CN117948150A - 一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道掘进的方法或设备技术领域，公开了一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，本发明中，通过将新风通道平行于接驳侧壁设置并弯折90度后接入站厅，并将新风通道的导洞分成两部分，与风井侧壁接驳的井导洞按传统方法开挖，无法与风井侧壁接驳的站导洞从站厅开挖，不需要很高的施工精度就能顺利与井导洞汇合，在挖到井导洞下方后转向并沿着井导洞开挖。从而解决了无法与风井侧壁接驳的站导洞出土困难的问题；同时，由于站导洞直接接入站厅，这部分的开挖同时也完成了一部分受力复杂的接驳段的开挖以及受力转换，减少了后续施工的工作量。

Description

一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法

技术领域

本发明涉及隧道掘进的方法或设备技术领域，特别是涉及一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法。

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。

在修建的时候，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。活塞风通道由于借助了活塞风效应来排风，因此其必须要顺着地铁的运行方向设置，也就是说它需要垂直于地铁站的侧壁来接驳入地铁站的站厅。它的开挖方式也是从站厅开始，以确保与地铁的运行路线不发生偏差。而新风通道则相对而言限制少一些（但也有一些，比如风道的埋深、风道与站厅的接驳口的埋深是不能随意调整的），其走向没有明确的限制，且也不需要接入地铁站上特定的位置。

但新风通道限制少就意味着施工中需要用它来为其它的地下结构让路，在其他无法随意更改走向及位置的地下结构修建完成后，从这些地下结构之间的间隙中修建。这导致地铁的新风通道走向及两端的连接往往存在很多变数。理想情况下，新风通道应该一端接驳在风井的侧壁，另一端平直延伸，在不需要拐弯的情况下接入地铁站厅。修建的时候，以风井为起点开挖，以避免地下结构的对齐（从地铁站开挖的话，让风道与横截面较小的风井对齐，开挖的要求高）。但实际施工中，为了绕开其他无法随意更改走向及位置的地下结构，新风通道往往需要拐弯，两端的连接位置也需要调整。一种典型的状况是为了绕开活塞风通道，使新风通道的风井深度受限（新风通道的风井下面是活塞风通道），新风通道一端只有一部分能够接驳在风井的侧壁，未能接驳在风井侧壁的部分的开挖就存在很大的困难，这部分的土方不能直接运入风井中吊出，而是需要先转运到上半部分，再从这里进入风井，施工效率显著降低。本发明所在的北京地铁19号线北太平庄站的新风通道就面临着这种困难。

发明内容

本发明提供一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法。

解决的技术问题是：地铁站的新风通道为了绕开其他地下结构，一端只有一部分能够接驳在风井的侧壁，未能接驳在风井侧壁的部分的开挖存在很大的困难。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，采用多导洞暗挖法开挖风道，所述地铁站的站厅的侧壁中，与风道接驳的侧壁记作接驳侧壁，所述风道平行于接驳侧壁设置，并弯折90度后接入站厅，风道弯折接入站厅形成的通道记作接驳段；

风道开挖时，各层导洞自上而下逐层开挖，可接驳在风井侧壁的导洞以风井为起点开挖并记作井导洞，剩余的导洞以站厅为起点开挖并记作站导洞；

所述站导洞先垂直于接驳侧壁开挖形成接驳段的一部分，挖到风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风道延伸方向开挖，封端板作为风道初衬的一部分。

进一步，各层站导洞中，开挖方向垂直于接驳侧壁且位于风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。

进一步，所述站导洞包括两层，所述支撑架为门型撑，上层的站导洞中的支撑架设置在风道的两个侧壁中靠近站厅的侧壁位置，下层的站导洞中的支撑架贴靠站导洞被破开的侧壁设置，两层站导洞中的支撑架垂直设置。

进一步，所述施工方法包括以下步骤：

步骤一：逐层在风井侧壁上开马头门并以风井为起点开挖井导洞；

步骤二：在接驳侧壁上开马头门，开挖上层的站导洞，不成环段位置的初衬内的空间足以放下整个支撑架时，安装支撑架，然后继续开挖，挖到风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风道延伸方向开挖；

步骤三：在接驳侧壁上开马头门，开挖下层的站导洞，不成环段位置的初衬内的空间足以放下一段支撑架时，安装一段支撑架，然后继续开挖并同时逐段安装支撑架，挖到风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风道延伸方向开挖。

进一步，所述接驳段中，站导洞以外的部分与站导洞起始的分段并排设置，在风道开挖完成后以站厅为起点以平顶直墙法开挖并接入风道。

进一步，所述风道被接驳段中站导洞以外的部分接入的位置的侧壁为无需在接入时破拆的门型撑。

进一步，所述井导洞中挖出的土方装车后运到风井中吊出，所述站导洞中挖出的土方装车后运到站厅中运出。

进一步，所述接驳段的流通截面积不小于风道中供空气流过的部分的流通截面积。

进一步，所述井导洞分为三层，所述支撑架为Ⅰ22a双拼型钢门型撑。

本发明一种节约材料及工时的地铁站风道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，通过将新风通道平行于接驳侧壁设置并弯折90度后接入站厅，并将新风通道的导洞分成两部分，与风井侧壁接驳的井导洞按传统方法开挖，无法与风井侧壁接驳的站导洞从站厅开挖（此时开挖方向垂直于井导洞，因而十分容易挖到井导洞下方，方向有一定偏移也没事，施工精度要求很低），在挖到井导洞下方后转向并沿着井导洞开挖。从而解决了无法与风井侧壁接驳的站导洞出土困难的问题（可以从站厅出土）；同时，由于站导洞直接接入站厅，这部分的开挖同时也完成了一部分受力复杂的接驳段的开挖以及受力转换，减少了后续施工的工作量。

附图说明

图1为风井与风道的相对位置示意图，图中以箭头标识开挖方向；

图2为井导洞开挖时的平面图；

图3为站导洞开挖时的平面图；

图中，1-风井，2-风道，3-接驳段，4-站厅，5-支撑架，61-井导洞，62-站导洞。

具体实施方式

以应用了本发明的北京地铁19号线北太平庄站的新风通道为例，如图1-3所示，一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，采用多导洞暗挖法开挖风道2，地铁站的站厅4的侧壁中，与风道2接驳的侧壁记作接驳侧壁，风道2平行于接驳侧壁设置，并弯折90度后接入站厅4，风道2弯折接入站厅4形成的通道记作接驳段3；

本实施例中，风道2为地铁站的新风通道，新风通道的风井1下方为垂直于接驳侧壁的排风通道，导致风井1深度受限，风道2的导洞中只有上面几层可接入风井1。因此风道2开挖时，各层导洞自上而下逐层开挖，可接驳在风井1侧壁的导洞以风井1为起点开挖并记作井导洞61，剩余的导洞以站厅4为起点开挖并记作站导洞62。

站导洞62先垂直于接驳侧壁开挖形成接驳段3的一部分，挖到风道2远离站厅4的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞62挡在开挖方向上的侧壁并沿风道2延伸方向开挖，封端板作为风道2初衬的一部分，可按加厚的初衬的形式修建。

各层站导洞62中，开挖方向垂直于接驳侧壁且位于风道2内的分段记作不成环段，不成环段下方设置有用于支撑上方的导洞的支撑架5。

这里的支撑架5是站导洞62转向开挖的代价，由于开挖方向转变了90度，在破开站导洞62挡在开挖方向上的侧壁后，转角位置的风道2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5。

但这个代价整体来看是负的，因为它虽然导致在风道2的开挖阶段多花费了一些构件和工作量，但后续接驳段3施工的材料消耗和工作量变小了。这里直接完成了一部分接驳段3的施工，这部分后续无需再开挖，也无需进行复杂的受力转换，省去了后续受力转换的构件和工作量。同时，由于接驳段3剩余部分的横截面变小，剩余部分的受力转换的难度也大大为减少。

站导洞62包括两层，支撑架5为门型撑，上层的站导洞62中的支撑架5设置在风道2的两个侧壁中靠近站厅4的侧壁位置，下层的站导洞62中的支撑架5贴靠站导洞62被破开的侧壁设置，两层站导洞62中的支撑架5垂直设置。

这里的门型撑，作用是对不成环段的初衬进行补全，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。如果上下两层站导洞62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洞62的门型撑相互垂直，使上下两层站导洞62的初衬在不同方向上成环。本实施例中站导洞62包括两层，如果超过两层，则按照这种规则，将上下两层站导洞62的门型撑设置在以上两个不同位置并相互垂直。

施工方法包括以下步骤：

如同2所示，步骤一：逐层在风井1侧壁上开马头门并以风井1为起点开挖井导洞61；

这里的开挖方式是常规的，直接沿风井1出土。

如图3所示，步骤二：在接驳侧壁上开马头门，开挖上层的站导洞62，不成环段位置的初衬内的空间足以放下整个支撑架5时，安装支撑架5，然后继续开挖，挖到风道2远离站厅4的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞62挡在开挖方向上的侧壁并沿风道2延伸方向开挖；

这里的支撑架5设置位置在开挖的掌子面上，因此可以在挖到它的位置后整个安装。支撑架5与初衬中的格栅架可通过焊接或栓接的方式连接成环，下同。

步骤三：在接驳侧壁上开马头门，开挖下层的站导洞62，不成环段位置的初衬内的空间足以放下一段支撑架5时，安装一段支撑架5，然后继续开挖并同时逐段安装支撑架5，挖到风道2远离站厅4的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞62挡在开挖方向上的侧壁并沿风道2延伸方向开挖。

支撑架5为Ⅰ22a双拼型钢门型撑，支撑架5中每隔四米就有一根钢柱，因此可以边开挖边设置。

如图3所示，接驳段3中，站导洞62以外的部分与站导洞62起始的分段并排且共壁设置，在风道2开挖完成后以站厅4为起点以平顶直墙法开挖并接入风道2。这里由于风道2无法全断面接入站厅4，导致接驳段3流通截面积变小，空气进入车站的流速会变大，能耗提高(突缩效应)且对站厅4内的人员造成不适，因此通过把接驳段3拉宽来增大流通截面积。由于风道2与接驳段3垂直，这里进行拉宽是很容易的。

风道2被接驳段3中站导洞62以外的部分接入的位置的侧壁为无需在接入时破拆的门型撑。也就是说，风道2在修建的时候，侧壁需要与接驳段3连接的位置提前换成门型撑而不是钢筋混凝土的初衬，这样既能确保初衬成环，又能避免在后续接驳段3修建时进行破拆。

井导洞61中挖出的土方装车后运到风井1中吊出，站导洞62中挖出的土方装车后运到站厅4中运出。地铁站的站厅4本身就带有大量通向地面的竖井，站导洞62中挖出的土方装车后运到站厅4中，再沿这些竖井到达地面。从而不需要在各层导洞之间竖直转运土方(地铁站施工中常采用电三轮转运土方，水平转运十分容易，但竖直转运严重影响效率，因为电三轮要想爬坡就不能装太多土，且整体起吊的话效率低)。

接驳段3的流通截面积不小于风道2中供空气流过的部分的流通截面积。风道2本身往往还兼具其它功能，其流通截面积不一定全部用来通风，因此这里接驳段3的流通截面积只需要不小于风道2中供空气流过的部分的流通截面积即可。

本实施例中，井导洞61分为三层，与站导洞62加一块为五层，能应对绝大部分风道2的开挖。而支撑架5为Ⅰ22a双拼型钢门型撑，从而可以满足步骤三中边开挖并同时逐段安装支撑架5的需求。

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 (9)

1.一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，采用多导洞暗挖法开挖风道（2），其特征在于：所述风道（2）为地铁站的新风通道，所述地铁站的站厅（4）的侧壁中，与风道（2）接驳的侧壁记作接驳侧壁，所述风道（2）平行于接驳侧壁设置，并弯折90度后接入站厅（4），风道（2）弯折接入站厅（4）形成的通道记作接驳段（3）；

风道（2）开挖时，各层导洞自上而下逐层开挖，可接驳在风井（1）侧壁的导洞以风井（1）为起点开挖并记作井导洞（61），剩余的导洞以站厅（4）为起点开挖并记作站导洞（62）；

所述站导洞（62）先垂直于接驳侧壁开挖形成接驳段（3）的一部分，挖到风道（2）远离站厅（4）的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞（62）挡在开挖方向上的侧壁并沿风道（2）延伸方向开挖，封端板作为风道（2）初衬的一部分。

2.根据权利要求1所述的一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，其特征在于：各层站导洞（62）中，开挖方向垂直于接驳侧壁且位于风道（2）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（5）。

3.根据权利要求2所述的一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，其特征在于：所述站导洞（62）包括两层，所述支撑架（5）为门型撑，上层的站导洞（62）中的支撑架（5）设置在风道（2）的两个侧壁中靠近站厅（4）的侧壁位置，下层的站导洞（62）中的支撑架（5）贴靠站导洞（62）被破开的侧壁设置，两层站导洞（62）中的支撑架（5）垂直设置。

4.根据权利要求3所述的一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：

步骤一：逐层在风井（1）侧壁上开马头门并以风井（1）为起点开挖井导洞（61）；

步骤二：在接驳侧壁上开马头门，开挖上层的站导洞（62），不成环段位置的初衬内的空间足以放下整个支撑架（5）时，安装支撑架（5），然后继续开挖，挖到风道（2）远离站厅（4）的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞（62）挡在开挖方向上的侧壁并沿风道（2）延伸方向开挖；

步骤三：在接驳侧壁上开马头门，开挖下层的站导洞（62），不成环段位置的初衬内的空间足以放下一段支撑架（5）时，安装一段支撑架（5），然后继续开挖并同时逐段安装支撑架（5），挖到风道（2）远离站厅（4）的侧壁位置后，永久封端，然后破开站导洞（62）挡在开挖方向上的侧壁并沿风道（2）延伸方向开挖。

5.根据权利要求1所述的一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，其特征在于：所述接驳段（3）中，站导洞（62）以外的部分与站导洞（62）起始的分段并排设置，在风道（2）开挖完成后以站厅（4）为起点以平顶直墙法开挖并接入风道（2）。

6.根据权利要求5所述的一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，其特征在于：所述风道（2）被接驳段（3）中站导洞（62）以外的部分接入的位置的侧壁为无需在接入时破拆的门型撑。

7.根据权利要求1所述的一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，其特征在于：所述井导洞（61）中挖出的土方装车后运到风井（1）中吊出，所述站导洞（62）中挖出的土方装车后运到站厅（4）中运出。

8.根据权利要求5所述的一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，其特征在于：所述接驳段（3）的流通截面积不小于风道（2）中供空气流过的部分的流通截面积。

9.根据权利要求4所述的一种节约材料及工时的地铁站风道组合开挖施工方法，其特征在于：所述井导洞（61）分为三层，所述支撑架（5）为Ⅰ22a双拼型钢门型撑。