浅埋暗挖地铁车站施工技术分析

2024 年底，中国内地（不包含港澳台地区）已有 58 座城市（均为地级市及以上级别）开通了城市轨道交通，总计运营线路达到 361 条，运营里程达到了 12160.77 公里。地铁车站作为地铁系统的重要节点，其施工质量与效率直接影响线路的整体建设进度和运营安全。随着城市化进程加快，地铁车站建设逐渐向地质条件复杂、周边环境敏感的区域延伸，浅埋暗挖法因对地面交通和周边建筑影响较小，在地铁车站施工中应用广泛。然而，该工法存在周边环境影响控制、结构受力稳定保障以及施工空间与工序协调等难题。因此，要科学分析浅埋暗挖地铁车站的相关施工技术，这样才能有效提高地铁车站施工的安全性、经济性和高效性。

一、浅埋暗挖地铁车站施工难点

（一）周边环境影响控制难

由于地铁规划需最大限度覆盖人口密集区和交通枢纽，基本上地铁车站都处于城市繁华地段。这些区域周边往往分布着密集的老旧建筑群、繁忙的交通主干道、复杂的地下管线网络，且对地表沉降、振动、噪音等环境因素的控制要求极高。施工过程中，因浅埋暗挖法需在地下进行开挖与支护作业，地层应力会发生显著重分布，若开挖步距过大、支护不及时或注浆加固效果不佳，极易引发掌子面前方土体坍塌或地层沉降。一旦沉降量超过预警值，就容易导致路面开裂、塌陷，老旧建筑物墙体开裂、结构变形，或者是地下管线破裂问题，对施工进度和城市正常运转造成严重影响。

（二）结构受力与稳定保障难

地铁车站施工前需要做好详细的地质勘察和结构受力模拟工作，设计浅埋暗挖的支护体系与开挖工法时，必须充分考虑复杂地质条件的影响。这类车站所处地层多为第四纪松散土层或风化岩层，地质条件较差，围岩自稳能力较弱，往往需要依赖支护结构承担大部分荷载。加之车站多为多跨多层的大断面结构，结构形式复杂，开挖过程中会打破原有的地层应力平衡，引发围岩应力的多次重分布。如果开挖顺序不合理，或初期支护强度不足、刚度不够，极易导致拱顶下沉、边墙内鼓等变形问题，严重时会造成支护结构开裂、失稳，甚至引发塌方事故。

（三）施工空间与工序协调难

一般情况下地铁车站的出入口通道、风井及联络通道等为暗挖施工的主要范围，这类附属设施或结构往往呈狭长形分布，且受周边环境限制，断面尺寸设计紧凑，具有空间封闭、通道狭窄、转弯半径小等特点。暗挖作业的空间狭小，各工序需在有限空间内交叉进行、依次推进。同时，狭小空间内的通风、照明、排水等辅助作业条件受限，进一步增加了工序组织的难度。这对施工方案的精细化设计、各班组的协同配合及现场调度能力要求极高，如果协调不当，可能会因交叉作业而引发安全隐患，影响施工质量与作业安全。

二、工程概况

本工程为地下三层双柱三跨岛式车站，车站规模 299m （长） ×25.1m （宽），基坑开挖深度为30.27～33.517m 共A、B、C、D 四个出入库，A 出入口暗挖段长度 49.95m ，B 出入口暗挖段长度28.7m ，D 出入口暗挖段长度 37.15m ，均由附属向车站主体方向开挖。项目范围内表层为第四系地层，下伏基岩为加里东期花岗岩。围岩等级为Ⅳ级，其中 A 出入口通道从上到下依次为素填土、砂质黏性土、全风化花岗岩；B 口从上到下依次为素填土、粉质粘土、砂质黏性土；D 口从上到下依次为素填土、中粗砂、砂质黏性土。综合分析与评估后发现，现场施工环境较为恶劣，存在断面宽大、地质条件不佳的特点，且洞口部位有明显的偏压问题，后续施工中面临的变形沉降风险会更高。

（一）施工步序

先设置超前管棚支护体系，并施作洞口截排水系统，防止地表水渗入作业面影响施工安全。在完成洞口加固后，架设好车站的主洞左侧钢架，随后沿隧道轴线方向向前推进开挖作业，按照台阶法分段分层开挖左侧土体，上层开挖高度控制在 3.5m 左右，下层开挖高度根据实际断面调整，并根据高度的变化采取不同长度的锁脚锚杆进行固定。沿隧道的主体初期支护施作喷射混凝土，厚度达到设计要求的 25cm 后，再进行锚杆和钢筋网的铺设，增强支护结构的整体性。然后在主洞隧道的拱腰1.8 米左右位置，开挖右侧的导坑上部土体，同步架设该区域的格栅钢架，与左侧主洞钢架通过连接筋固定形成整体受力结构。为保证车站开挖过程中的土体稳定，要设置临时中隔壁和临时仰拱，同时链接各段钢架的纵向连接筋，使支护体系形成闭合环。待周边位移和拱顶下沉等监测数值稳定且累计沉降量控制在 20mm 以内后，要破除车站主洞纵向方向一段的右侧导坑上部的临时支护，按照同样的台阶法开挖右侧导坑下部土体，随挖随支，及时施作喷射混凝土和锚杆。并在必要时进行回填注浆作业，填充支护结构与围岩之间的空隙，减少后期变形。完成右侧导坑开挖支护后，逐步拆除临时中隔壁和临时仰拱，分段施作防水层和二次衬砌，最终形成车站主体结构。

（二）临时支撑与衬砌设计

从前文的分析可以了解到，本次隧道段开挖使用双侧壁导坑法更为合适，该方法能有效控制大断面隧道的开挖变形。项目选择双侧壁施工时，在拆除临时支撑前需要先进行拱脚部分的二衬施工，然后进行顶部格栅钢架的架设，并继续拆除上部临时中隔壁，同时增加纵向连接筋的支撑密度。待拱腰部位初期支护施工完毕后，要逐步拆除对应区域的临时仰拱，同步施作该段二次衬砌。在实际施工时，需要结合现场情况，分析具体的三个难点：一是大断面隧道临时支撑体系的受力平衡难，二是多导洞交叉施工时的衬砌衔接精度控制难，三是复杂地质条件下临时支撑拆除与衬砌浇筑的时序协调难。根据设计要求，双侧壁共开设 6 个导洞，工作面分散且施工工序交叉频繁，现场的材料运输与设备调度难度较大。因此采取分区分段流水作业模式，搭配智能化监测系统实时反馈结构变形数据。中途发现部分导洞拱顶沉降速率超过预警值，将原设计的临时支撑间距从 1.5m 调整为1.2m，并加设临时竖撑与横撑，适当增大支撑钢材的型号，有效控制了结构变形。临时支撑采用I22工字钢与 C25 喷射混凝土组合结构，纵向每榀钢架间通过Φ22 连接筋焊接固定，形成整体受力体系。二次衬砌设计为 C35 防水钢筋混凝土，厚度根据不同部位受力需求分为边墙 30cm 、拱部 40cm ，施工时采用模板台车整体浇筑。

三、施工技术分析

（一）预加固超前支护

预加固超前支护技术是浅埋暗挖地铁车站施工中，在隧道开挖前对掌子面前方及周边地层进行预先加固和支护的技术手段，常见的方法有管棚法、深孔注浆、超前锚杆等。本次施工由于偏压结构明显，地层受力不均衡易引发支护结构偏斜，且 10m 以后的隧道段还出现了轻微渗水现象，因此在采用管棚+小导管联合预加固的基础上，同步采用超前降水方式，在隧道两侧设置降水井，利用深井泵抽排地下水，截住工程周边渗水，将地下水位降至开挖面以下 1.5m ，有效防止掌子面土壤因渗水发生过度流失或管涌。要结合用水量大小、含水层性质等，科学设计降水井位置、大小，

其中，k 代表施工速度；a 代表降水长度；b 代表降水宽度；R 代表降水影响半径；S 为最大水位降深；H 为潜水 含水层厚度。降水井施工时，前面 1.4 至 4 米的范围需人工开挖，在确认该区域无地下管线后，方可转为机械作业。护筒外侧采用黏土严密封堵，防止后续出现渗水及孔壁坍塌的情况。

（二）双侧壁导坑开挖

1.上部开挖及初期支护

测导洞采用台阶开挖方式施工，台阶长度控制在 2～3m 为佳，使用临时钢架支撑以分散地层压力，同时需要同步施作锁脚锚杆与纵向连接筋。二次衬砌采用模板台车进行浇筑，遵循分段浇筑、分层振捣的步骤进行施工，本次隧道段位移的变形量较小，因此采用先开挖上部导坑、后支护封闭的施工方案。上部开挖时用小导管注浆来加固地层，选用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力控制在 0.3～0.5MPa ，待浆液凝固使土体强度达标后，使用人工手持风镐进行分层开挖，每次开挖进尺不超过 1m 开挖完成后立即架设 I20a 工字钢临时钢架，间距 每 0.6m 一榀，随后铺设Φ8 钢筋网，并喷射C25 早强混凝土，厚度达15cm 形成初期支护。导坑两侧壁需预留注浆孔，每榀钢架对应设置4 个，用于后期补充注浆填充空隙。上部导坑开挖至5m 后，及时施工临时仰拱，采用同型号钢架与喷射混凝土封闭，防止掌子面前方土体坍塌。施工过程中需实时监测拱顶沉降与周边位移，当变形速率超过 2mm/d 时，立即停止开挖并加密支护。

2.超前小导管作业

进行超前小导管作业必须要提前完成地层勘察与注浆参数设计，预先加固掌子面前方土体防治开挖时出现坍塌或涌水，再用风动凿岩机将导管顶入地层形成超前支护体系（小导管施作见图1）。本次施工选用普通钢材质导管，直径为42mm，顶部经锻压打磨后呈现出圆锥形尖头，便于穿透土体，尾部焊接6mm 厚的环形钢板作为止浆塞。提前按照设计方案对拱部的轮廓线进行了精准放样，明确导管布设的角度与位置，要从钢架的腹部空间开始装设导管，其长度大约为 3.5m ，并提前按照1：1 的坡度对导管外插角进行调整。尾部采用麻丝缠绕后与钢架焊接固定，防止注浆时出现漏浆现象。具体施工时，先在掌子面按放样位置钻孔，孔径比导管直径大 10mm ，钻孔完成后立即插入导管，单根导管注浆量达到设计值后关闭阀门。待浆液凝固4 小时且检查无渗漏后，方可进行下一轮开挖作业。

图1 小导管施作示意

3.两侧下部开挖及支护

下部开挖及支护施工时，要注意与上部开挖支护保持合理的距离，避免因开挖扰动叠加导致地层变形过大，同时需严格遵循短开挖、快支护原则，减少围岩暴露时间。两侧的下部始终按照对称循环进尺的规律施工，下部开挖要落后于上部支护一定距离，开挖过程中及时清理掌子面松散渣土，防止堆积引发坍塌。开挖完成后，立即架设与上部同型号的临时钢架，钢架底部需置于坚实地层上，若遇软弱地基则铺垫钢板增强承载力，随后将下部钢架与上部钢架通过纵向连接筋焊接牢固，形成整体受力结构。接着铺设钢筋网，覆盖全部开挖面并与钢架绑扎固定，再喷射混凝土至设计厚度，施工中需同步检查钢架垂直度与间距，待混凝土强度达到要求后，进行下一循环开挖。同时，密切关注两侧导坑的对称施工进度，避免因单侧开挖过快产生偏压，影响整体结构稳定，通过有序衔接各工序，为隧道主体结构施工奠定基础。

4.中部开挖及支护

导洞开挖时，需同步推进且错开的安全距离不小于5 米，单导洞的格栅钢架与临时竖撑同样保持错开状态。岩石隧道爆破施工时，可按照萨道夫斯基公式来确定单段最大起爆药量，结合现场试验持续优化设计参数，将爆破震动速度控制在 2cm/s 以内，公式如下：

式中：R-爆心距（m），指测点至爆源的距离。Qm-单段最大起爆药量（ kg ）；VKP-爆破振速（ cm/s ）。本工程要求 ⩽1.5cm/s ，根据工程地质情况按照《爆破安全规程》具体取用。两侧导洞的初期支护完成后，需间隔一段时间开展变形监测，在确认结构稳固后再开挖中间土体，其中滞后的一侧先进行初期支护。小导管注浆作业结束后，喷射4 至 5cm 厚的混凝土，随后安装钢格栅。

结束语：

浅埋暗挖地铁车站施工技术复杂，需综合应对多种难点。通过合理设计施工步序，优化临时支撑与衬砌方案，应用预加固超前支护和双侧壁导坑开挖等技术，可有效解决施工中的关键问题。未来，应进一步结合智能化监测和先进施工工艺，不断完善浅埋暗挖施工技术体系，为更多复杂环境下的地铁车站建设提供更可靠的技术支撑。

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