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摘 要

随着城市轨道交通的快速发展，城市中心区域的地铁车站深基坑工程越来越多，但这些地下车站施工建设均面临着周边建筑物密集、地下管线众多、环境保护要求高、交通压力大、施工场地狭小的困境。结合工程实例，介绍了轨道交通地下车站深基坑的逆作法施工技术，为有效解决城市轨道交通地下车站的施工难题提供参考。

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轨交地下车站深基坑的特点与施工困局

1.1 轨交地下车站深基坑的特点

轨道交通地下车站一般由主体车站、附属部分组成，地下主体车站一般由2个端头井和中部标准段组成，车站结构根据建筑布置，一般纵向采用厚板结构、横向采用2跨或3跨单向框架结构体系，纵向一般每20～30 m设置结构诱导缝；附属结构出入口一般由深至浅，深的部分与车站土体相连，浅的通向地面或接入附近建筑。其基坑特点为：

1)主体结构与附属结构基坑一般单独实施，主体基坑先施工，附属基坑后期施工。

2)地下围护结构多为与结构相结合的二墙合一形式，基坑开挖支撑形式一般采用对撑形式。

3)基坑多为狭长形，一般宽在20 m左右，长度在100 m以上，深度较深，两端头井开挖深度一般比标准段要深2 m以上。

4)车站结构一般设置诱导缝，基坑开挖时要求根据结构分层、分段开挖。

5)基坑两端一般为端头井，结构施工时需要留设盾构的进出洞吊装洞口。

1.2 施工面临的困局

1.2.1 管线排布、交通组织困难

轨道交通地下车站一般布设在城市主干道的中部或道路的十字交叉口位置，城市道路下方管线众多，涉及的管线权属单位多，在车站施工阶段管线需多次翻排，管位排布、协调困难，且管线翻排后紧贴基坑，在深基坑施工过程中保护难度大。交通组织和管线一样，面临翻交困难，地铁车站占地面积大，施工周期相对较长，一般为1.5～2 a，施工阶段往往会造成周边本已拥挤的交通更加拥挤不堪。

1.2.2 施工场地狭小

轨道交通地下车站基坑附近拆迁难度大、成本高，一般会尽量不拆迁或少拆迁，加上交通、管线等原因，留给施工单位的现场场地异常狭小，而地下车站一般较深，施工机械相对庞大，基坑施工期间挖土、支撑、区间盾构施工机械材料场地布置困难，常常制约基坑施工进度，如何在有限的场地里开辟出足够的施工场地，保障施工的顺利进行也是上海地铁建设亟待解决的问题。

1.2.3 周围环境保护要求高

上海轨道交通线路规划越来越密，选址也因考虑有利于民众的出行而选择在建筑密集区，在上海有不少地铁车站附近存在重要的建筑，其中不乏对变形控制要求极高的古老建筑，有些地铁车站的地下连续墙甚至紧贴周边建筑，这些建筑的存在对地铁基坑施工的变形控制及环境保护提出很高的要求。

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逆作法适应条件及主要形式

2.1 地铁车站逆作法特点

1)车站基坑宽度小，结构楼板厚，采用结构自身楼板作为支撑，具有较大的刚度，使得围护结构的变形、应力减小，基坑安全性高。

2)顶板逆作回填后施工转入地下，即可施作永久路面恢复交通或作为施工场地使用，对交通道路占用时间短，对周围环境影响小。

3)地铁车站基坑宽度小，逆作时地下空间相对较小，施工环境较差，封闭的空间使大型机械设备难以进场，土方开挖运输、支撑安装作业存在一定困难。逆作需要增设临时立柱及立柱桩，施工措施费用相对较高，同时对施工承包方有一定的技术能力要求。

逆作法在地铁施工中的应用与否需结合周边环境条件、地质条件、工期、造价、安全性、施工便捷性等多方面进行综合考虑。

2.2 地铁车站逆作法适用范围

2.2.1 基坑开挖相对较深

由于逆作法施工的支护结构一般采用地下连续墙，地下连续墙的单方造价相对较大，如地铁车站基坑开挖深度较浅，则可采用其他常规围护方法，造价就相对较低，逆作法就相对不经济。故逆作法一般适用于深度较深、地下结构不少于2层的基坑，开挖深度一般不低于15 m。

大深度的地铁车站基坑开挖时，由于大量卸载，基底会出现隆起回弹现象，逆作法施工时，由于基坑开挖和结构施工的交错进行，逆作结构自身荷载由立柱直接传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，故可有效控制基坑的隆起。

2.2.2 地铁的地下层数相对较多

因逆作法主要利用结构板作为支撑，如果地铁车站的地下结构层数太少，就不能达到充分利用，经济上、技术上不太合理，故一般逆作法施工的地铁车站不小于2层。

2.2.3 周边环境苛刻

逆作法施工的最大优点是它的环境安全性，由于地铁结构楼板厚度较大、刚度大，可充分发挥楼板的嵌固特性，改善了基坑围护的应力分布，围护体变形小，对周边影响较小。目前城市土地资源紧张，地铁车站大多设置在办公楼、居民住宅或重要构筑物附近，特别是与目前运营的地铁发生交叉时，施工环境条件更为苛刻，在这种情况下，采用逆作法施工更为安全、可靠。

2.2.4 地面交通、商业、管线要求高

地铁车站大多设置在交通繁忙的道路交叉口或商业繁华地段，交通、商业及管线的压力巨大，施工作业的空间小，按顺作方法施工这些车站，需要在顶板覆土完成之前封闭整条道路，对城市交通影响较大，对商业繁华地段造成的经济损失也不可忽视。而采用逆作法施工之后，先施工部分车站顶板，一旦车站顶板完成，即可恢复交通和路面，占用道路时间将大大缩短。

2.3 逆作施工的形式

根据现场实际条件，可采用车站结构全部逆作，也可选用部分层面楼板结构后施工的逆作形式，根据顺逆作的楼层数量来分主要有：一明一暗、两明一暗、一明两暗、全暗等多种形式。按楼板或梁逆作形式又可分为楼板全逆作和框架逆作形式。为更快恢复交通、解决施工场地狭小问题，可采用逆作与盖挖相结合的盖挖逆作法进行施工，如图1所示。

图1 一明一暗盖挖逆作示意

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轨交交通地下车站逆作施工关键技术

3.1 典型逆作设计剖面及工况

一般地铁车站均位于闹市区，对于基坑变形控制较为严格，而地铁车站层高较高，在软土地基环境下进行逆作施工时，一般需在结构层间设置临时钢支撑来控制基坑的变形，临时支撑在下一层结构楼板完成后拆除(图2)。

图2 地铁车站逆作剖面示意

某地铁站施工工序：基坑的围护结构和中间桩柱施工→开挖安装第1道钢支撑→开挖至顶板底→施工顶板→拆除第1道钢支撑→顶板覆土(作为施工场地)→开挖安装第2道钢支撑→开挖至中板底→施工中板→拆除第2道钢支撑→开挖安装第3道钢支撑→开挖至下中板底→施工下中板→拆除第3道钢支撑→开挖安装第4、第5道钢支撑→施工底板。

3.2 取土口的布设

取土口是车站主体结构及地下挖土在逆作法施工时的唯一垂直运输通道，它要满足机械设备、土方和材料构件的运输要求，平面尺寸一般不小于4 m×8 m，在保证受力要求条件下，尺寸越大施工越方便。由于地铁车站通常为狭长基坑，取土口一般较小，故平面布置只能沿基坑纵向呈线形布置，如图3所示。

图3 地铁车站逆作取土口布置示意

车站结构一般设置诱导缝，开挖分段应符合结构分段施工要求，取土口在每一分段内至少应布置1个取土口，端头井可结合盾构吊装预留洞进行设置。

如取土口长度方向与临时支撑垂直，因一般地铁车站基坑围护结构为地下连续墙，支撑不设围檩，1幅地下连续墙2根支撑，支撑间距一般为3 m左右，为保证取土口范围内材料运输方便，取土口位置的临时支撑位置需要局部增加围檩，确保取土口的运输效率与安全，如图4所示。

图4 取土口两侧支撑调整示意

3.3 支承桩柱的选型

目前逆作法支撑桩柱主要有钢格构柱、钢管柱及H型钢等，多采用一柱一桩形式。钢管混凝土柱在房屋建筑工程逆作法中普遍使用，但在地铁地下车站中因结构设计为宽度窄、高度大的单向纵梁柱梁节点处理复杂而运用相对较少；格构柱因承载力较小，一般运用在上部荷载较小的部位；H型钢立柱在地铁车站逆作施工时应用较广。

钢管柱、格构柱通常采用先插法施工，在桩基混凝土浇筑前，将钢柱安放到位，在钢柱中部下导管浇筑混凝土。

H型钢立柱由于安放后无法浇筑混凝土，故需采用后插法施工。钢立柱如采用后插施工，则立柱桩需要配制超缓凝混凝土，初凝时间一般不宜小于10 h。

3.4 支承桩柱后插法的型钢定位技术

3.4.1 HDC或HPE液压插入调直法

采用HDC或HPE液压垂直插入机直接安装永久性钢柱。HDC或HPE液压垂直插入机施工工法原理如下。

1)先将HDC或HPE液压插入机械准确就位、定位，根据液压插入机机身上的垂直调校装置调整垂直度。

2)HDC或HPE液压插入机定位垂直后，将钢柱吊起，用液压插入机的液压定位器将钢柱抱紧，根据两点定位原理，抱紧钢柱后再复测垂直度。

3)在保证垂直度后，将钢柱在混凝土初凝前用HDC或HPE液压垂直插入装置插入到混凝土中，直至达到设计标高及标准要求为止。

HDC或HPE机械设备插入法的优点有：垂直精度高，垂直度小于L/500(L为钢柱长度)；定位准确。

3.4.2 导向架法

1)制作导向立柱定位操作平台，高度2 m，由上下各2块定位板作为导向装置。

2)现场精确定位固定定位导向操作平台，并调平，确保上下定位装置垂直〔图5(a)〕。

3)安放定位装置，先放置一侧操作平台上下2个定位装置〔图5(b)〕，吊装H型钢进入导向装置〔图5(c)〕。

4)安装另一侧定位控制件，吊装H型钢从定位导向装置内缓慢下插。H型钢立柱制作时将其立柱底削尖，确保插入导向套筒时顺畅〔图5(d)〕。

图5 导向架安装工况

5)H型钢到达其要求标高时，利用吊筋和横梁定位，撤去H型钢上的吊装钢丝绳。

6)H型钢立柱就位48 h后，拆除调垂控制件和操作平台、导向套筒。

导向架法施工工序简单，无需专业特制机械设备，应用较广，但调垂精度相对较差，垂直度一般可控制在L/300之内(L为钢柱长度)。

3.5 土体加固

土体加固是改善土体性能的有效手段，地铁车站基坑加固主要有满堂加固、裙边加固及对撑式抽条加固方式。逆作基坑通常在结构板下设置厚1～2 m的满堂加固，一方面可改善基坑变形，另一方面也可作为厚板混凝土浇筑的地基撑，另外在其他土层高度位置则采用裙边加固，增加基坑的稳定性，配合逆作的土方开挖。

3.6 挖土的方式与挖机的选型

土方开挖应分层、分段开挖，地铁结构层高高，在软土地质中，逆作结构板之间一般需架设临时钢管支撑。为了挖土与支撑能协调进行，同时又充分发挥土体时空效应，采取隧洞式开挖，一般先在2个取土口之间开挖运输通道，运输通道设置在基坑断面中部。两侧裙边土体加固区域先放坡留土，降低基坑变形，运输通道形成后，支撑与土方开挖从相邻不同的取土口进行运输，实现挖土与支撑之间的无缝结合。

具体挖土方法如下：由取土口位置向下，挖掘结构板下3 m左右的土层，沿纵向中轴线抽心挖掘1个底宽约6 m、横向边坡1∶3、横截面呈梯形的隧道，在2个取土口接通后，边挖余土边跟进钢支撑架设，余土退挖，纵向挖土段取长3 m左右，与钢支撑的间距相同，每一挖土段的土方完成后立即架设钢支撑，随挖随撑。土方如从后方取土口外运，支撑则受地下空间的限制，只能从前方取土口分节向下运输至坑道，然后采用单轨进行水平运输，由挖机配合安装。施工工况如图6所示。

图6 土方开挖工况示意

暗挖地下净高低、净宽小、操作面窄，受到空间的限制，挖机的选用及配置数量受到限制，一般暗挖及水平驳运的挖机需选用外形尺寸较小的挖机，地下每一开挖面配置不超过2台挖机，土方垂直运输则采用长臂或吊机抓斗布置在取土口取土。

3.7 结构施工

水平结构支模方式主要有2种，与围护设计工况有关。

3.7.1 短排架模板体系

土方开挖至结构楼板下2 m左右，浇筑垫层，搭设模板支撑体系。如基坑控制要求高，为降低基坑无支撑时间，可在结构楼板的上方设置临时支撑，临时支撑在结构楼板达到强度后拆除。

3.7.2 无排模板体系

土方直接挖至楼板下，浇筑垫层，在垫层上铺设模板，结构梁部位则开槽开挖。

结构钢筋则通过取土口进行运输，钢筋与地下连续墙之间采用预留的接驳器进行连接。

结构内衬结构一般在完成底板后从下至上进行施工，其混凝土在上层楼板预留浇筑口进行浇筑。

3.8 通风、照明安全措施

地铁车站大多空间狭长，顶板一般没有开孔，故采用逆作法施工时地下空间较为拥挤、封闭。对施工人员来说，顶板完成之后，操作面除取土口和设备孔之外，无其他“天窗”，土方施工时挖土机械多使用柴油机械，钢筋施工时还存在电焊烟尘，如排气通风不好将对施工人员的健康造成较大损害。因此除利用取土口自然通风外，还需每隔10～15 m间距设置出风口，并在风口安装大功率的轴流风机。在地下结构施工时，除利用楼梯口作通风口外，还要根据操作面的大小安装鼓风机送、排风，使地上、地下空气形成对流，保持空气流通。

地下施工时需要良好的照明，照明可采用防爆、防潮、亮度大的照明灯具，随挖土方向及时跟进安装，照明线采用绝缘电缆，钢套管敷设在楼板底。

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上海轨交地下车站逆作施工实例

4.1 轨交7号线东安路站逆作简介

上海市轨交7号线东安路站位于徐汇区东安路、零陵路路口，地下3层，为7号线与4号线的换乘站，车站全长159.5 m，宽约19.6 m，底板埋深21.44～23.10m。工程主要面临以下难点。

1)南端头井开挖深度约23 m，东安大楼距离南端头井最近为300 mm，该楼为18层居民楼，地下1层，基础形式为桩基，桩长为地面以下51 m，只有上部16.5 m配钢筋笼，下部为素混凝土桩。

2)与运行中4号线东安路站十字相交。7号线与4号线东安路站形成十字换乘，4号线处于正常运营状态，4号线车站地下2层，7号线车站地下3层，7号线车站开挖将会对4号线车站产生一定的影响。

3)施工场地狭小。本地铁车站位于东安路下方，施工期间东安路交通不封闭，基坑的一侧为商业门面房，施工期间不停业，另一侧因需满足交通通行，故施工场地宽度不足4 m。

本工程采用全暗逆作法施工，监测数据表明，靠近东安大楼一侧地下连续墙实际最大水平位移为26.06 mm，小于一级基坑0.14% H(33 mm)的要求；大楼沉降靠近基坑一侧最大值为1.29 mm，最小为0.67 mm，远小于0.1% H(23.5 mm)的要求。

根据第三方地铁监测测得的4号线换乘段道床变形情况，最大沉降量为4.55 mm，整个换乘段差异沉降值控制在2.31 mm，满足了运营车站的保护要求。

4.2 轨交1号线陕西南路车站逆作简介

上海轨交1号线陕西南路车站位于淮海中路上，东起茂名南路，西至陕西南路，地下2层。车站全长为218 m，宽17.80～19.96 m，底板埋深14.24～15.60 m。

淮海中路是上海的重要商业街，但地铁车站位于道路中部，两侧均为商业用房，施工期间只能封闭交通，施工对淮海路商业街的影响较大。

为缩短封锁淮海路交通的时间，采用全暗逆作法施工，监测显示路面最大沉降为14.9 mm，在1 a之内完成地下连续墙及顶板覆土，恢复交通，大大缩短了淮海中路的交通封闭时间。

4.3 轨交9号线肇嘉浜路站盖挖逆作简介

上海市轨道交通9号线肇嘉浜路车站位于上海市徐汇区乌鲁木齐南路、东安路和肇嘉浜路交叉路口，地下2层，车站全长231.8 m，宽19.70～27.05 m，底板埋深16.0～17.8 m。肇嘉浜路地铁车站工程地处交通要道，施工时既需满足肇嘉浜路双向6车道的交通需求，也需保证肇嘉浜路往东安路通道和687弄小区通道的交通要求，交通组织困难。

为保证施工期间的交通，工程采用“两明一暗”的盖挖逆作法施工，盖挖逆作提供了许多移动场地及交通通行路面，白天盖板上交通通行，夜间盖板局部移开后逆作施工，既保证了交通需求，又满足了施工的进度要求。

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结语

上海轨道交通建设的线路越来越多，所面临的施工环境要求也越来越高，地下车站采用逆作法施工逐步增加，随着逆作技术越来越成熟，逆作法因其具有快速恢复交通、基坑变形小、节约施工场地等先天优势，故在轨道交通地下车站建设中将会发挥越来越重要的作用。

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