暗挖法地鐵區間風井技術方案研究

陳衛軍

（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

1 工程概況

某城市軌道交通市域快線?R2?線任家莊站—臘山站區間下穿臘山及臘山河，區間為分離式單洞單線，采用盾構法施工，區間總長度?3?525?m，豎向總體呈?W?形。隧道結構覆土厚度?9.5～52.5?m，隧道主要穿過地層為粉質黏土、黏土、中風化石灰巖。

根據列車牽引計算及行車組織設計，需考慮設計中間風井?1?座，以確保任一區間不會同時存在?2?列列車。受沿線地形及場地限制，經綜合比選，中間風井位置選在國防路以南、臘山路以北的坡地內，距離任家莊站1?955?m，距離臘山站?1?577?m。中間風井位于規劃市政道路下，出地面風亭及出入口位于規劃道路紅線外綠地內。中間風井位置為山坡，2?m?深度內為山皮種植土，線路埋深約?24.5?m，風井主要位于強風化～中風化石灰巖。由于地面為一片墳地及民宅，拆遷安置較困難，業主要求采用暗挖法實施中間風井建設。

2 風井功能及技術要求

（1）中間風井基本功能是控制區間內列車周圍隧道空氣溫度，當發生火災時，應能迅速進行機械防排煙，滿足乘客安全疏散和消防撲救需要。主要基本設施設備包括活塞風井/活塞風道、隧道風機/風閥/消聲器、環控機房、環控電控室等。

（2）風井距離兩端車站、變電所較遠，低壓輸電半徑過大且單臺設備功率較大，為確保設備穩定運行，設置跟隨式降壓變電所，其消防防災要求配備氣體滅火。

（3）GB50490《城市軌道交通技術規范》規定，當區間隧道設中間風井時，井內或就近應設置直通地面的防煙樓梯間，應設置機械防煙、排煙設施、加壓送風室及新風、排風亭。

（4）區間風井的建筑規模多在?1?500～3?000?m2，土建結構范圍需挖除土石方約?7?000～15?000?m3。GB50652-2011《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》規定，“礦山法施工的雙層暗挖車站或凈跨超過15.5?m的暗挖單層車站，其工程自身風險等級為Ⅰ級；斷面大于?6?m?的礦山法工程及較長范圍處于接近狀態的并行或交疊隧道，其工程自身風險等級為Ⅱ級。”

（5）當在地層中進行大體量洞室開挖時，受地層穩定性制約常需采用地層加固、化大洞為小洞等措施，以確保施工階段的洞室開挖安全。與明挖法要求的空間布局集中緊湊及基坑支護體系受力明確不同，暗挖法風井的建筑功能布局應遵循如下原則：①根據功能進行分區，每一功能區域內盡可能集中、緊湊，布局合理；②洞室布置宜小跨、分散，并保持一定安全距離，充分預估群洞效應帶來的不利影響；③綜合考慮圍巖自身穩定特性，盡量避免大跨度、小凈距帶來的地層加固措施，避免過高的工程風險及采取相應加固措施帶來的高昂造價。

3 暗挖區間風井建設方案分析

3.1 方案 1

方案?1：明挖豎井+暗挖橫向活塞風道+地面布置設備及管理用房。

為有效降低工程總造價及暗挖工程風險，該方案地下部分僅考慮必需的活塞風道/活塞風井及疏散功能空間，將風機/消聲器/風閥、跟隨變電所、環控機房、監控室、氣瓶間等設備及管理用房布置在地面。

該方案由于暗挖體量少、地面建筑造價相對較低，因而工程總造價最低，同時，由于暗挖體量少，工程實施風險較小。該方案的缺點是：永久征地面積大，地面附著建筑物拆遷費用高、協調難度大，地面建筑體量大，需考慮與周邊環境相協調等。

本工程由于地面附著物征拆協調難度大，未對該方案進行深化方案設計，可參考大連地鐵?2?號線紅旗西路站至南松路站區間風井設計案例。

3.2 方案 2

方案?2：明挖單一豎井+暗挖單一橫通道，將設備及管理用房緊湊布置在地下空間內。

該方案在地面明挖?15?m×6.5?m?單一豎井，然后在豎井內部開馬頭墻暗挖橫向單跨?3?層拱形洞室，暗挖洞室凈尺寸達?10?m（寬）×14.5?m（高），毛尺寸達到11.7?m（寬）×16.2?m（高）。其中，明挖豎井中布置新風井、排風井、2?個活塞風井及消防疏散出入口。為確保各風口間距滿足規范要求，該方案需采用高風亭設計。

該方案地下一層主要為設備及管理用房，由環控機房、環控電控房、區間跟隨所、氣瓶間、加壓送風室、樓梯間、強電井、弱電井等組成。地下二層、三層分別設活塞風道及疏散廊道等，其平面布置及剖面圖分別見圖?1、圖?2。

該方案開挖跨度大、洞室高度高，根據規范其自身風險被界定為Ⅰ級，在圍巖強度高、完整性好的地層條件下可優先考慮選用。本工程地層完整性相對較差，為確保開挖階段的洞室安全、降低工程風險，開挖階段需設計臨時中隔壁及多道臨時仰拱，豎向需分?3～4?層導洞開挖，工序復雜、廢棄工作量大，故不推薦。

圖1 單跨三層橫通道及豎井分層平面布置圖

圖2 單跨三層橫通道及豎井剖面圖

3.3 方案 3

方案?3：明挖雙豎井+暗挖分離式橫向風道及設備管理用房洞室。

該方案在地面設計?2?個尺寸分別為?11?m×5?m?和11?m×6.5?m?的豎井，分別在兩豎井內橫向暗挖單跨雙層拱形洞室，兩豎井及其橫通道內按功能分區分別設計為設備管理用房區及活塞風道區。設備管理用房區為單跨雙層洞室，其凈尺寸為?9?m（寬）×12.5?m（高），活塞風道區為單跨雙層洞室，其凈尺寸為?8.4?m（寬）×12.5?m（高），兩洞室間保留凈距為?1?倍洞徑?9?m，2?個洞室間通過?3.5?m×10?m（單跨雙層）通道相連。其中，新風井、排風井、活塞風井、消防疏散樓梯間分別布置在?2?個豎井內，出地面風亭考慮為對地面景觀影響小的低風亭。

該方案設備管理用房區洞室內地下一層、地下二層分別布置環控機房、環控電控房、區間跟隨所、氣瓶間、加壓送風室、樓梯間、強電井、弱電井道。活塞風道區洞室內地下一層、地下二層分別布置上行、下行活塞風道及風機。其平面布置及剖面圖分別見圖?3、圖?4。

圖3 分離式豎井及橫通道分層平面布置圖

圖4 分離式豎井及橫通道剖面圖

該方案將大跨度洞室分解為分離式小跨度洞室，工程風險降低為Ⅱ級或Ⅲ級。暗挖洞室在圍巖較好時，可采用上下導洞法開挖，當圍巖略差時，可考慮采用中隔壁法（CD?工法或?CRD?工法）。該方案為推薦方案。

3.4 方案 4

方案?4：明挖豎井+暗挖橫向風道+暗挖與區間隧道相連通的設備管理用房。

該方案在地面設計一直徑?7?m?圓形豎井，在豎井內布置風井及疏散樓梯。在豎井底部分別向?2?個垂直方向暗挖單跨雙層拱形活塞風道及通向設備管理用房的疏散洞室。設備管理用房與區間隧道平行布置并保持一定安全凈距，管理用房與區間隧道間設聯絡通道連通，以確保管理用房房間的安全及疏散距離要求。其平面布置及剖面圖分別見圖?5、圖?6。

圖5 設備與管理用房平行于區間隧道平面布置圖

圖6 設備與管理用房平行于區間隧道剖面圖

該方案與方案?3?原理基本相同，但給人一種地下迷宮的感覺。設備管理用房發生火災時，人員疏散至區間隧道內，給行車帶來安全隱患。當區間采用盾構法時，聯絡通道與盾構隧道的連接使盾構剛度削弱較多。該方案可根據工程實際情況有選擇地采用隧道，本工程不予推薦。

4 結束語

本文在調研國內地鐵區間風井建設案例的基礎上，結合某城市市域快線?R2?線長大區間中間風井建設案例，分析探討了暗挖法實現中間風井的技術方案。為降低工程自身風險及工程總造價，地鐵暗挖法區間中間風井布局時宜根據功能進行分區，每一功能區域布置在一個洞室內，且盡可能集中、緊湊布置；不同功能分區的洞室布置宜小跨、分散，并保持一定安全距離；盡量避免大跨度洞室、小凈距帶來的地層加固，充分預估群洞效應給工程帶來的風險及相應的高昂加固措施費用。

[1] 陳衛軍. 大直徑盾構在城市軌道交通中的應用前景分析[J]. 現代城市軌道交通，2017（4）.

[2] 段建勇. 地鐵深埋區間風井建筑設計案例分析[J]. 江西建材，2017（15）.

[3] 朱祝龍，田峰，陳洋，等. 地鐵長大過海區間隧道通風排煙方案[J]. 都市快軌交通，2017（30）.

[4] 蘇立勇. 青島膠州灣海底公路隧道通風方案設計[J].現代隧道技術，2009，46（2）.

[5] 曹樹勇. 青島地鐵2號線過海隧道通風及防排煙設計初步方案[J]. 鐵道標準設計，2010（增2）.

[6] 張鯤. 重慶軌道交通6號線一期工程深埋隧道活塞通風設計分析[J]. 鐵道標準設計，2016（2）.

[7] 張之啟. 南京地鐵過江隧道通風系統方案研究[J]. 鐵道工程學報，2012，163（4）.

[8] 彭長勝. 地鐵超深中間風井關鍵技術設計和研究[J].鐵道標準設計，2016（4）.

[9] GB50652-2011. 城市軌道交通地下工程建設風險管理規范[S]. 2011.

[10] GB50157-2013. 地鐵設計規范[S]. 2013.