，供区间盾构、车站盾构进出洞及必要的设施和设备布置之需。其间以特大盾构一次构筑双层站台、站厅层区间(或一站两区间)。
图8 双线顶管隧道
图9 单圆双线隧道
图10 全暗挖双层岛式车站横剖面图
1)采用直径17.5m单圆盾构隧道，构筑站厅层在上、站台层在下的岛式车站(见图10)。
2)以直径15.0m单圆盾构隧道，构筑站厅层在上、站台层在下的分段错位侧式车站(见
图11)。
3.4站厅、站台分离式的车站设计
当工程建设条件许可，在车站线路侧边另建站厅(地面或地下明挖)时，可充分运用上海地区已有的采用类矿山法、矩形顶管、管幕法建连接通道的成功经验，进行分离式车站设计。例如采用内径为13.7m的盾构隧道一次构筑上下叠置的区间隧道及站台层，然后以两个连接通道连接站台与站厅，分别解决乘行人员的上下集散(见图12)。
站厅设计亦可参照巴塞罗那地铁L9线的方案，在地面站厅层内设圆形或矩形工作井与站台层相接，人员上下集散由大运量高速电梯来完成。
图11 全暗挖侧式车站(站台纵向错位布置)
图12 站厅、站台分离式的车站设计
4 结语
适用于上海软土地区暗挖车站的设计与运用，能有效解决城市困难地段车站的修建问题，避免大规模拆迁、地面交通导改和地下管线的改移，减少对周围环境的影响。增加车站站位合理选择的可行性，是上海新一轮轨道交通建设中必然会碰到的新挑战。一个符合工程建设条件、契合线路总体设计方案、满足功能要求的暗挖车站设计方案，研究内容众多。除可行的、适合的暗挖车站实施方案(含盾构法以外的方案)外，还要考虑车站建筑、结构的合理布置，消防疏散路径的顺畅，满足抗震、结构防水要求，通风系统设计及效率等。所以有必要结合新一轮轨道交通线路的总体设计，极早选择恰当的试点工程(或大比例模型试验)，开展有针对性的关键技术研究。如暗挖工艺选择，地面变形及环境影响研究，建筑、结构、防水、通风、疏散等综合设计，施工组织设计等。同时深入、细致地进行设计计算，结合施工监测(或试验测试)资料分析、研究，积累经验，为软土地层中暗挖车站设计、施工开拓一条行之有效、综合效益良好的途径。
摘自：地下工程与隧道