东京地铁12号线的地下车站施工技术.doc

日本东京地铁大江户线（东京都地铁12号线）已于2000年12月12日全线通车营运。从光丘车站开始，经由都厅前，通过新宿、月岛、森下、春日、饭田桥等车站返回到都厅前，全长40.7km，其中环形部分线路长度28.6km。整条线路线形呈“6”字形态。该线路上的28座（环形线上）车站中，有21座车站可与其他轨道交通形成换乘枢纽，且大多为同站换乘，提高了换乘的便捷性，充分体现了“以人为本”的设计理念。大江户线上的车站站台大多设在地下34层，部分车站位于地下56层，而新宿车站则设在地下7层。大江户线的新宿车站、中井车站、新御徒町车站为地下47层深基坑工程，采用了许多新技术工艺。以下对三座车站的概况及施工工艺作简要介绍。1 地铁新宿站工程 1.1 工程概况大江户线（12号线）新宿车站，考虑与都营新宿线、京王新线新宿车站的连接，以及与JR线、小田急线、京王正线的换乘方便，车站设置在夹截国道20号线的都道四谷角筈线下方处。工程周边有JR铁道医院、旅馆、学校和中小商业楼等建筑物。在地下设有京王电气化铁路正线、停车场、地下街道。此外，国道20号每天有67,000辆汽车通过和都内一定数量的交通流量。 新宿车站的站台设在都营新宿线、京王新线的下面，距地表深度约40m。此外，该车站在客流高峰时达3.65万人次/小时，站台宽度需要10.5m。地铁车站无法布置在18m宽度的道路下方，一部分要侵入居民区用地，需要采用拆除大楼和作托换基础等措施。在中心距为10m外径为8.1m的两条隧道中间设置站台。检票口、站务室、车站中央大厅、电气室、机械室等车站设施，是设置在道路内、采用明挖工法施工的3层的构筑物。地下3层与地下7层的站台，是用3连的自动扶梯和电梯连接。联络检票层和站台的自动扶梯部位的95m区间，是在普通坑道内打桩，并采用明挖施工法施工的。在地下3层处，与都营新宿线和京王新线的联络，出入到地面上与JR线、小急田线、京王正线的联络。新宿车站的平、剖面见图1。图1 大江户线新宿车站概要图 1.2 水文地质概况该地区按地形划分，称为“淀桥台”，其地基高程在AP+40m。该高地的地质组成由上部开始起，依次为立川武藏野垆坶层、下末吉垆坶层（垆坶质黏土层）、东京层、东京砾石层和江户川层。新宿车站的开挖深度约40m，坑底位于江户川砂层中。地下水的含水层是东京砾石层、江户川砾砂层，受到东京层的粘性土或者江户川层的粘性土的不透水层影响，形成了承压水。东京砾石层承压水水位在-18.73m，江户川层中承压水水位则处在-20.73m。 1.3 车站施工盾构始发工作井采用明挖法施工，井的外形尺寸：宽21m、长17m、深42m。挡土墙为地下连续墙结构，墙厚为1m。根据地下连续墙的路面下施工和盾构机的始发推进的关系，作成路面支承梁H1400600（L21m）的特殊大梁。地下2层、轨道层的顶板，是采用逆筑法施工，并且将地下连续墙作为主体结构的一部分。车站标准段的开挖宽度为15.4m、长度约165m、深度21m。由于道路宽度狭窄，地下水位较低，在20m处，挡土墙采用排柱式地下连续墙（图2）。图2 车站标准段断面 盾构接收工作井宽20m、长20m、深度是43m，处在京王人行散步专用道地下街、地下停车场的正下方，采用托换基础工法施工。托换基础是在逆筑法施工顶板之后，用千斤顶支承。 位于地下7层的轨道层165.5m的区间隧道，采用泥土压力式盾构工法施工，隧道的外径8.1m，中心距10m，覆土厚度35m。使用宽度1.0m、厚度35cm的铸铁管片；二次衬砌厚度25cm。 1.4 自动扶梯部分施工在盾构机挖掘完成之后，在车站标准段地下3层的底板面上，采用BH工法（钻孔法）施工自动扶梯部分的挡土墙。该挡土墙的底部位于管片衬砌结构的上方，对管片衬砌上面3m范围内的挡土墙用CJG工法作加固的同时，还设置深井点降水。在挡土墙施工完成之后，采用逆筑法对3层的底板（自动扶梯部位的顶板）浇筑混凝土，用顶板混凝土将挡土墙的顶部固定住。自动扶梯部位的开挖前，采用2维有限元FEM来解析隧道和挡土墙的稳定性，以决定施工步骤和方法。施工步骤和方法参见图3所示。图 3 自动扶梯部位施工顺序图 在管片衬砌内打设倒拱、底板纵梁、柱子、顶板纵梁等混凝土结构。其次，用型钢H300构件来防止施工过程中的变形（图4）。从上部开始开挖自动扶梯部分，让管片衬砌上部露出，拆除掉管片衬砌背面的混凝土。在此设置型钢H200并作固定，加固挡土墙的入土部位。在此架设H型钢H250的支撑梁（图5）。一直开挖到起拱部位，用逆筑法施工顶板，以闭合隧道的上部。图4 防止变形装置图5 加固BH桩基础图其次，一边对管片衬砌作拆除，一边开挖到底板部分，架设支撑梁、浇筑底板混凝土。此后，拆去防止变形装置，作二次衬砌混凝土。为保证隧道之间上部和下部开挖的安全性，将进深10m的范围分成小块施工。1 中井车站工程 2.1工程概况大江户线约有3.3km长从都道环状6号线（通称“山手大街”，以下称“环6”）的地下通过的。在此区间上设中野坂上、东中野、中井三座车站。 中井车站为地下5层的箱形框架结构。地下1层是检票口和集散大厅；地下2层、3层是首都高速道路的车道和各种设施；地下4层则用于地铁车站的通风、给排水、消防设备等用房；最深部位的地下5层是长度达137m宽度为7.8m的岛式站台层。包括两个端头工作井在内的明挖长度有160m长。从地面上到车站站台的深度为35.1m，为都内屈指可数的深位置车站。中井车站横剖面见图6。图6 中井车站标准断面 2.2 工程地质和水文地质概况中井车站位于荒川河和多摩川河两河之间、广阔而发达的武藏野高地和称之谓“洪积高地”的东北部。车站所处的地层从上往下依次为填土埋土层（Ts）、垆坶层垆坶质黏土层、武藏野砾石层（Mg）、东京砾石层（Tog，N值1450）、江户川砂质土上部层下部层（Eds，N值2850）、江户川层粘性土（Edc，N值3050以上），基坑底面的土质是江户川层砂质土。在各地层土之间夹带着不透水层，以江户川粘性土层为分界处的上部含水层的地下水位是GL3.6m；下部含水层中承压水头在13.5m。 2.3 车站施工 车站部位的开挖规模，长度是160m、宽度在32.1m、深度是40m，开挖土量约为17万m3之多。挡土墙采用地下连续墙，墙厚1.2m、墙长32m。地下连续墙完成挡土墙作用之后，成为首都高速道路一侧的主体结构。采用深井点降低承压水水位。经工程优化，将侧边挡土墙深度从48m减为32m。开挖过程中对地下连续墙内埋设的倾斜计、钢筋计、土压力盒、水压力表、表面形变计和温度计等进行监测，开展信息化施工。地下连续墙（厚度1.2m）是作为2、3层的首都高速道路构筑物的一部分加以利用，将各层的顶、底板的主筋和地下连续墙的外侧钢筋，用机械接头方式（FD夹箍）接合，再继续浇筑混凝土。2 新御徒町车站工程 3.1 工程概况 新御徒町车站如图7所示，为地下4层构造，全长为457.5m（其中4层部分长350m、2层部分长107.5m）；构筑宽度19m；开挖宽度20m；开挖最大深度35.4m；开挖土方约为27万m3；钢筋混凝土约为7万m3。图7 新御徒町车站 3.2 挡土墙施工 车站的结构宽度为19.0m，道路宽度是22.0m，施工时需要采用挡土墙对邻近民房进行保护。由于开挖深度达34.0m，要求挡土墙具有足够大的刚度，为此经比选决定采用排柱式钢管桩工法。钢管规格，普通地段为600mm，不连续地段为700mm，钢管长度在40.042.0m。在挡土墙的施工中，邻近连接前面所提及过的建筑物时，大部分的公私分界距离是在1m左右，见图8所示。图8 排柱式钢管板桩插入时情况 3.3 盖挖法施工路面盖板架设和地下埋设物（煤气、上下水道等管道）防护完成后，通过反铲挖土机械加上人工进行挖掘施工。到达深度GL22.0m附近，再使用液压蛤壳式抓斗等施工。为了先施工大江户线底板（地下2层），设置了5处临时开口处，通过使用小型提升机挖掘至基槽面。总的土方开挖量相当大，约有27万m3，相当于大江户线上标准车站的4倍以上的开挖土方量。 3.4 逆筑法施工在新御徒町车站结构采用逆筑工法施工。地下1、2层部分和地下3、4层施工可以同步进行，以缩短工期。逆筑法的施工，是将抗剪钢筋与挡土钢管板桩的表面焊接，以此和逆筑板以及地下1、2层构筑的侧墙形成整体结构。此外，为支承逆筑构件重量，仅靠原有打设好的中间桩是不够的，要在路面下中间桩之间增加打桩，来支承大江户线底板部分重量。使用无收缩砂浆连接逆筑工法形成的地下2层底板和地下3层侧墙部分。除此之外，工程开挖深度最深处要达到35.4m，在混凝土浇筑过程中要充分注意到混凝土和骨料等有否有离析现象产生。 3.5 施工监测量测 如图9中所示，在挡土墙的钢管之中，配置着倾斜计、形变计、支撑梁的形变计等量测设备。实施24小时的自动量测方式。通过NTT（日本电信）线路把包括对邻近建筑物等在内的量测数据资料，输送至施工单位的量测室作进行管理，确保了施工安全。图9 量测仪器配置图来源：地铁工程中的“三新”应用和工程实例记述东京都地铁12号线的建设 ） （江中孚编译 傅德明校对