沈 捷/SHEN Jie

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

東西廣場(chǎng)地下行人通道工程是鄭州火車(chē)站地下空間綜合開(kāi)發(fā)利用工程的重要組成部分之一，該工程由同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)，火車(chē)站東西廣場(chǎng)相互獨(dú)立，兩個(gè)區(qū)域人流不能聯(lián)通，目前，西廣場(chǎng)地下空間已開(kāi)通，火車(chē)站內(nèi)持票乘客可以通過(guò)現(xiàn)有通道向西廣場(chǎng)疏散，但是站外兩廣場(chǎng)乘客不能自由通過(guò)（圖1）。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道總體平面圖

東西廣場(chǎng)地下行人通道工程作為該工程的一個(gè)子項(xiàng)，是提高火車(chē)站地下空間開(kāi)發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)。本工程起點(diǎn)為火車(chē)站西廣場(chǎng)地下停車(chē)場(chǎng)，終點(diǎn)為火車(chē)站東廣場(chǎng)。聯(lián)絡(luò)通道規(guī)劃通行凈寬為6.0m。項(xiàng)目研究范圍包括隧道主體工程、通風(fēng)、消防、排水、監(jiān)控、電力及照明工程等。

1 工程地質(zhì)及水文條件

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探及原位測(cè)試結(jié)果，勘探深度40m 范圍內(nèi)除表層為雜填土外，其下約22.0m為第四紀(jì)晚新近沖積形成粉土、粉砂以及粉質(zhì)黏土，約22.0m 以下均為第四紀(jì)晚更新世沖積形成粉土、粉質(zhì)黏土，將勘察深度內(nèi)的土層按其不同的成因、時(shí)代及物理力學(xué)性質(zhì)差異劃分為9 個(gè)工程地質(zhì)單元層。本工程勘察期間現(xiàn)狀地下水位在自然地面以下埋深約9.8～11.8m（標(biāo)高約91.0m），屬第四系松散巖類(lèi)孔隙潛水。地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水入滲補(bǔ)給和地下水徑流補(bǔ)給，主要排泄方式為人工開(kāi)采和地下水徑流。

2 穿越線(xiàn)位選擇

鄭州火車(chē)站有東、西兩座站房，主站房區(qū)為東站房，目前入站客流可從東西站房入站，客流比較均勻。高架候車(chē)廳通過(guò)樓梯與地面站臺(tái)相連，為主要進(jìn)站通道。

東西兩側(cè)主站房之間的高架候車(chē)室區(qū)段基礎(chǔ)為密排樁柱體系，中心間距僅5.67m，基礎(chǔ)下部樁間距約3m，不滿(mǎn)足地下通道所要求的寬度；且東西主站房為火車(chē)站的中樞系統(tǒng)，正常使用要求非常嚴(yán)格，故基本上不可能在其下部建造新的聯(lián)絡(luò)通道，因此將其定位不可行區(qū)域，具體如圖2所示。

圖2 鄭州火車(chē)站周邊地形圖

2.1 上跨方案

根據(jù)鄭州火車(chē)站的特點(diǎn)，火車(chē)站中間站房區(qū)域?yàn)楹蜍?chē)廳，沒(méi)有穿越空間；兩側(cè)站臺(tái)區(qū)域?yàn)轱L(fēng)雨棚（圖3），風(fēng)雨棚橫向跨度由東向西分別為60m、42m，高度15m 左右。

圖3 鄭州火車(chē)站風(fēng)雨棚

采用上跨方案時(shí)，上跨天橋立柱若設(shè)置在與風(fēng)雨棚的立柱對(duì)應(yīng)的位置，在股道之間，受鐵路限界影響，立柱施工時(shí)，臨近的股道要封閉，對(duì)應(yīng)的站臺(tái)要停運(yùn)。而鄭州火車(chē)站目前客運(yùn)繁忙，封鎖股道、停運(yùn)站臺(tái)基本不可行；若采用大跨度一跨穿越，跨徑達(dá)到230m 以上，梁體施工在風(fēng)雨棚頂部，沒(méi)有設(shè)置支架的空間，而懸臂施工兩側(cè)有受場(chǎng)地限制沒(méi)有配跨的位置，該方案也基本不可行。

2.2 下穿方案

地下聯(lián)絡(luò)通道可設(shè)置區(qū)域分別為國(guó)鐵站房南北兩側(cè)，下穿國(guó)鐵廣場(chǎng)，總長(zhǎng)度近400m。周邊建、構(gòu)筑物為火車(chē)站信息調(diào)度樓、4 貨線(xiàn)股道、16 客線(xiàn)股道和7 個(gè)站臺(tái)、無(wú)柱雨棚樁基，鐵道大廈、火車(chē)站鄭州行車(chē)公寓樓、天泉酒店等，地下有鄭州地鐵1 號(hào)線(xiàn)左、右線(xiàn)盾構(gòu)隧道，建設(shè)環(huán)境十分復(fù)雜。

根據(jù)調(diào)查研究，天泉大酒店地下室有高壓配電室、變壓器室和空調(diào)機(jī)房等設(shè)備用房，遷改利用難度大，南配樓下為酒店自用停車(chē)場(chǎng)及倉(cāng)庫(kù)等，天泉大酒店及南配樓均為樁基礎(chǔ)，穿越難度極大，本次聯(lián)絡(luò)通道東側(cè)設(shè)計(jì)線(xiàn)位考慮從南配樓與晟達(dá)賓館之間穿越，減少對(duì)既有建筑物的影響，線(xiàn)位如圖4 所示。

圖4 穿越線(xiàn)位之下穿方案路線(xiàn)

3 施工方案選擇

根據(jù)工程的地質(zhì)、環(huán)境情況，下穿鐵路段施工工法在明挖法[1]、管幕暗挖法[2]、蓋挖逆作法[3～5]、矩形頂管法[6]、圓形盾構(gòu)法[7]、類(lèi)矩形盾構(gòu)法[8]之間進(jìn)行的比選。

由于工程在鄭州火車(chē)站站臺(tái)位置穿越，無(wú)法采用明挖法施工；蓋挖逆作法與明挖法類(lèi)似，頂板需要明挖施工，因此，蓋挖逆作法亦不適用于本工程。

工程下穿隧道在鄭州火車(chē)站站臺(tái)穿越，若采用暗挖法施工，由于在地層中有粉、細(xì)砂層，隧道埋深淺，施工中產(chǎn)生的變形容易引起路基塌陷，地面沉降變形無(wú)法有效控制，在鐵路下方施工風(fēng)險(xiǎn)大，因此傳統(tǒng)的淺埋暗挖法也不適用于本工程。

矩形頂管法隧道開(kāi)挖斷面最小，隧道有效利用率最高，斷面最接近道路限界，但其機(jī)械設(shè)備造價(jià)高，管片需要預(yù)制場(chǎng)地，對(duì)于頂進(jìn)長(zhǎng)度超過(guò)300m 的工程，國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例，頂進(jìn)效率低，沉降難控制，頂進(jìn)過(guò)程中管片頂進(jìn)會(huì)持續(xù)對(duì)鐵路造成干擾，對(duì)鐵路影響時(shí)間長(zhǎng)，且矩形頂管只能直線(xiàn)頂進(jìn)，無(wú)法適應(yīng)線(xiàn)位的平面轉(zhuǎn)彎，因此矩形頂管法也不適用于該工程。

圓形盾構(gòu)法具有施工進(jìn)度快、作業(yè)安全、噪音小、管片精度高、襯砌質(zhì)量可靠、防水性能好、地表沉降小等優(yōu)點(diǎn)，但其空間利用率不高，且圓形盾構(gòu)占用場(chǎng)地大，造價(jià)高。圓形盾構(gòu)受施工工藝限制，隧道覆土需在1 倍洞徑以上，導(dǎo)致線(xiàn)路埋深較深。本工程為行人通道，對(duì)線(xiàn)路縱坡無(wú)太大要求，本工程可采用此工法，但不經(jīng)濟(jì)。

矩形隧道的斷面利用率高，具有覆土淺、施工成本低、對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，能很好地解決城市核心區(qū)和舊城區(qū)所面臨的“放不下”和“碰不得”兩大難題，是當(dāng)前迫切需求的地下空間開(kāi)發(fā)手段，也是城市建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)。因此，矩形盾構(gòu)在滿(mǎn)足規(guī)劃斷面的前提下，能以適當(dāng)?shù)穆裆畲┰洁嵵莼疖?chē)站，能最大限度保證施工過(guò)程中及施工完成后的鐵路安全，矩形盾構(gòu)法非常契合本工程。

最終，通過(guò)各施工方法優(yōu)缺點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)情況必選，采用矩形盾構(gòu)法施工最為經(jīng)濟(jì)有效，矩形盾構(gòu)具體如圖5 所示。

圖5 矩形盾構(gòu)施工示意圖

4 矩形盾構(gòu)法施工重難點(diǎn)控制

矩形盾構(gòu)下穿運(yùn)營(yíng)鐵路隧道施工防沉降施工是本工程的重難點(diǎn)，施工過(guò)程中主要從設(shè)備方面和施工方面進(jìn)行控制。

4.1 設(shè)備方面

1）如圖6 所示，采用多刀盤(pán)低擾動(dòng)開(kāi)挖系統(tǒng)。該開(kāi)挖系統(tǒng)刀盤(pán)直徑較小，所以刀盤(pán)開(kāi)挖邊緣線(xiàn)速度較小，即對(duì)上部土層擾動(dòng)??；另一方面，由于多刀盤(pán)在切削時(shí)，各個(gè)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向不一致，使掌子面受力相互抵消。此外，根據(jù)土拱效應(yīng)分析，單刀盤(pán)形成的土拱區(qū)域面積較大，容易造成土體沉降，因此對(duì)覆土要求高，而多刀盤(pán)由于刀盤(pán)直徑較小，會(huì)形成多個(gè)小的聯(lián)拱，所以能夠更好的實(shí)現(xiàn)超淺覆土及超小間距施工。

圖6 多刀盤(pán)開(kāi)挖

2）盾體上采用“帽檐”結(jié)構(gòu)，形成良好的減摩泥漿套。在前盾靠近切口環(huán)的位置布置上半圈帽檐，如圖7 所示，主要確保盾體與土體之間建立一定的間隙，同時(shí)向該間隙注入減摩劑，降低土體與盾殼的摩擦力，可有效防止“背土”引起的地表沉降，同時(shí)阻止后部的減摩劑返流到土倉(cāng)中，如圖8 所示。

圖7 盾體帽檐結(jié)構(gòu)

圖8 減摩泥漿注入過(guò)程

4.2 施工方面

4.2.1 同步注漿

同步注漿及二次注漿盾構(gòu)施工與盾構(gòu)施工存在一定差異性，盾構(gòu)隧道在始發(fā)井內(nèi)進(jìn)行管節(jié)拼裝，隧道掘進(jìn)過(guò)程中整條隧道在地層中移動(dòng)。為減小隧道和地層間的摩擦力，在盾構(gòu)隧道貫通前，盾構(gòu)同步注漿及二次注漿均不能采用水泥漿，注漿漿液為觸變泥漿。觸變泥漿在盾構(gòu)施工過(guò)程中起到潤(rùn)滑減阻、支撐地層等作用。

4.2.2 渣土改良技術(shù)

良好的渣土改良效果可保證土艙壓力的穩(wěn)定、連續(xù)、掌子面的穩(wěn)定、出渣量的精確控制。渣土改良一般以水、泡沫劑、膨潤(rùn)土、高分子聚合物和添加為主，為得到渣土良好的流動(dòng)性和塑性，通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)各種材料改良后渣土性能進(jìn)行研究，考慮到經(jīng)濟(jì)、效果等綜合因素，確定渣土改量采用泡沫劑+膨潤(rùn)土的方法進(jìn)行改良。

4.2.3 置換注漿技術(shù)

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，壓注大量的觸變泥漿，隧道貫通后，觸變泥漿勢(shì)必會(huì)失水、收縮和固結(jié)，造成地表后期持續(xù)沉降。為減小隧道貫通后的地表沉降、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的變形和保證隧道的整體防水，在盾構(gòu)隧道貫通后及時(shí)從預(yù)留的注漿孔中壓注水泥漿，置換或填充施工過(guò)程中壓注的觸變泥漿，固結(jié)隧道。

5 結(jié)語(yǔ)

東西廣場(chǎng)地下行人通道工程作為鄭州火車(chē)站交通總體改善工程的一個(gè)子項(xiàng)，是提高鄭州火車(chē)站地下空間開(kāi)發(fā)利用的重要環(huán)節(jié)。本研究通過(guò)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)調(diào)查、穿越線(xiàn)位的選擇、施工方案的比選，最終選定了矩形盾構(gòu)施工工法用于本工程施工，并從設(shè)備和施工兩個(gè)方面對(duì)施工重難點(diǎn)進(jìn)行控制，將為本工程的順利施工提供有力的支撐。