暗挖车站竖井横通道设计要点探讨

2014-09-03伍建,冯赛

四川建筑 2014年5期

伍建,冯赛

(中铁隧道集团有限公司，河南洛阳471009)

随着我国城市地铁建设的快速发展，城市地铁线网逐年扩大，线路越来越密集，新建地铁车站日益受周边管线改移困难、交通导改难以实施等因素的影响，车站常需采用整体暗挖或局部暗挖施工[1-2]。为尽量减小车站施工过程中对周边环境的影响，需通过设置竖井横通道，作为暗挖车站施工作业面，满足施工要求。目前，国内有关地铁竖井横通道设计与施工技术文献中：文献[3]介绍了竖井横通道转正洞的一些关键技术，重点阐述了横通道转正洞采用“大包”施工工法；文献[4]介绍了1个竖井上开辟多个工作面的设计思路，在没有增加投资的情况下，加快了整体施工进度。在暗挖地铁车站施工过程中，竖井横通道转正洞的技术研究较多，但对横通道不同结构断面形式及其适用条件研究较少。本文主要以北京地区以往暗挖车站设计为例，通过对横通道不同断面结构形式的设计方案进行比选，总结其特点及适用条件。

暗挖车站竖井横通道的设计主要受周边环境、施工工期以及工程造价等因素限制，其设置的位置、数量及结构断面形式在整个施工过程中起着至关重要的作用。竖井横通道一般结合风井、风道设置，位于车站两端，如因工期等原因，需增设施工工作面，可在车站中部选址设置临时施工竖井横通道，此竖井横通道可考虑结合出入口、消防疏散口等附属结构设置。

1 竖井横通道设计要点

根据横通道结构断面形式不同，可分为全高施工横通道和上下分离式施工横通道。全高横通道又可分为全宽和半宽施工横通道。

1.1 横通道与风道结合设置

1.1.1 案例一

北京某地铁车站为暗挖双层三跨结构，采用洞桩法施工。该站两端风道均位于绿化用地范围，施工过程中不需交通疏解及管线改移。横通道采用全高全宽断面结构形式，风道结构横断面全包于横通道结构内，横通道支护结构后期作为风道初期支护结构。风道结构断面尺寸为9.7 m×13.05 m，竖井横通道断面尺寸为10.4 m×20.28 m，均采用CRD法施工。受车站轨面埋深影响，横通道处拱顶埋深仅为6.3 m。竖井横通道结构平、剖面如图1、图2所示。

图1 竖井横通道平、剖面(一)

图2 竖井横通道平、剖面(二)

该竖井横通道设计要点及难点如下：

(1)受车站轨面埋深、风道结构断面尺寸等影响，横通道开挖宽度大、埋深浅，施工过程中对周边土体进行多次扰动，导致地表变形大，施工风险大。

(2)为降低施工风险，保证施工安全，防止地面坍塌，横通道初期支护施工前，需采用φ108大管棚对横通道上方土体进行超前支护，从而增加了部分工程造价。

(3)车站主体施工步序如下：竖井横通道车站主体导洞车站主体结构。为保证横通道转正洞施工安全，横通道二衬必须施做完成后，才能进行车站主体小导洞施工。工序转化次数多，导致整体施工进度慢。

1.1.2 案例二

北京某地铁车站为暗挖双层三跨结构，采用洞桩法施工。结合该站施工工期及周边环境等因素，车站主体范围内共设置3座施工竖井横通道，具体位置如图3所示。

图3 车站总平面

该站3#竖井横通道位于车站东端，与2#风道结合设置。风道结构宽9.7 m，竖井横通道采用全高半宽断面结构形式，结构开挖尺寸为5.2 m×18.862 m，风道结构横断面后期全包于横通道内。横通道分为上下5个导洞，采用台阶法施工，其结构设计见图4、图5。

图5 3#竖井横通道结构剖面

该竖井横通道设计要点及难点如下：

(1)为加快施工进度，该竖井横通道分两次开挖，其主要施工步序如下：竖井→横通道→车站主体导洞→车站主体结构→风道扩挖。

(2)横通道第一次开挖过程中，需预留好后期风道扩挖条件，如图6所示。

图6 风道后期扩挖结构

(3)横通道第一开挖完成后，便能快速进行车站主体导洞的施工，车站整体施工进度较快。

(4)横通道分步施工过程中，结构能够较快地封闭成环，有效地控制地表变形，施工风险相对较小。

1.2 横通道设置在车站中部

北京某地铁车站采用明暗挖法结合施工。两端明挖三层结构接暗挖双层结构，暗挖双层段采用洞桩法施工；中间跨路段为暗挖单层结构，左线采用洞桩法施工，右线采用CRD法施工。车站原工筹安排如下：明挖主体结构→暗挖双层主体结构→暗挖单层主体结构→附属结构。明挖主体结构受交通导改困难，管线改移周期长，施工场地狭小等因素的影响，工期严重滞后，影响了整个车站施工工期。为加快施工进度，车站主体范围内增设了2座施工竖井横通道，其设置位置详见图7。

图7 车站总平面

1#竖井设置在车站西北侧绿化地范围内，竖井横通道施工前，车站北端明挖基坑已开挖至地下二层位置。该竖井横通道采用上下分离式结构断面形式，分为上下两个导洞施工。上导洞结构开挖尺寸为5.2 m×7.1 m，下导洞结构开挖尺寸为5.2 m×7.85 m，其结构平、剖面见图8、图9。

图8 1#竖井横通道结构平面

图9 1#竖井横通道结构剖面

该竖井横通道设计要点及难点如下：

(1)横通道上下导洞间夹有4 m厚土体，后期主体开挖过程中土体难以向外运输，因此上下分离式横通道若需用于车站主体开挖，需与全高施工横通道结合设置，但本站北端明挖主体结构在北端暗挖双层段主体开挖前已施工完成，能够为其后期土体运输提供通道，保证暗挖段施工顺利进行。

(2)该站暗挖双层段钢管柱柱距为6.5 m，1#横通道开挖宽度为5.2 m，为保证后续工序顺利进行，钢管柱设置在竖井横通道内，靠横通道侧壁设置。

(3)竖井施工完成后，应先施工下层横通道，再施工上层横通道，最后再进行主体小导洞施工。

(4)横通道开挖断面相对小，自身施工速度快，能够快速进行主体小导洞施工，且施工作业面多，整体施工进度快。

(5)横通道开挖过程中，对周边土体扰动小，结构能够快速封闭成环，地表变形小。

(6)该站暗挖双层段采用洞桩法施工，上下共计8个主体小导洞，横通道转正洞施工次数多，受力转换较为复杂，为控制地表变形，保证施工安全，主体小导洞施工前应做好加固及加强措施。

2#竖井设置在车站西南侧绿化用地范围内，与F出入口结合设置。竖井横通道施工前，车站南端明挖基坑受电力、燃气等管线改移困难的因素的影响，尚未施工，无法为南端暗挖双层段提供工作面。横通道设置在暗挖双层结构与暗挖单层结构分界处，采用全高断面结构形式，结构开挖尺寸为5.2 m×18.11 m，其结构平剖面见图10、图11。