當今國內外盾構隧道防水技術比較談
黃明昌胡曉虎
上海市隧道工程軌道交通設計研究院
1概述?
1.1工程概況?
崗廈站為深圳市地鐵一期工程一號線上的一座車站，它位于福華路與彩田路交匯處地下，車站在福華路下方，橫穿彩田路，呈東西向布置。車站有效站臺長度中心里程為CK7+194.951。?
車站周圍建筑物和人口密集，福華路與彩田路交通十分繁忙。在福華路與彩田路交匯處的四角為高層建筑，車站西部南北兩側為結構較差的八層民房。站區范圍地下管線眾多，計有雨水、污水、給水、煤氣、電力電纜等30多條，其中彩田路東西兩側雨、污水管埋深4m多，特別是彩田路東側11萬伏電纜埋設于車站上方。在車站西南側14m處有較大斷面的電纜隧道。?
車站主體結構為地下兩層三跨框架結構，長220.1m，寬21.9m，高12.8m，埋深16m多。車站及周圍環境詳見圖1車站總平面圖。
1.2車站結構設計要求
崗廈站結構設計除滿足一般地鐵車站設計要求外，在車站投標、初步設計期間以及隨后的施工圖設計中，深圳市交管局、供電局、國土規劃局、業主和專家對車站設計分別提出了一些特殊的要求，涉及結構上的主要有下面幾點；?
(1)在車站8個月施工期間，要求彩田路半幅施工、半幅通車，并在8個月后全幅通車。?
(2)11萬伏電纜改遷費用大，且無處遷移，要求車站施工中采取原地保護措施，保證正常供電。?
(3)彩田路范圍內車站頂板要落低至地面下4.5m，以滿足彩田路雨、污水管的埋設要求。由此帶來中部站廳層層高降低，業主要求該處設中庭，以便站廳層和站臺層連成一體，增加視覺高度效果。?
(4)車站圍護結構不采用地下連續墻，建議采用造價較低的矩形人工挖孔樁。?
1.3工程地質與水文地質條件?
站區范圍內上覆第四系全新統人工堆積層(Q4ml)、沖積層(Q4al)及第四系殘積層(Q4el)，下伏燕山期花崗巖(r53)，各地層分布詳見圖2車站地質縱斷面圖。
圖2車站地質縱斷面圖
1.3.1工程地質條件?
(1)人工堆積層?
①素填土(粉質粘土)：主要為堅硬狀態，局部為硬塑，含砂礫及少量碎石，為中壓縮土，層厚0～8.0m。為Ⅱ類土，Ⅰ類圍巖。?
②素填土(粘土)：主要為堅硬狀態，局部為硬塑、可塑，為中壓縮土，層厚0～7.5m，為Ⅱ類土，Ⅰ類圍巖。?
(2)沖積層?
①粘土：主要為堅硬狀態，局部為硬塑、可塑，局部含砂礫，層厚0～5.9m。為Ⅱ類土，Ⅱ類圍巖。
②粉質粉土：主要為硬塑狀態，局部為軟塑、堅硬，含砂礫，為高壓縮土，層厚0～?6.8m。為Ⅱ類土，Ⅱ類圍巖。?
③粉砂：松散，很濕～飽和，局部含粉粒、粘粒及少量有機質，層厚0～4.1m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。?
④中砂：松散～中密，飽和，含粉粒、粘粒，層厚0～4.9m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。?⑤粗砂：松散～稍密，飽和，含粉粒、粘粒，層厚0～3.4m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。?上述砂層分布于車站西端與區間交界處。?
(3)殘積層?
①砂質粘性土：主要為堅硬狀態，局部為硬塑、可塑、軟塑，為高壓縮性土，層厚0～16.0m。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
②礫質粘性土：主要為堅硬狀態，局部為硬塑、可塑，為高壓縮性土，層厚0～?17.7m?。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
(4)花崗巖?
①全風化花崗巖：呈土夾砂礫狀，為中壓縮性土，頂面埋深18.0～25.2m。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
②強風化花崗巖：呈砂礫狀，頂面埋深20.0～28.0m。為Ⅳ類土，Ⅲ類圍巖。?
③中等風化花崗巖：呈碎塊及短柱狀，頂面埋深22.1～30,5m。為Ⅴ類土，Ⅲ類圍巖。?④微風化花崗巖：呈柱狀，節理裂隙發育，頂面埋深22.5～31.6m。為Ⅵ類土，Ⅴ類圍巖。?
1.3.2水文地質條件?
本場地地下水按賦存介質為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。?
第四系孔隙潛水主要賦存于砂類土、粘性土及殘積土中，其中砂類土層具中等透水～強透水性，粘性土及殘積層具弱透水性，為相對隔水層。?
基巖裂隙水賦存于花崗巖風化層中，花崗巖全風化巖具弱透水性，為相對隔水層，強風化及中等風化巖具中等透水性。?
勘探期間地下水埋深1.5～4.3m，高程4.27～1.19m，水位變幅0.5～1.5m。地下水對鋼結構具弱腐蝕性，CK7+175～CK7+341.101段地下水對鋼筋混凝土結構具弱溶解性、中等分解性腐蝕，綜合評價其腐蝕等級為中等腐蝕。
2車站結構設計特色
2.1車站圍護結構采用矩形人工挖孔樁，并兼作車站主體結構側墻?
崗廈站設計招投標方案的圍護結構為地下連續墻，后經專家評審，提出地下墻造價高，可采用造價較低的人工挖孔樁。我們根據崗廈站周圍環境對車站基坑位移要求高的特點，采用1X1.5m的矩形榫接人工挖孔樁，其整體性和防水效果較好，在側壓力作用下樁水平位移較小。為加強樁的整體剛度和防水性能，設計了榫接的凹樁和凸樁，在榫接處設鋼板丁基橡膠膩子止水帶及遇水膨脹橡膠止水條，并在凹樁兩側水平鋼筋端部預埋與凸樁水平鋼筋連接的鋼筋連接器，使矩形挖孔樁整體性類似于地下連續墻。
由于彩田路要求盡快恢復全幅通車，車站頂板采取逆筑的施工方法，相應車站結構板與樁通過預埋在樁內的鋼筋連接器實現連接，逆筑時側墻采用單層墻比雙層墻施工方便，也節省了內襯，同時矩形挖孔樁1m的厚度能滿足車站結構設計的要求。防水增加內防水層，即用水泥基滲透結晶型防水涂料涂抹矩形挖孔樁內側，高度自頂板面至底板底，并在頂板、底板與樁結合面的縱向設遇水膨脹膩子止水條。因此崗廈站矩形人工挖孔樁既作車站的圍護結構，又作為車站主體結構側墻。?
2．2車站中部半幅施工、半幅通車的結構措施?
根據彩田路東半幅車站先施工的要求，為了在車站中部8個月施工期間保證彩田路半幅施工、半幅通車，我們在彩田路中線附近設車站東部基坑封頭樁，封頭樁采用?φ800鉆孔灌注樁，自地面深至基坑底下8m，并設三道角撐，使東部基坑開挖時，彩田路西半幅繼續通車。彩田路東半幅車站逆筑頂板澆筑的同時，在封頭樁邊和彩田路東側的頂板上筑兩道0.5m厚的鋼筋混凝土擋墻，以便彩田路東半幅恢復通車后，擋墻承受車輛和道路下土層的側壓力。彩田路東半幅通車后，可進行西半幅開挖、支撐和逆筑頂板的施工，并在彩田路西側的頂板上筑一道0.5m厚的鋼筋混凝土擋墻，在頂板上覆土后可實現彩田路全幅通車。
2.3車站中部半逆筑法施工，其它順筑法施工?
施工期間為了彩田路盡快實現全幅通車，車站中部頂板采用逆筑施工方法。頂板及頂板梁支承在鋼管混凝土柱和挖孔樁上。鋼管混凝土柱強度高，承載力大，并先行施工。由于頂板上覆土4.5m，每根鋼管混凝土柱承載超過1000t。鋼管混凝土柱采用外徑為0.6m的16Mn鋼制成的厚20mm的鋼管，鋼管內澆筑C40混凝土。柱下基礎為?φ1600人工挖孔樁，樁底擴大為φ2600，支承在中風化花崗巖上。為了鋼管混凝土柱與站廳板縱梁、底板縱梁連接，在鋼管相應部位上焊接抗拉、抗剪鋼板，部分縱梁受拉鋼筋焊接在抗拉鋼板上，抗剪鋼板則將縱梁剪力傳遞到鋼管混凝土柱。?
逆筑頂板底土層承載力大部分高于100kPa，小于100kPa的土層需換填后筑土模，澆筑頂板。
除車站中部頂板逆筑外，其它部分均為順作，方便了逆筑頂板下的出土。?
2.4車站中部設中庭?
車站中部站廳板在兩個自動扶梯、樓梯處開兩個17.93m×8.26m的大孔，為承受孔兩側站廳板垂直荷載，除車站側墻外，孔周設縱向梁、橫向梁和鋼吊桿。橫向梁分別支承在車站中立柱和站廳板縱梁上，縱向梁支承在挑出的橫向梁和錨固在頂板暗梁內50鋼吊桿上。孔兩側站廳板自身作為水平梁承受車站側墻外的水平向水土側壓力，并支承在孔兩端的站廳板上。中庭內無站廳板縱梁，中立柱為中庭柱。
2.511萬伏電纜支托保護方案設計?
崗廈站11萬伏電纜位于彩田路東側，距彩田路中心線的30m處橫穿車站基坑。該電纜預埋在9根?φ200PVC管內，PVC管用890×1700的C15混凝土固定后埋于道路下。?
我們采用鋼棧橋支托方案來保護11萬伏電纜混凝土保護塊，鋼棧橋兩端支承在車站外側5m的承臺上，承臺下為兩根?φ1000的鉆孔灌注樁作基礎，鉆孔灌注樁底至中風化花崗巖。
鋼棧橋為角鋼組成的空間桁架，高3.5m，寬2.8m，長30m。為避免挖開電纜混凝土保護塊下土層澆筑承臺梁，鋼棧橋采用下沉式，承臺梁底高于電纜保護塊頂部。鋼棧橋先制作的側面兩榀桁架分別吊裝在承臺梁上，并用桁架頂部桿件加以連接。混凝土保護塊下采用人工間隔挖土，每隔1m挖土后，馬上用一根工25的工字鋼支托保護塊，工字鋼兩端用高強度螺栓固定在棧橋側面桁架的下弦節點板上。鋼棧橋底部斜桿和內腹加勁桿，待支托工字鋼安裝后連接，以形成完整的空間桁架結構。車站施工完畢后，頂板覆土時，在頂板上砌磚墻支承棧橋底部支托的混凝土保護塊，并在磚墻間保護塊下回填砂墊層后，拆除鋼棧橋。
3結論?
車站結構設計頗好地滿足了深圳市有關部門和地鐵公司的要求，特別是實現彩田路半幅施工、半幅通車，將地鐵施工對交通的影響減到最低程度；11萬伏電纜的原位支托保護，大大節省了搬遷的費用和停電時間，產生了巨大的經濟效益和社會效益；車站內因地制宜地設計了兩個中庭，這在全國地鐵設計中為首創項目，豐富了車站內部的空間變化。另外，車站中部頂板為加快彩田路全幅通車時間，采用頂板逆作的施工方法；車站側墻采用矩形人工挖孔樁的單層墻，這在深圳地鐵設計中也是特有的。
黃明昌胡曉虎
上海市隧道工程軌道交通設計研究院
1概述?
1.1工程概況?
崗廈站為深圳市地鐵一期工程一號線上的一座車站，它位于福華路與彩田路交匯處地下，車站在福華路下方，橫穿彩田路，呈東西向布置。車站有效站臺長度中心里程為CK7+194.951。?
車站周圍建筑物和人口密集，福華路與彩田路交通十分繁忙。在福華路與彩田路交匯處的四角為高層建筑，車站西部南北兩側為結構較差的八層民房。站區范圍地下管線眾多，計有雨水、污水、給水、煤氣、電力電纜等30多條，其中彩田路東西兩側雨、污水管埋深4m多，特別是彩田路東側11萬伏電纜埋設于車站上方。在車站西南側14m處有較大斷面的電纜隧道。?
車站主體結構為地下兩層三跨框架結構，長220.1m，寬21.9m，高12.8m，埋深16m多。車站及周圍環境詳見圖1車站總平面圖。
1.2車站結構設計要求
崗廈站結構設計除滿足一般地鐵車站設計要求外，在車站投標、初步設計期間以及隨后的施工圖設計中，深圳市交管局、供電局、國土規劃局、業主和專家對車站設計分別提出了一些特殊的要求，涉及結構上的主要有下面幾點；?
(1)在車站8個月施工期間，要求彩田路半幅施工、半幅通車，并在8個月后全幅通車。?
(2)11萬伏電纜改遷費用大，且無處遷移，要求車站施工中采取原地保護措施，保證正常供電。?
(3)彩田路范圍內車站頂板要落低至地面下4.5m，以滿足彩田路雨、污水管的埋設要求。由此帶來中部站廳層層高降低，業主要求該處設中庭，以便站廳層和站臺層連成一體，增加視覺高度效果。?
(4)車站圍護結構不采用地下連續墻，建議采用造價較低的矩形人工挖孔樁。?
1.3工程地質與水文地質條件?
站區范圍內上覆第四系全新統人工堆積層(Q4ml)、沖積層(Q4al)及第四系殘積層(Q4el)，下伏燕山期花崗巖(r53)，各地層分布詳見圖2車站地質縱斷面圖。
圖2車站地質縱斷面圖
1.3.1工程地質條件?
(1)人工堆積層?
①素填土(粉質粘土)：主要為堅硬狀態，局部為硬塑，含砂礫及少量碎石，為中壓縮土，層厚0～8.0m。為Ⅱ類土，Ⅰ類圍巖。?
②素填土(粘土)：主要為堅硬狀態，局部為硬塑、可塑，為中壓縮土，層厚0～7.5m，為Ⅱ類土，Ⅰ類圍巖。?
(2)沖積層?
①粘土：主要為堅硬狀態，局部為硬塑、可塑，局部含砂礫，層厚0～5.9m。為Ⅱ類土，Ⅱ類圍巖。
②粉質粉土：主要為硬塑狀態，局部為軟塑、堅硬，含砂礫，為高壓縮土，層厚0～?6.8m。為Ⅱ類土，Ⅱ類圍巖。?
③粉砂：松散，很濕～飽和，局部含粉粒、粘粒及少量有機質，層厚0～4.1m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。?
④中砂：松散～中密，飽和，含粉粒、粘粒，層厚0～4.9m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。?⑤粗砂：松散～稍密，飽和，含粉粒、粘粒，層厚0～3.4m。為Ⅰ類土，Ⅰ類圍巖。?上述砂層分布于車站西端與區間交界處。?
(3)殘積層?
①砂質粘性土：主要為堅硬狀態，局部為硬塑、可塑、軟塑，為高壓縮性土，層厚0～16.0m。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
②礫質粘性土：主要為堅硬狀態，局部為硬塑、可塑，為高壓縮性土，層厚0～?17.7m?。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
(4)花崗巖?
①全風化花崗巖：呈土夾砂礫狀，為中壓縮性土，頂面埋深18.0～25.2m。為Ⅲ類土，Ⅱ類圍巖。?
②強風化花崗巖：呈砂礫狀，頂面埋深20.0～28.0m。為Ⅳ類土，Ⅲ類圍巖。?
③中等風化花崗巖：呈碎塊及短柱狀，頂面埋深22.1～30,5m。為Ⅴ類土，Ⅲ類圍巖。?④微風化花崗巖：呈柱狀，節理裂隙發育，頂面埋深22.5～31.6m。為Ⅵ類土，Ⅴ類圍巖。?
1.3.2水文地質條件?
本場地地下水按賦存介質為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。?
第四系孔隙潛水主要賦存于砂類土、粘性土及殘積土中，其中砂類土層具中等透水～強透水性，粘性土及殘積層具弱透水性，為相對隔水層。?
基巖裂隙水賦存于花崗巖風化層中，花崗巖全風化巖具弱透水性，為相對隔水層，強風化及中等風化巖具中等透水性。?
勘探期間地下水埋深1.5～4.3m，高程4.27～1.19m，水位變幅0.5～1.5m。地下水對鋼結構具弱腐蝕性，CK7+175～CK7+341.101段地下水對鋼筋混凝土結構具弱溶解性、中等分解性腐蝕，綜合評價其腐蝕等級為中等腐蝕。
2車站結構設計特色
2.1車站圍護結構采用矩形人工挖孔樁，并兼作車站主體結構側墻?
崗廈站設計招投標方案的圍護結構為地下連續墻，后經專家評審，提出地下墻造價高，可采用造價較低的人工挖孔樁。我們根據崗廈站周圍環境對車站基坑位移要求高的特點，采用1X1.5m的矩形榫接人工挖孔樁，其整體性和防水效果較好，在側壓力作用下樁水平位移較小。為加強樁的整體剛度和防水性能，設計了榫接的凹樁和凸樁，在榫接處設鋼板丁基橡膠膩子止水帶及遇水膨脹橡膠止水條，并在凹樁兩側水平鋼筋端部預埋與凸樁水平鋼筋連接的鋼筋連接器，使矩形挖孔樁整體性類似于地下連續墻。
由于彩田路要求盡快恢復全幅通車，車站頂板采取逆筑的施工方法，相應車站結構板與樁通過預埋在樁內的鋼筋連接器實現連接，逆筑時側墻采用單層墻比雙層墻施工方便，也節省了內襯，同時矩形挖孔樁1m的厚度能滿足車站結構設計的要求。防水增加內防水層，即用水泥基滲透結晶型防水涂料涂抹矩形挖孔樁內側，高度自頂板面至底板底，并在頂板、底板與樁結合面的縱向設遇水膨脹膩子止水條。因此崗廈站矩形人工挖孔樁既作車站的圍護結構，又作為車站主體結構側墻。?
2．2車站中部半幅施工、半幅通車的結構措施?
根據彩田路東半幅車站先施工的要求，為了在車站中部8個月施工期間保證彩田路半幅施工、半幅通車，我們在彩田路中線附近設車站東部基坑封頭樁，封頭樁采用?φ800鉆孔灌注樁，自地面深至基坑底下8m，并設三道角撐，使東部基坑開挖時，彩田路西半幅繼續通車。彩田路東半幅車站逆筑頂板澆筑的同時，在封頭樁邊和彩田路東側的頂板上筑兩道0.5m厚的鋼筋混凝土擋墻，以便彩田路東半幅恢復通車后，擋墻承受車輛和道路下土層的側壓力。彩田路東半幅通車后，可進行西半幅開挖、支撐和逆筑頂板的施工，并在彩田路西側的頂板上筑一道0.5m厚的鋼筋混凝土擋墻，在頂板上覆土后可實現彩田路全幅通車。
2.3車站中部半逆筑法施工，其它順筑法施工?
施工期間為了彩田路盡快實現全幅通車，車站中部頂板采用逆筑施工方法。頂板及頂板梁支承在鋼管混凝土柱和挖孔樁上。鋼管混凝土柱強度高，承載力大，并先行施工。由于頂板上覆土4.5m，每根鋼管混凝土柱承載超過1000t。鋼管混凝土柱采用外徑為0.6m的16Mn鋼制成的厚20mm的鋼管，鋼管內澆筑C40混凝土。柱下基礎為?φ1600人工挖孔樁，樁底擴大為φ2600，支承在中風化花崗巖上。為了鋼管混凝土柱與站廳板縱梁、底板縱梁連接，在鋼管相應部位上焊接抗拉、抗剪鋼板，部分縱梁受拉鋼筋焊接在抗拉鋼板上，抗剪鋼板則將縱梁剪力傳遞到鋼管混凝土柱。?
逆筑頂板底土層承載力大部分高于100kPa，小于100kPa的土層需換填后筑土模，澆筑頂板。
除車站中部頂板逆筑外，其它部分均為順作，方便了逆筑頂板下的出土。?
2.4車站中部設中庭?
車站中部站廳板在兩個自動扶梯、樓梯處開兩個17.93m×8.26m的大孔，為承受孔兩側站廳板垂直荷載，除車站側墻外，孔周設縱向梁、橫向梁和鋼吊桿。橫向梁分別支承在車站中立柱和站廳板縱梁上，縱向梁支承在挑出的橫向梁和錨固在頂板暗梁內50鋼吊桿上。孔兩側站廳板自身作為水平梁承受車站側墻外的水平向水土側壓力，并支承在孔兩端的站廳板上。中庭內無站廳板縱梁，中立柱為中庭柱。
2.511萬伏電纜支托保護方案設計?
崗廈站11萬伏電纜位于彩田路東側，距彩田路中心線的30m處橫穿車站基坑。該電纜預埋在9根?φ200PVC管內，PVC管用890×1700的C15混凝土固定后埋于道路下。?
我們采用鋼棧橋支托方案來保護11萬伏電纜混凝土保護塊，鋼棧橋兩端支承在車站外側5m的承臺上，承臺下為兩根?φ1000的鉆孔灌注樁作基礎，鉆孔灌注樁底至中風化花崗巖。
鋼棧橋為角鋼組成的空間桁架，高3.5m，寬2.8m，長30m。為避免挖開電纜混凝土保護塊下土層澆筑承臺梁，鋼棧橋采用下沉式，承臺梁底高于電纜保護塊頂部。鋼棧橋先制作的側面兩榀桁架分別吊裝在承臺梁上，并用桁架頂部桿件加以連接。混凝土保護塊下采用人工間隔挖土，每隔1m挖土后，馬上用一根工25的工字鋼支托保護塊，工字鋼兩端用高強度螺栓固定在棧橋側面桁架的下弦節點板上。鋼棧橋底部斜桿和內腹加勁桿，待支托工字鋼安裝后連接，以形成完整的空間桁架結構。車站施工完畢后，頂板覆土時，在頂板上砌磚墻支承棧橋底部支托的混凝土保護塊，并在磚墻間保護塊下回填砂墊層后，拆除鋼棧橋。
3結論?
車站結構設計頗好地滿足了深圳市有關部門和地鐵公司的要求，特別是實現彩田路半幅施工、半幅通車，將地鐵施工對交通的影響減到最低程度；11萬伏電纜的原位支托保護，大大節省了搬遷的費用和停電時間，產生了巨大的經濟效益和社會效益；車站內因地制宜地設計了兩個中庭，這在全國地鐵設計中為首創項目，豐富了車站內部的空間變化。另外，車站中部頂板為加快彩田路全幅通車時間，采用頂板逆作的施工方法；車站側墻采用矩形人工挖孔樁的單層墻，這在深圳地鐵設計中也是特有的。
