当今国内外盾构隧道防水技术比较谈
黄明昌胡晓虎
上海市隧道工程轨道交通设计研究院
1概述?
1.1工程概况?
岗厦站为深圳市地铁一期工程一号线上的一座车站，它位于福华路与彩田路交汇处地下，车站在福华路下方，横穿彩田路，呈东西向布置。车站有效站台长度中心里程为CK7+194.951。?
车站周围建筑物和人口密集，福华路与彩田路交通十分繁忙。在福华路与彩田路交汇处的四角为高层建筑，车站西部南北两侧为结构较差的八层民房。站区范围地下管线众多，计有雨水、污水、给水、煤气、电力电缆等30多条，其中彩田路东西两侧雨、污水管埋深4m多，特别是彩田路东侧11万伏电缆埋设于车站上方。在车站西南侧14m处有较大断面的电缆隧道。?
车站主体结构为地下两层三跨框架结构，长220.1m，宽21.9m，高12.8m，埋深16m多。车站及周围环境详见图1车站总平面图。
1.2车站结构设计要求
岗厦站结构设计除满足一般地铁车站设计要求外，在车站投标、初步设计期间以及随后的施工图设计中，深圳市交管局、供电局、国土规划局、业主和专家对车站设计分别提出了一些特殊的要求，涉及结构上的主要有下面几点；?
(1)在车站8个月施工期间，要求彩田路半幅施工、半幅通车，并在8个月后全幅通车。?
(2)11万伏电缆改迁费用大，且无处迁移，要求车站施工中采取原地保护措施，保证正常供电。?
(3)彩田路范围内车站顶板要落低至地面下4.5m，以满足彩田路雨、污水管的埋设要求。由此带来中部站厅层层高降低，业主要求该处设中庭，以便站厅层和站台层连成一体，增加视觉高度效果。?
(4)车站围护结构不采用地下连续墙，建议采用造价较低的矩形人工挖孔桩。?
1.3工程地质与水文地质条件?
站区范围内上覆第四系全新统人工堆积层(Q4ml)、冲积层(Q4al)及第四系残积层(Q4el)，下伏燕山期花岗岩(r53)，各地层分布详见图2车站地质纵断面图。
图2车站地质纵断面图
1.3.1工程地质条件?
(1)人工堆积层?
①素填土(粉质粘土)：主要为坚硬状态，局部为硬塑，含砂砾及少量碎石，为中压缩土，层厚0～8.0m。为Ⅱ类土，Ⅰ类围岩。?
②素填土(粘土)：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，为中压缩土，层厚0～7.5m，为Ⅱ类土，Ⅰ类围岩。?
(2)冲积层?
①粘土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，局部含砂砾，层厚0～5.9m。为Ⅱ类土，Ⅱ类围岩。
②粉质粉土：主要为硬塑状态，局部为软塑、坚硬，含砂砾，为高压缩土，层厚0～?6.8m。为Ⅱ类土，Ⅱ类围岩。?
③粉砂：松散，很湿～饱和，局部含粉粒、粘粒及少量有机质，层厚0～4.1m。为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。?
④中砂：松散～中密，饱和，含粉粒、粘粒，层厚0～4.9m。为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。?⑤粗砂：松散～稍密，饱和，含粉粒、粘粒，层厚0～3.4m。为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。?上述砂层分布于车站西端与区间交界处。?
(3)残积层?
①砂质粘性土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑、软塑，为高压缩性土，层厚0～16.0m。为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。?
②砾质粘性土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，为高压缩性土，层厚0～?17.7m?。为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。?
(4)花岗岩?
①全风化花岗岩：呈土夹砂砾状，为中压缩性土，顶面埋深18.0～25.2m。为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。?
②强风化花岗岩：呈砂砾状，顶面埋深20.0～28.0m。为Ⅳ类土，Ⅲ类围岩。?
③中等风化花岗岩：呈碎块及短柱状，顶面埋深22.1～30,5m。为Ⅴ类土，Ⅲ类围岩。?④微风化花岗岩：呈柱状，节理裂隙发育，顶面埋深22.5～31.6m。为Ⅵ类土，Ⅴ类围岩。?
1.3.2水文地质条件?
本场地地下水按赋存介质为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。?
第四系孔隙潜水主要赋存于砂类土、粘性土及残积土中，其中砂类土层具中等透水～强透水性，粘性土及残积层具弱透水性，为相对隔水层。?
基岩裂隙水赋存于花岗岩风化层中，花岗岩全风化岩具弱透水性，为相对隔水层，强风化及中等风化岩具中等透水性。?
勘探期间地下水埋深1.5～4.3m，高程4.27～1.19m，水位变幅0.5～1.5m。地下水对钢结构具弱腐蚀性，CK7+175～CK7+341.101段地下水对钢筋混凝土结构具弱溶解性、中等分解性腐蚀，综合评价其腐蚀等级为中等腐蚀。
2车站结构设计特色
2.1车站围护结构采用矩形人工挖孔桩，并兼作车站主体结构侧墙?
岗厦站设计招投标方案的围护结构为地下连续墙，后经专家评审，提出地下墙造价高，可采用造价较低的人工挖孔桩。我们根据岗厦站周围环境对车站基坑位移要求高的特点，采用1X1.5m的矩形榫接人工挖孔桩，其整体性和防水效果较好，在侧压力作用下桩水平位移较小。为加强桩的整体刚度和防水性能，设计了榫接的凹桩和凸桩，在榫接处设钢板丁基橡胶腻子止水带及遇水膨胀橡胶止水条，并在凹桩两侧水平钢筋端部预埋与凸桩水平钢筋连接的钢筋连接器，使矩形挖孔桩整体性类似于地下连续墙。
由于彩田路要求尽快恢复全幅通车，车站顶板采取逆筑的施工方法，相应车站结构板与桩通过预埋在桩内的钢筋连接器实现连接，逆筑时侧墙采用单层墙比双层墙施工方便，也节省了内衬，同时矩形挖孔桩1m的厚度能满足车站结构设计的要求。防水增加内防水层，即用水泥基渗透结晶型防水涂料涂抹矩形挖孔桩内侧，高度自顶板面至底板底，并在顶板、底板与桩结合面的纵向设遇水膨胀腻子止水条。因此岗厦站矩形人工挖孔桩既作车站的围护结构，又作为车站主体结构侧墙。?
2．2车站中部半幅施工、半幅通车的结构措施?
根据彩田路东半幅车站先施工的要求，为了在车站中部8个月施工期间保证彩田路半幅施工、半幅通车，我们在彩田路中线附近设车站东部基坑封头桩，封头桩采用?φ800钻孔灌注桩，自地面深至基坑底下8m，并设三道角撑，使东部基坑开挖时，彩田路西半幅继续通车。彩田路东半幅车站逆筑顶板浇筑的同时，在封头桩边和彩田路东侧的顶板上筑两道0.5m厚的钢筋混凝土挡墙，以便彩田路东半幅恢复通车后，挡墙承受车辆和道路下土层的侧压力。彩田路东半幅通车后，可进行西半幅开挖、支撑和逆筑顶板的施工，并在彩田路西侧的顶板上筑一道0.5m厚的钢筋混凝土挡墙，在顶板上覆土后可实现彩田路全幅通车。
2.3车站中部半逆筑法施工，其它顺筑法施工?
施工期间为了彩田路尽快实现全幅通车，车站中部顶板采用逆筑施工方法。顶板及顶板梁支承在钢管混凝土柱和挖孔桩上。钢管混凝土柱强度高，承载力大，并先行施工。由于顶板上覆土4.5m，每根钢管混凝土柱承载超过1000t。钢管混凝土柱采用外径为0.6m的16Mn钢制成的厚20mm的钢管，钢管内浇筑C40混凝土。柱下基础为?φ1600人工挖孔桩，桩底扩大为φ2600，支承在中风化花岗岩上。为了钢管混凝土柱与站厅板纵梁、底板纵梁连接，在钢管相应部位上焊接抗拉、抗剪钢板，部分纵梁受拉钢筋焊接在抗拉钢板上，抗剪钢板则将纵梁剪力传递到钢管混凝土柱。?
逆筑顶板底土层承载力大部分高于100kPa，小于100kPa的土层需换填后筑土模，浇筑顶板。
除车站中部顶板逆筑外，其它部分均为顺作，方便了逆筑顶板下的出土。?
2.4车站中部设中庭?
车站中部站厅板在两个自动扶梯、楼梯处开两个17.93m×8.26m的大孔，为承受孔两侧站厅板垂直荷载，除车站侧墙外，孔周设纵向梁、横向梁和钢吊杆。横向梁分别支承在车站中立柱和站厅板纵梁上，纵向梁支承在挑出的横向梁和锚固在顶板暗梁内50钢吊杆上。孔两侧站厅板自身作为水平梁承受车站侧墙外的水平向水土侧压力，并支承在孔两端的站厅板上。中庭内无站厅板纵梁，中立柱为中庭柱。
2.511万伏电缆支托保护方案设计?
岗厦站11万伏电缆位于彩田路东侧，距彩田路中心线的30m处横穿车站基坑。该电缆预埋在9根?φ200PVC管内，PVC管用890×1700的C15混凝土固定后埋于道路下。?
我们采用钢栈桥支托方案来保护11万伏电缆混凝土保护块，钢栈桥两端支承在车站外侧5m的承台上，承台下为两根?φ1000的钻孔灌注桩作基础，钻孔灌注桩底至中风化花岗岩。
钢栈桥为角钢组成的空间桁架，高3.5m，宽2.8m，长30m。为避免挖开电缆混凝土保护块下土层浇筑承台梁，钢栈桥采用下沉式，承台梁底高于电缆保护块顶部。钢栈桥先制作的侧面两榀桁架分别吊装在承台梁上，并用桁架顶部杆件加以连接。混凝土保护块下采用人工间隔挖土，每隔1m挖土后，马上用一根工25的工字钢支托保护块，工字钢两端用高强度螺栓固定在栈桥侧面桁架的下弦节点板上。钢栈桥底部斜杆和内腹加劲杆，待支托工字钢安装后连接，以形成完整的空间桁架结构。车站施工完毕后，顶板覆土时，在顶板上砌砖墙支承栈桥底部支托的混凝土保护块，并在砖墙间保护块下回填砂垫层后，拆除钢栈桥。
3结论?
车站结构设计颇好地满足了深圳市有关部门和地铁公司的要求，特别是实现彩田路半幅施工、半幅通车，将地铁施工对交通的影响减到最低程度；11万伏电缆的原位支托保护，大大节省了搬迁的费用和停电时间，产生了巨大的经济效益和社会效益；车站内因地制宜地设计了两个中庭，这在全国地铁设计中为首创项目，丰富了车站内部的空间变化。另外，车站中部顶板为加快彩田路全幅通车时间，采用顶板逆作的施工方法；车站侧墙采用矩形人工挖孔桩的单层墙，这在深圳地铁设计中也是特有的。
黄明昌胡晓虎
上海市隧道工程轨道交通设计研究院
1概述?
1.1工程概况?
岗厦站为深圳市地铁一期工程一号线上的一座车站，它位于福华路与彩田路交汇处地下，车站在福华路下方，横穿彩田路，呈东西向布置。车站有效站台长度中心里程为CK7+194.951。?
车站周围建筑物和人口密集，福华路与彩田路交通十分繁忙。在福华路与彩田路交汇处的四角为高层建筑，车站西部南北两侧为结构较差的八层民房。站区范围地下管线众多，计有雨水、污水、给水、煤气、电力电缆等30多条，其中彩田路东西两侧雨、污水管埋深4m多，特别是彩田路东侧11万伏电缆埋设于车站上方。在车站西南侧14m处有较大断面的电缆隧道。?
车站主体结构为地下两层三跨框架结构，长220.1m，宽21.9m，高12.8m，埋深16m多。车站及周围环境详见图1车站总平面图。
1.2车站结构设计要求
岗厦站结构设计除满足一般地铁车站设计要求外，在车站投标、初步设计期间以及随后的施工图设计中，深圳市交管局、供电局、国土规划局、业主和专家对车站设计分别提出了一些特殊的要求，涉及结构上的主要有下面几点；?
(1)在车站8个月施工期间，要求彩田路半幅施工、半幅通车，并在8个月后全幅通车。?
(2)11万伏电缆改迁费用大，且无处迁移，要求车站施工中采取原地保护措施，保证正常供电。?
(3)彩田路范围内车站顶板要落低至地面下4.5m，以满足彩田路雨、污水管的埋设要求。由此带来中部站厅层层高降低，业主要求该处设中庭，以便站厅层和站台层连成一体，增加视觉高度效果。?
(4)车站围护结构不采用地下连续墙，建议采用造价较低的矩形人工挖孔桩。?
1.3工程地质与水文地质条件?
站区范围内上覆第四系全新统人工堆积层(Q4ml)、冲积层(Q4al)及第四系残积层(Q4el)，下伏燕山期花岗岩(r53)，各地层分布详见图2车站地质纵断面图。
图2车站地质纵断面图
1.3.1工程地质条件?
(1)人工堆积层?
①素填土(粉质粘土)：主要为坚硬状态，局部为硬塑，含砂砾及少量碎石，为中压缩土，层厚0～8.0m。为Ⅱ类土，Ⅰ类围岩。?
②素填土(粘土)：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，为中压缩土，层厚0～7.5m，为Ⅱ类土，Ⅰ类围岩。?
(2)冲积层?
①粘土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，局部含砂砾，层厚0～5.9m。为Ⅱ类土，Ⅱ类围岩。
②粉质粉土：主要为硬塑状态，局部为软塑、坚硬，含砂砾，为高压缩土，层厚0～?6.8m。为Ⅱ类土，Ⅱ类围岩。?
③粉砂：松散，很湿～饱和，局部含粉粒、粘粒及少量有机质，层厚0～4.1m。为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。?
④中砂：松散～中密，饱和，含粉粒、粘粒，层厚0～4.9m。为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。?⑤粗砂：松散～稍密，饱和，含粉粒、粘粒，层厚0～3.4m。为Ⅰ类土，Ⅰ类围岩。?上述砂层分布于车站西端与区间交界处。?
(3)残积层?
①砂质粘性土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑、软塑，为高压缩性土，层厚0～16.0m。为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。?
②砾质粘性土：主要为坚硬状态，局部为硬塑、可塑，为高压缩性土，层厚0～?17.7m?。为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。?
(4)花岗岩?
①全风化花岗岩：呈土夹砂砾状，为中压缩性土，顶面埋深18.0～25.2m。为Ⅲ类土，Ⅱ类围岩。?
②强风化花岗岩：呈砂砾状，顶面埋深20.0～28.0m。为Ⅳ类土，Ⅲ类围岩。?
③中等风化花岗岩：呈碎块及短柱状，顶面埋深22.1～30,5m。为Ⅴ类土，Ⅲ类围岩。?④微风化花岗岩：呈柱状，节理裂隙发育，顶面埋深22.5～31.6m。为Ⅵ类土，Ⅴ类围岩。?
1.3.2水文地质条件?
本场地地下水按赋存介质为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。?
第四系孔隙潜水主要赋存于砂类土、粘性土及残积土中，其中砂类土层具中等透水～强透水性，粘性土及残积层具弱透水性，为相对隔水层。?
基岩裂隙水赋存于花岗岩风化层中，花岗岩全风化岩具弱透水性，为相对隔水层，强风化及中等风化岩具中等透水性。?
勘探期间地下水埋深1.5～4.3m，高程4.27～1.19m，水位变幅0.5～1.5m。地下水对钢结构具弱腐蚀性，CK7+175～CK7+341.101段地下水对钢筋混凝土结构具弱溶解性、中等分解性腐蚀，综合评价其腐蚀等级为中等腐蚀。
2车站结构设计特色
2.1车站围护结构采用矩形人工挖孔桩，并兼作车站主体结构侧墙?
岗厦站设计招投标方案的围护结构为地下连续墙，后经专家评审，提出地下墙造价高，可采用造价较低的人工挖孔桩。我们根据岗厦站周围环境对车站基坑位移要求高的特点，采用1X1.5m的矩形榫接人工挖孔桩，其整体性和防水效果较好，在侧压力作用下桩水平位移较小。为加强桩的整体刚度和防水性能，设计了榫接的凹桩和凸桩，在榫接处设钢板丁基橡胶腻子止水带及遇水膨胀橡胶止水条，并在凹桩两侧水平钢筋端部预埋与凸桩水平钢筋连接的钢筋连接器，使矩形挖孔桩整体性类似于地下连续墙。
由于彩田路要求尽快恢复全幅通车，车站顶板采取逆筑的施工方法，相应车站结构板与桩通过预埋在桩内的钢筋连接器实现连接，逆筑时侧墙采用单层墙比双层墙施工方便，也节省了内衬，同时矩形挖孔桩1m的厚度能满足车站结构设计的要求。防水增加内防水层，即用水泥基渗透结晶型防水涂料涂抹矩形挖孔桩内侧，高度自顶板面至底板底，并在顶板、底板与桩结合面的纵向设遇水膨胀腻子止水条。因此岗厦站矩形人工挖孔桩既作车站的围护结构，又作为车站主体结构侧墙。?
2．2车站中部半幅施工、半幅通车的结构措施?
根据彩田路东半幅车站先施工的要求，为了在车站中部8个月施工期间保证彩田路半幅施工、半幅通车，我们在彩田路中线附近设车站东部基坑封头桩，封头桩采用?φ800钻孔灌注桩，自地面深至基坑底下8m，并设三道角撑，使东部基坑开挖时，彩田路西半幅继续通车。彩田路东半幅车站逆筑顶板浇筑的同时，在封头桩边和彩田路东侧的顶板上筑两道0.5m厚的钢筋混凝土挡墙，以便彩田路东半幅恢复通车后，挡墙承受车辆和道路下土层的侧压力。彩田路东半幅通车后，可进行西半幅开挖、支撑和逆筑顶板的施工，并在彩田路西侧的顶板上筑一道0.5m厚的钢筋混凝土挡墙，在顶板上覆土后可实现彩田路全幅通车。
2.3车站中部半逆筑法施工，其它顺筑法施工?
施工期间为了彩田路尽快实现全幅通车，车站中部顶板采用逆筑施工方法。顶板及顶板梁支承在钢管混凝土柱和挖孔桩上。钢管混凝土柱强度高，承载力大，并先行施工。由于顶板上覆土4.5m，每根钢管混凝土柱承载超过1000t。钢管混凝土柱采用外径为0.6m的16Mn钢制成的厚20mm的钢管，钢管内浇筑C40混凝土。柱下基础为?φ1600人工挖孔桩，桩底扩大为φ2600，支承在中风化花岗岩上。为了钢管混凝土柱与站厅板纵梁、底板纵梁连接，在钢管相应部位上焊接抗拉、抗剪钢板，部分纵梁受拉钢筋焊接在抗拉钢板上，抗剪钢板则将纵梁剪力传递到钢管混凝土柱。?
逆筑顶板底土层承载力大部分高于100kPa，小于100kPa的土层需换填后筑土模，浇筑顶板。
除车站中部顶板逆筑外，其它部分均为顺作，方便了逆筑顶板下的出土。?
2.4车站中部设中庭?
车站中部站厅板在两个自动扶梯、楼梯处开两个17.93m×8.26m的大孔，为承受孔两侧站厅板垂直荷载，除车站侧墙外，孔周设纵向梁、横向梁和钢吊杆。横向梁分别支承在车站中立柱和站厅板纵梁上，纵向梁支承在挑出的横向梁和锚固在顶板暗梁内50钢吊杆上。孔两侧站厅板自身作为水平梁承受车站侧墙外的水平向水土侧压力，并支承在孔两端的站厅板上。中庭内无站厅板纵梁，中立柱为中庭柱。
2.511万伏电缆支托保护方案设计?
岗厦站11万伏电缆位于彩田路东侧，距彩田路中心线的30m处横穿车站基坑。该电缆预埋在9根?φ200PVC管内，PVC管用890×1700的C15混凝土固定后埋于道路下。?
我们采用钢栈桥支托方案来保护11万伏电缆混凝土保护块，钢栈桥两端支承在车站外侧5m的承台上，承台下为两根?φ1000的钻孔灌注桩作基础，钻孔灌注桩底至中风化花岗岩。
钢栈桥为角钢组成的空间桁架，高3.5m，宽2.8m，长30m。为避免挖开电缆混凝土保护块下土层浇筑承台梁，钢栈桥采用下沉式，承台梁底高于电缆保护块顶部。钢栈桥先制作的侧面两榀桁架分别吊装在承台梁上，并用桁架顶部杆件加以连接。混凝土保护块下采用人工间隔挖土，每隔1m挖土后，马上用一根工25的工字钢支托保护块，工字钢两端用高强度螺栓固定在栈桥侧面桁架的下弦节点板上。钢栈桥底部斜杆和内腹加劲杆，待支托工字钢安装后连接，以形成完整的空间桁架结构。车站施工完毕后，顶板覆土时，在顶板上砌砖墙支承栈桥底部支托的混凝土保护块，并在砖墙间保护块下回填砂垫层后，拆除钢栈桥。
3结论?
车站结构设计颇好地满足了深圳市有关部门和地铁公司的要求，特别是实现彩田路半幅施工、半幅通车，将地铁施工对交通的影响减到最低程度；11万伏电缆的原位支托保护，大大节省了搬迁的费用和停电时间，产生了巨大的经济效益和社会效益；车站内因地制宜地设计了两个中庭，这在全国地铁设计中为首创项目，丰富了车站内部的空间变化。另外，车站中部顶板为加快彩田路全幅通车时间，采用顶板逆作的施工方法；车站侧墙采用矩形人工挖孔桩的单层墙，这在深圳地铁设计中也是特有的。
