暗挖車站豎井橫通道設計要點探討

伍 建,馮 賽

(中鐵隧道集團有限公司，河南洛陽471009)

隨著我國城市地鐵建設的快速發(fā)展，城市地鐵線網(wǎng)逐年擴大，線路越來越密集，新建地鐵車站日益受周邊管線改移困難、交通導改難以實施等因素的影響，車站常需采用整體暗挖或局部暗挖施工[1-2]。為盡量減小車站施工過程中對周邊環(huán)境的影響，需通過設置豎井橫通道，作為暗挖車站施工作業(yè)面，滿足施工要求。目前，國內(nèi)有關地鐵豎井橫通道設計與施工技術(shù)文獻中：文獻[3]介紹了豎井橫通道轉(zhuǎn)正洞的一些關鍵技術(shù)，重點闡述了橫通道轉(zhuǎn)正洞采用“大包”施工工法；文獻[4]介紹了1個豎井上開辟多個工作面的設計思路，在沒有增加投資的情況下，加快了整體施工進度。在暗挖地鐵車站施工過程中，豎井橫通道轉(zhuǎn)正洞的技術(shù)研究較多，但對橫通道不同結(jié)構(gòu)斷面形式及其適用條件研究較少。本文主要以北京地區(qū)以往暗挖車站設計為例，通過對橫通道不同斷面結(jié)構(gòu)形式的設計方案進行比選，總結(jié)其特點及適用條件。

暗挖車站豎井橫通道的設計主要受周邊環(huán)境、施工工期以及工程造價等因素限制，其設置的位置、數(shù)量及結(jié)構(gòu)斷面形式在整個施工過程中起著至關重要的作用。豎井橫通道一般結(jié)合風井、風道設置，位于車站兩端，如因工期等原因，需增設施工工作面，可在車站中部選址設置臨時施工豎井橫通道，此豎井橫通道可考慮結(jié)合出入口、消防疏散口等附屬結(jié)構(gòu)設置。

1 豎井橫通道設計要點

根據(jù)橫通道結(jié)構(gòu)斷面形式不同，可分為全高施工橫通道和上下分離式施工橫通道。全高橫通道又可分為全寬和半寬施工橫通道。

1.1 橫通道與風道結(jié)合設置

1.1.1 案例一

北京某地鐵車站為暗挖雙層三跨結(jié)構(gòu)，采用洞樁法施工。該站兩端風道均位于綠化用地范圍，施工過程中不需交通疏解及管線改移。橫通道采用全高全寬斷面結(jié)構(gòu)形式，風道結(jié)構(gòu)橫斷面全包于橫通道結(jié)構(gòu)內(nèi)，橫通道支護結(jié)構(gòu)后期作為風道初期支護結(jié)構(gòu)。風道結(jié)構(gòu)斷面尺寸為9.7 m×13.05 m，豎井橫通道斷面尺寸為10.4 m×20.28 m，均采用CRD法施工。受車站軌面埋深影響，橫通道處拱頂埋深僅為6.3 m。豎井橫通道結(jié)構(gòu)平、剖面如圖1、圖2所示。

圖1 豎井橫通道平、剖面(一)

圖2 豎井橫通道平、剖面(二)

該豎井橫通道設計要點及難點如下：

(1)受車站軌面埋深、風道結(jié)構(gòu)斷面尺寸等影響，橫通道開挖寬度大、埋深淺，施工過程中對周邊土體進行多次擾動，導致地表變形大，施工風險大。

(2)為降低施工風險，保證施工安全，防止地面坍塌，橫通道初期支護施工前，需采用φ108大管棚對橫通道上方土體進行超前支護，從而增加了部分工程造價。

(3)車站主體施工步序如下：豎井橫通道車站主體導洞車站主體結(jié)構(gòu)。為保證橫通道轉(zhuǎn)正洞施工安全，橫通道二襯必須施做完成后，才能進行車站主體小導洞施工。工序轉(zhuǎn)化次數(shù)多，導致整體施工進度慢。

1.1.2 案例二

北京某地鐵車站為暗挖雙層三跨結(jié)構(gòu)，采用洞樁法施工。結(jié)合該站施工工期及周邊環(huán)境等因素，車站主體范圍內(nèi)共設置3座施工豎井橫通道，具體位置如圖3所示。

圖3 車站總平面

該站3#豎井橫通道位于車站東端，與2#風道結(jié)合設置。風道結(jié)構(gòu)寬9.7 m，豎井橫通道采用全高半寬斷面結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)開挖尺寸為5.2 m×18.862 m，風道結(jié)構(gòu)橫斷面后期全包于橫通道內(nèi)。橫通道分為上下5個導洞，采用臺階法施工，其結(jié)構(gòu)設計見圖4、圖5。

圖5 3#豎井橫通道結(jié)構(gòu)剖面

該豎井橫通道設計要點及難點如下：

(1)為加快施工進度，該豎井橫通道分兩次開挖，其主要施工步序如下：豎井→橫通道→車站主體導洞→車站主體結(jié)構(gòu)→風道擴挖。

(2)橫通道第一次開挖過程中，需預留好后期風道擴挖條件，如圖6所示。

圖6 風道后期擴挖結(jié)構(gòu)

(3)橫通道第一開挖完成后，便能快速進行車站主體導洞的施工，車站整體施工進度較快。

(4)橫通道分步施工過程中，結(jié)構(gòu)能夠較快地封閉成環(huán)，有效地控制地表變形，施工風險相對較小。

1.2 橫通道設置在車站中部

北京某地鐵車站采用明暗挖法結(jié)合施工。兩端明挖三層結(jié)構(gòu)接暗挖雙層結(jié)構(gòu)，暗挖雙層段采用洞樁法施工；中間跨路段為暗挖單層結(jié)構(gòu)，左線采用洞樁法施工，右線采用CRD法施工。車站原工籌安排如下：明挖主體結(jié)構(gòu)→暗挖雙層主體結(jié)構(gòu)→暗挖單層主體結(jié)構(gòu)→附屬結(jié)構(gòu)。明挖主體結(jié)構(gòu)受交通導改困難，管線改移周期長，施工場地狹小等因素的影響，工期嚴重滯后，影響了整個車站施工工期。為加快施工進度，車站主體范圍內(nèi)增設了2座施工豎井橫通道，其設置位置詳見圖7。

圖7 車站總平面

1#豎井設置在車站西北側(cè)綠化地范圍內(nèi)，豎井橫通道施工前，車站北端明挖基坑已開挖至地下二層位置。該豎井橫通道采用上下分離式結(jié)構(gòu)斷面形式，分為上下兩個導洞施工。上導洞結(jié)構(gòu)開挖尺寸為5.2 m×7.1 m，下導洞結(jié)構(gòu)開挖尺寸為5.2 m×7.85 m，其結(jié)構(gòu)平、剖面見圖8、圖9。

圖8 1#豎井橫通道結(jié)構(gòu)平面

圖9 1#豎井橫通道結(jié)構(gòu)剖面

該豎井橫通道設計要點及難點如下：

(1)橫通道上下導洞間夾有4 m厚土體，后期主體開挖過程中土體難以向外運輸，因此上下分離式橫通道若需用于車站主體開挖，需與全高施工橫通道結(jié)合設置，但本站北端明挖主體結(jié)構(gòu)在北端暗挖雙層段主體開挖前已施工完成，能夠為其后期土體運輸提供通道，保證暗挖段施工順利進行。

(2)該站暗挖雙層段鋼管柱柱距為6.5 m，1#橫通道開挖寬度為5.2 m，為保證后續(xù)工序順利進行，鋼管柱設置在豎井橫通道內(nèi)，靠橫通道側(cè)壁設置。

(3)豎井施工完成后，應先施工下層橫通道，再施工上層橫通道，最后再進行主體小導洞施工。

(4)橫通道開挖斷面相對小，自身施工速度快，能夠快速進行主體小導洞施工，且施工作業(yè)面多，整體施工進度快。

(5)橫通道開挖過程中，對周邊土體擾動小，結(jié)構(gòu)能夠快速封閉成環(huán)，地表變形小。

(6)該站暗挖雙層段采用洞樁法施工，上下共計8個主體小導洞，橫通道轉(zhuǎn)正洞施工次數(shù)多，受力轉(zhuǎn)換較為復雜，為控制地表變形，保證施工安全，主體小導洞施工前應做好加固及加強措施。

2#豎井設置在車站西南側(cè)綠化用地范圍內(nèi)，與F出入口結(jié)合設置。豎井橫通道施工前，車站南端明挖基坑受電力、燃氣等管線改移困難的因素的影響，尚未施工，無法為南端暗挖雙層段提供工作面。橫通道設置在暗挖雙層結(jié)構(gòu)與暗挖單層結(jié)構(gòu)分界處，采用全高斷面結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)開挖尺寸為5.2 m×18.11 m，其結(jié)構(gòu)平剖面見圖10、圖11。

圖10 2#豎井橫通道結(jié)構(gòu)平面

圖11 2#豎井橫通道結(jié)構(gòu)剖面

該豎井橫通道設計要點及難點如下：

(1)橫通道分為5個導洞，采用臺階法施工，分塊開挖跨度小，結(jié)構(gòu)能夠快速封閉成環(huán)，有效地控制地表變形。

(2)橫通道能較快地進行車站主體小導洞施工，施工工作面多，整體施工進度快。

(3)該設計方案中，橫通道能用于整個南端暗挖雙層段主體結(jié)構(gòu)施工，不受主體開挖影響。

(4)橫通道轉(zhuǎn)正洞施工次數(shù)多，受力轉(zhuǎn)換較為復雜，主體小導洞施工前應做好加固及加強措施。

2 方案比選

對于一般的暗挖車站：

(1)橫通道與風道結(jié)構(gòu)結(jié)合設置時，建議采用全高半寬結(jié)構(gòu)斷面形式進行施工。該方案施工風險相對較小，能夠較快的進行車站主體施工，整體施工進度較快。

(2)如橫通道主要用于主體小導洞施工，建議采用上下分離式橫通道進行施工。充分利用其施工快，施工風險小等優(yōu)點，保證施工安全，滿足工期要求。

3 結(jié)論與討論

(1)豎井橫通道的斷面形式取決于車站周邊環(huán)境、施工工期、工程造價等因素，合理的選擇能有效地降低施工風險和工程造價，加快車站施工進度。

(2)本文通過北京地區(qū)相關工程的實踐經(jīng)驗，總結(jié)出橫通道不同結(jié)構(gòu)斷面形式的特點及適用條件，為國內(nèi)其它類似工程提供一定的借鑒，并不斷地進行細部的探討和優(yōu)化，使其在經(jīng)后地鐵暗挖車站設計與施工過程中得到廣泛的應用。

[1] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].安徽：安徽教育出版社，2004

[2] 賀長俊，蔣中庸，劉昌用，等.淺埋暗挖法施工技術(shù)的發(fā)展[J].市政技術(shù)，2009，(3)：73-78

[3] 李靜.豎井橫通道轉(zhuǎn)正洞施工方案比選[J].隧道建設，2008，28(4)：83-85

[4] 張金偉，張美琴，董長明，等.地鐵車站施工豎井開辟多個工作面工序設計[J].隧道建設，2011，31(5)：593-597