CN117948149A - 一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道掘进的方法或设备技术领域，公开了一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，通过调整通风系统结构、施工顺序、开挖起点，使得整个通风系统在拓扑结构上类似于两条双向开挖的立体隧道，且通过调整隧道的延伸方向，减少二者之间的相邻位置，极大减少了在修建过程中相互干涉相互影响的可能；且在可能存在干涉或影响的区域调整施工方法来避免干涉或影响；使得整个通风系统的施工不必在一个基坑内明挖施工，对地面区域的需求仅需要两个竖井的出口面积；通过从多个不同起点开挖同一条隧道的导洞并合并的方式，克服了因调整隧道的延伸方向导致部分隧道开挖困难的问题，使得本发明中通风系统的拓扑结构在施工上具备可行性。

Description

一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进的方法或设备技术领域，特别是涉及一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法。

背景技术

地铁站的风道是为地铁中提供新鲜空气并排出内部空气的隧道，通过风井通向地面，包括新风通道、排风通道、活塞风通道。其内部往往还设置有安全通道，在紧急情况下供疏散地铁内的人员。地铁的风道、风井以及风机等结构一同构成了通风系统。

地铁风道一端连通地铁站厅，另一端通过风井通向地面。通常情况下，地铁站的隧道部位和其余部位采用不同的方式进行通风。隧道部位借助地铁列车运行时的活塞风效应进行通风排风，而站厅其余部位借助风机进行通风排风。其中活塞风的风井/风道只需要进站端和出站端各有至少一套即可，里面的空气流动方向取决于地铁列车运行方向。而风机通风的风井/风道则根据空气流动方向严格区分。因此，地铁站的新风通道和排风通道专门指的是借助风机进行通风排风的通道。

考虑到在站厅里面旅客活动的区域比较固定且集中，同时地铁站所在的位置也往往位于大城市，用地比较紧张。这就造成了以下这种情况：新风通道、排风通道、活塞风通道、安全通道、新风井、活塞风井、排风井等种种地下结构集中设置在一小片区域内，且彼此之间距离很近，而不同于地上结构，地下结构在修建的时候不仅要考虑到彼此之间的干涉，还要考虑到在开挖过程中对地层的扰动对周边其他地下结构造成的影响。为此，地铁站施工的时候通常会把一些通风系统中的地下结构合并，除了上述的把安全通道合并到新风通道及新风井中外，还有一种常用的做法是把排风通道合并到一个活塞风通道里开挖，但借助隔板隔开，而新风通道单独开挖。

但仅仅合并一些地下结构仍然不足以完全解决地铁站通风系统在修建的时候相互之间的干扰。考虑到这些地下结构集中位于一小片区域，且与地面的间距不远，因此现有技术中采用这种方式来解决上述的困难：挖一个公共的基坑，在这个基坑内逐层修建上述地下结构，用一个基坑来明挖修建。这个基坑的面积和深度与常规的建筑没有明显差别，即使在大城市中开挖也具备相当的可行性，如此虽然开挖土方量略有增加，但却可省去所有的临时支护结构。

但这种施工方法也有自身的局限性，在一些特定的场合存在严重的施工困难。典型的状况是地铁站需要修建通风系统的区域周边为高楼大厦或其它不适合拆迁的建筑的场合。如本发明涉及的北京地铁19号线北太平庄站，拟开挖通风系统基坑的位置西侧紧邻城建大厦地下车库出入口，东侧为有研小区43号院小区出入口，南侧紧邻北三环辅路，场地狭窄局促，按明挖法施工现场不具备正常出土及材料堆放条件，且因场地内产权单位权属问题不明确，即使想要拆迁出足以设置基坑的地面区域也不可行，导致这种常规的施工方法不具备可行性。

发明内容

本发明提供一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法。

解决的技术问题是：地铁站通风系统中包含大量紧凑设置在一片区域的地下结构，这些地下结构往往在同一个基坑中明挖施工，但有些地铁站通风系统的基坑所在区域地面受限，不适合在同一个基坑中明挖施工。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，所述通风系统包括接驳在地铁站的站厅上并通过活塞风井与地面连通的活塞风通道、接驳在地铁站的站厅上并通过新风井与地面连通的新风通道、以及供旅客紧急逃生的安全通道，所述通风系统施工位置的地面空间能够容纳活塞风井及新风井，但不足以容纳包含通风系统中所有地下结构的基坑，所述活塞风井和活塞风通道内分别由中隔墙分割出排风井和排风通道，所述活塞风通道从新风井下方穿过，所述施工方法包括以下步骤：

步骤一：明挖活塞风井，并同步用导坑法从站厅暗挖活塞风通道，然后暗挖连接通道使活塞风井与活塞风通道连通；

步骤二：步骤一开始的同时，用倒挂井壁法明挖新风井，然后暗挖新风通道，再从站厅暗挖新风接驳通道使新风通道与站厅连通。

进一步，所述新风通道及新风井内分别由中隔墙分割出供旅客在紧急时刻逃生的安全通道，所述安全通道内的竖直部分设置有用于供站厅中的旅客爬上地面的楼梯。

进一步，所述活塞风井与安全通道的竖直部分之间设置有用于供检修活塞风井内设备的风井联络通道，所述风井联络通道一端通过安全通道的竖直部分中的楼梯通向地面、另一端通过活塞风井中的楼梯通向需检修的设备；检修人员从安全通道进入并检修活塞风井内设备。

进一步，所述风井联络通道在活塞风井和新风井的二次衬砌均修建完成后，以安全通道的竖直部分为起点向活塞风井开挖。

进一步，所述新风通道采用多导洞暗挖法开挖，各层导洞自上而下逐层开挖，新风通道的导洞中，能够接驳在新风井上的导洞记作井导洞，不能接驳到新风井上的导洞记作站导洞，所述井导洞以新风井为起点开挖并从新风井出土，所述站导洞以站厅为起点开挖并从与站厅连通的已有竖井出土。

进一步，所述站厅的侧壁中，与新风通道接驳的侧壁记作接驳侧壁，所述新风通道平行于接驳侧壁设置，并弯折90度后接入站厅，新风通道弯折接入站厅形成的通道记作新风接驳通道；所述站导洞先垂直于接驳侧壁开挖形成新风接驳通道的一部分，挖到新风通道远离站厅的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞挡在开挖方向上的侧壁并沿新风通道延伸方向开挖，封端板作为新风通道初衬的一部分。

进一步，各层站导洞中，开挖方向垂直于接驳侧壁且位于新风通道内的分段记作不成环段，所述不成环段下方设置有用于支撑上方的导洞的支撑架；所述支撑架为门型撑，上下相邻两层站导洞中的支撑架垂直设置，且分别位于新风通道的两个侧壁中靠近站厅的侧壁位置、以及贴靠站导洞被破开的侧壁的位置。

进一步，所述新风接驳通道中，站导洞以外的部分与站导洞起始的分段并排设置，并在步骤二中新风通道开挖完成后以站厅为起点以平顶直墙法暗挖并接入新风通道；所述新风接驳通道中站导洞以外的部分接入新风通道的位置的侧壁为无需在接入时破拆的门型撑。

本发明一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，通过调整通风系统结构、施工顺序、开挖起点，使得整个通风系统在拓扑结构上类似于两条双向开挖的立体隧道（含水平部分、竖直部分、连接部分），且通过调整隧道的延伸方向，减少二者之间的相邻位置(位置越近越容易形成干涉或相互影响施工)，如此则极大减少了这些地下结构在修建过程中相互干涉相互影响的区域；且在可能存在干涉或影响的区域，通过调整施工方法来避免干涉或影响；如此使得整个通风系统的施工不必在一个基坑内明挖施工，对地面区域的需求仅需要两个竖井的出口面积；同时施工所需工期相较于在一个基坑内明挖施工明显减少（施工过程中同时存在三个可同步开挖的掌子面）。

本发明中，通过从多个不同起点开挖同一条隧道的导洞并合并的方式，克服了因调整隧道的延伸方向导致部分隧道（新风通道）开挖困难的问题，使得本发明中通风系统的拓扑结构在施工上具备可行性。

附图说明

图1为通风系统高于新风井底部的部分的平面图，图中以箭头标示开挖方向，以不同的填充图案区分不同施工阶段的开挖区域，下同；

图2为通风系统低于新风井底部的部分的平面图；

图3为通风系统在图1中AA截面的断面图，图中还包含通风系统低于新风井底部的部分；

图4为通风系统在图2中BB截面的断面图，图中还包含通风系统高于新风井底部的部分；

图中，11-活塞风井，12-活塞风通道，13-连接通道，21-新风井，22-新风通道，23-不成环段，24-新风接驳通道，3-安全通道，4-风井联络通道，5-站厅。

具体实施方式

以应用了本发明的北京地铁19号线北太平庄站2号风井附近的通风系统为例，如图1-4所示，一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，通风系统包括接驳在地铁站的站厅5上并通过活塞风井11与地面连通的活塞风通道12、接驳在地铁站的站厅5上并通过新风井21与地面连通的新风通道22、以及供旅客紧急逃生的安全通道3，通风系统施工位置的地面空间能够容纳活塞风井11及新风井21，但不足以容纳包含通风系统中所有地下结构的基坑，活塞风井11和活塞风通道12内分别由中隔墙分割出排风井和排风通道，活塞风通道12从新风井21下方穿过，施工方法包括以下步骤：

步骤一：明挖活塞风井11，并同步用导坑法从站厅5暗挖活塞风通道12，然后暗挖连接通道13使活塞风井11与活塞风通道12连通；这里的连接通道13实质上是活塞风通道12的一部分，而活塞风井11的开挖采用排桩支护。

步骤二：步骤一开始的同时，用倒挂井壁法明挖新风井21，然后暗挖新风通道22，再从站厅5暗挖新风接驳通道24使新风通道22与站厅5连通。

整个施工过程中，最容易相互影响施工的区域是两个无法避免的相邻区。一处是活塞风通道12的底部与新风井21的井底，活塞风通道12的开挖会挖空新风井21的底部，如果此时活塞风通道12的衬砌尚未成环，就会造成风险。但如果先挖新风井21后挖活塞风通道12的话，又会拖累施工进度。因此这里选择的做法是用导坑法开挖活塞风通道12，具体为三层双侧壁导坑法。导坑法开挖的特点是先挖断面外周的土并形成一周衬砌，然后挖断面中心的土，这样在开挖过程中就能确保时刻都有可支撑上方地层的衬砌。另一处是活塞风井11与新风井21之间相距很近，且活塞风井11较深，这样同步开挖的话，较深的活塞风井11会对较浅的新风井21造成沉降。但在本发明中，由于新风井21是采用倒挂井壁法开挖，在开挖的同时就形成了衬砌，同时其下方是同步开挖的活塞风通道12的衬砌，也就是说新风井21中的土在开挖过程中，实际上是属于被全方位包围状态下的，因此可杜绝沉降的发生。

以上这些结构开挖时的衬砌为一次衬砌，等开挖完成后，修建二次衬砌并同时修建中隔墙。

新风通道22及新风井21内分别由中隔墙分割出供旅客在紧急时刻逃生的安全通道3，安全通道3内的竖直部分设置有用于供站厅5中的旅客爬上地面的楼梯。

这里把安全通道3设置在新风井21以及新风通道22内，一则减少开挖的隧道及竖井的个数，二则为后续的检修提供方便：

活塞风井11与安全通道3的竖直部分之间设置有用于供检修活塞风井11内设备的风井联络通道4，风井联络通道4一端通过安全通道3的竖直部分中的楼梯通向地面、另一端通过活塞风井11中的楼梯通向需检修的设备；检修人员从安全通道3进入并检修活塞风井11内设备。这里检修人员可以从地面进入安全通道3然后进入活塞风井11，也可以从站厅5进入安全通道3然后进入活塞风井11。

这里如果是从活塞风井11中进入并检修，一则对检修人员而言十分痛苦，因为活塞风井11内的环境十分恶劣且不便于攀爬，二则需要在活塞风井11中设置用于攀爬到地面的楼梯(不能从活塞风通道12进入，因为这样做会导致检修人员被列车碾压)，从而导致活塞风井11所需的横截面积变大，同时活塞风井11出地面的位置还需要额外设置人员进出的口而不是全部都设置成百叶窗，这会导致活塞风井11占地面积变大，使得本就不宽裕的地面施工区域更加捉襟见肘。所以这里就选择直接借用已有的安全通道3来检修，为此新增的风井联络通道4位于地下，不需要占用地面的面积。

风井联络通道4在活塞风井11和新风井21的二次衬砌均修建完成后，以安全通道3的竖直部分为起点向活塞风井11开挖。竖井内会有水平支撑，这些水平支撑属于一次衬砌的一部分，风井联络通道4在打通的时候会导致这些水平支撑脱落，造成危险。因此需要在二次衬砌修建完成后进行修建，这个时候竖井内不存在水平支撑。

新风通道22采用多导洞暗挖法开挖，各层导洞自上而下逐层开挖，新风通道22的导洞中，能够接驳在新风井21上的导洞记作井导洞，不能接驳到新风井21上的导洞记作站导洞，井导洞以新风井21为起点开挖并从新风井21出土，站导洞以站厅5为起点开挖并从与站厅5连通的已有竖井出土。

活塞风通道12的方向是不能随意调整的，而为了避开活塞风通道12，新风通道22的走向进行了调整，这就导致新风井21无法下探到足够的深度与新风通道22充分接驳，无法接驳到新风井21上的导洞，其出土就存在很大的困难。因此这里选择用多个不同的起点开挖新风通道22的导洞，从而解决出土的问题。这样不仅解决了出土问题，而且还方便了后续的施工，因为新风接驳通道24这种把新风通道22连接到站厅5上的结构在修建过程中涉及到换撑，这样施工减少了新风接驳通道24开挖时的截面(因为其中一部分已经提前在新风通道22的开挖过程中一并开挖完成且修建了衬砌)，截面小则施工工作量小且换撑更加容易。

站厅5的侧壁中，与新风通道22接驳的侧壁记作接驳侧壁，新风通道22平行于接驳侧壁设置，并弯折90度后接入站厅5，新风通道22弯折接入站厅5形成的通道记作新风接驳通道24；站导洞先垂直于接驳侧壁开挖形成新风接驳通道24的一部分，挖到新风通道22远离站厅5的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞挡在开挖方向上的侧壁并沿新风通道22延伸方向开挖，封端板作为新风通道22初衬的一部分。封端板作为新风通道22初衬的一部分，可按加厚的初衬的形式修建。

各层站导洞中，开挖方向垂直于接驳侧壁且位于新风通道22内的分段记作不成环段23，不成环段23下方设置有用于支撑上方的导洞的支撑架；支撑架为门型撑，上下相邻两层站导洞中的支撑架垂直设置，且分别位于新风通道22的两个侧壁中靠近站厅5的侧壁位置、以及贴靠站导洞被破开的侧壁的位置。

这里的支撑架是站导洞转向开挖的代价，由于开挖方向转变了90度，在破开站导洞挡在开挖方向上的侧壁后，转角位置的新风通道22初衬无论在哪个方向上都无法成环，无法支撑上方的结构，因此需要额外设置支撑架。这里的门型撑，作用是对不成环段23的初衬进行补全，使之能够成环。门型撑本身不会挡在开挖方向上，不影响后续施工。由于门型撑这种纯钢结构刚度不如钢筋混凝土结构，同时其和初衬的连接也难以牢靠，用它来成环的话，门型撑位置属于是刚度较差且连接不牢的位置。如果上下两层站导洞的门型撑设置在同一位置，则这种缺点会进一步放大。因此需要让上下两层站导洞的门型撑相互垂直，使上下两层站导洞的初衬在不同方向上成环。本实施例中站导洞包括两层，如果超过两层，则按照这种规则，将上下两层站导洞的门型撑设置在以上两个不同位置并相互垂直。

两个位置的支撑架的安装方式稍有差别，新风通道22的两个侧壁中靠近站厅5的侧壁位置的支撑架，在开挖到安装位置后整个安装。而贴靠站导洞被破开的侧壁的位置的支撑架，就需要边开挖边逐段安装。

新风接驳通道24中，站导洞以外的部分与站导洞起始的分段并排设置，并在步骤二中新风通道22开挖完成后以站厅5为起点以平顶直墙法暗挖并接入新风通道22；新风接驳通道24中站导洞以外的部分接入新风通道22的位置的侧壁为无需在接入时破拆的门型撑。这样既能确保初衬成环，又能避免在后续接驳段修建时进行破拆。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，所述通风系统包括接驳在地铁站的站厅（5）上并通过活塞风井（11）与地面连通的活塞风通道（12）、接驳在地铁站的站厅（5）上并通过新风井（21）与地面连通的新风通道（22）、以及供旅客紧急逃生的安全通道（3），所述通风系统施工位置的地面空间能够容纳活塞风井（11）及新风井（21），但不足以容纳包含通风系统中所有地下结构的基坑，其特征在于：所述活塞风井（11）和活塞风通道（12）内分别由中隔墙分割出排风井和排风通道，所述活塞风通道（12）从新风井（21）下方穿过，所述施工方法包括以下步骤：

步骤一：明挖活塞风井（11），并同步用导坑法从站厅（5）暗挖活塞风通道（12），然后暗挖连接通道（13）使活塞风井（11）与活塞风通道（12）连通；

步骤二：步骤一开始的同时，用倒挂井壁法明挖新风井（21），然后暗挖新风通道（22），再从站厅（5）暗挖新风接驳通道（24）使新风通道（22）与站厅（5）连通。

2.根据权利要求1所述的一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，其特征在于：所述新风通道（22）及新风井（21）内分别由中隔墙分割出供旅客在紧急时刻逃生的安全通道（3），所述安全通道（3）内的竖直部分设置有用于供站厅（5）中的旅客爬上地面的楼梯。

3.根据权利要求2所述的一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，其特征在于：所述活塞风井（11）与安全通道（3）的竖直部分之间设置有用于供检修活塞风井（11）内设备的风井联络通道（4），所述风井联络通道（4）一端通过安全通道（3）的竖直部分中的楼梯通向地面、另一端通过活塞风井（11）中的楼梯通向需检修的设备；检修人员从安全通道（3）进入并检修活塞风井（11）内设备。

4.根据权利要求3所述的一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，其特征在于：所述风井联络通道（4）在活塞风井（11）和新风井（21）的二次衬砌均修建完成后，以安全通道（3）的竖直部分为起点向活塞风井（11）开挖。

5.根据权利要求1所述的一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，其特征在于：所述新风通道（22）采用多导洞暗挖法开挖，各层导洞自上而下逐层开挖，新风通道（22）的导洞中，能够接驳在新风井（21）上的导洞记作井导洞，不能接驳到新风井（21）上的导洞记作站导洞，所述井导洞以新风井（21）为起点开挖并从新风井（21）出土，所述站导洞以站厅（5）为起点开挖并从与站厅（5）连通的已有竖井出土。

6.根据权利要求5所述的一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，其特征在于：所述站厅（5）的侧壁中，与新风通道（22）接驳的侧壁记作接驳侧壁，所述新风通道（22）平行于接驳侧壁设置，并弯折90度后接入站厅（5），新风通道（22）弯折接入站厅（5）形成的通道记作新风接驳通道（24）；所述站导洞先垂直于接驳侧壁开挖形成新风接驳通道（24）的一部分，挖到新风通道（22）远离站厅（5）的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞挡在开挖方向上的侧壁并沿新风通道（22）延伸方向开挖，封端板作为新风通道（22）初衬的一部分。

7.根据权利要求6所述的一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，其特征在于：各层站导洞中，开挖方向垂直于接驳侧壁且位于新风通道（22）内的分段记作不成环段（23），所述不成环段（23）下方设置有用于支撑上方的导洞的支撑架；所述支撑架为门型撑，上下相邻两层站导洞中的支撑架垂直设置，且分别位于新风通道（22）的两个侧壁中靠近站厅（5）的侧壁位置、以及贴靠站导洞被破开的侧壁的位置。

8.根据权利要求6所述的一种地面受限的地铁站通风系统多起点组合开挖施工方法，其特征在于：所述新风接驳通道（24）中，站导洞以外的部分与站导洞起始的分段并排设置，并在步骤二中新风通道（22）开挖完成后以站厅（5）为起点以平顶直墙法暗挖并接入新风通道（22）；所述新风接驳通道（24）中站导洞以外的部分接入新风通道（22）的位置的侧壁为无需在接入时破拆的门型撑。