暗挖法地鐵區(qū)間風(fēng)井技術(shù)方案研究

陳衛(wèi)軍

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)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(qū)間下穿臘山及臘山河，區(qū)間為分離式單洞單線，采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間總長度?3?525?m，豎向總體呈?W?形。隧道結(jié)構(gòu)覆土厚度?9.5～52.5?m，隧道主要穿過地層為粉質(zhì)黏土、黏土、中風(fēng)化石灰?guī)r。

根據(jù)列車牽引計(jì)算及行車組織設(shè)計(jì)，需考慮設(shè)計(jì)中間風(fēng)井?1?座，以確保任一區(qū)間不會(huì)同時(shí)存在?2?列列車。受沿線地形及場地限制，經(jīng)綜合比選，中間風(fēng)井位置選在國防路以南、臘山路以北的坡地內(nèi)，距離任家莊站1?955?m，距離臘山站?1?577?m。中間風(fēng)井位于規(guī)劃市政道路下，出地面風(fēng)亭及出入口位于規(guī)劃道路紅線外綠地內(nèi)。中間風(fēng)井位置為山坡，2?m?深度內(nèi)為山皮種植土，線路埋深約?24.5?m，風(fēng)井主要位于強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化石灰?guī)r。由于地面為一片墳地及民宅，拆遷安置較困難，業(yè)主要求采用暗挖法實(shí)施中間風(fēng)井建設(shè)。

2 風(fēng)井功能及技術(shù)要求

（1）中間風(fēng)井基本功能是控制區(qū)間內(nèi)列車周圍隧道空氣溫度，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)能迅速進(jìn)行機(jī)械防排煙，滿足乘客安全疏散和消防撲救需要。主要基本設(shè)施設(shè)備包括活塞風(fēng)井/活塞風(fēng)道、隧道風(fēng)機(jī)/風(fēng)閥/消聲器、環(huán)控機(jī)房、環(huán)控電控室等。

（2）風(fēng)井距離兩端車站、變電所較遠(yuǎn)，低壓輸電半徑過大且單臺(tái)設(shè)備功率較大，為確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置跟隨式降壓變電所，其消防防災(zāi)要求配備氣體滅火。

（3）GB50490《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)區(qū)間隧道設(shè)中間風(fēng)井時(shí)，井內(nèi)或就近應(yīng)設(shè)置直通地面的防煙樓梯間，應(yīng)設(shè)置機(jī)械防煙、排煙設(shè)施、加壓送風(fēng)室及新風(fēng)、排風(fēng)亭。

（4）區(qū)間風(fēng)井的建筑規(guī)模多在?1?500～3?000?m2，土建結(jié)構(gòu)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(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》規(guī)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(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ級(jí)；斷面大于?6?m?的礦山法工程及較長范圍處于接近狀態(tài)的并行或交疊隧道，其工程自身風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)?！?/p>

（5）當(dāng)在地層中進(jìn)行大體量洞室開挖時(shí)，受地層穩(wěn)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(hù)體系受力明確不同，暗挖法風(fēng)井的建筑功能布局應(yīng)遵循如下原則：①根據(jù)功能進(jìn)行分區(qū)，每一功能區(qū)域內(nèi)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(yù)估群洞效應(yīng)帶來的不利影響；③綜合考慮圍巖自身穩(wěn)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(fēng)險(xiǎn)及采取相應(yīng)加固措施帶來的高昂造價(jià)。

3 暗挖區(qū)間風(fēng)井建設(shè)方案分析

3.1 方案 1

方案?1：明挖豎井+暗挖橫向活塞風(fēng)道+地面布置設(shè)備及管理用房。

為有效降低工程總造價(jià)及暗挖工程風(fēng)險(xiǎn)，該方案地下部分僅考慮必需的活塞風(fēng)道/活塞風(fēng)井及疏散功能空間，將風(fēng)機(jī)/消聲器/風(fēng)閥、跟隨變電所、環(huán)控機(jī)房、監(jiān)控室、氣瓶間等設(shè)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(jià)相對(duì)較低，因而工程總造價(jià)最低，同時(shí)，由于暗挖體量少，工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)較小。該方案的缺點(diǎn)是：永久征地面積大，地面附著建筑物拆遷費(fèi)用高、協(xié)調(diào)難度大，地面建筑體量大，需考慮與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)等。

本工程由于地面附著物征拆協(xié)調(diào)難度大，未對(duì)該方案進(jìn)行深化方案設(shè)計(jì)，可參考大連地鐵?2?號(hào)線紅旗西路站至南松路站區(qū)間風(fēng)井設(shè)計(jì)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(shè)備及管理用房緊湊布置在地下空間內(nèi)。

該方案在地面明挖?15?m×6.5?m?單一豎井，然后在豎井內(nèi)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(dá)?10?m（寬）×14.5?m（高），毛尺寸達(dá)到11.7?m（寬）×16.2?m（高）。其中，明挖豎井中布置新風(fēng)井、排風(fēng)井、2?個(gè)活塞風(fēng)井及消防疏散出入口。為確保各風(fēng)口間距滿足規(guī)范要求，該方案需采用高風(fēng)亭設(shè)計(jì)。

該方案地下一層主要為設(shè)備及管理用房，由環(huán)控機(jī)房、環(huán)控電控房、區(qū)間跟隨所、氣瓶間、加壓送風(fēng)室、樓梯間、強(qiáng)電井、弱電井等組成。地下二層、三層分別設(shè)活塞風(fēng)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(jù)規(guī)范其自身風(fēng)險(xiǎn)被界定為Ⅰ級(jí)，在圍巖強(qiáng)度高、完整性好的地層條件下可優(yōu)先考慮選用。本工程地層完整性相對(duì)較差，為確保開挖階段的洞室安全、降低工程風(fēng)險(xiǎn)，開挖階段需設(shè)計(jì)臨時(shí)中隔壁及多道臨時(shí)仰拱，豎向需分?3～4?層導(dǎo)洞開挖，工序復(fù)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(fēng)道及設(shè)備管理用房洞室。

該方案在地面設(shè)計(jì)?2?個(gè)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(nèi)橫向暗挖單跨雙層拱形洞室，兩豎井及其橫通道內(nèi)按功能分區(qū)分別設(shè)計(jì)為設(shè)備管理用房區(qū)及活塞風(fēng)道區(qū)。設(shè)備管理用房區(qū)為單跨雙層洞室，其凈尺寸為?9?m（寬）×12.5?m（高），活塞風(fēng)道區(qū)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(gè)洞室間通過?3.5?m×10?m（單跨雙層）通道相連。其中，新風(fēng)井、排風(fēng)井、活塞風(fēng)井、消防疏散樓梯間分別布置在?2?個(gè)豎井內(nèi)，出地面風(fēng)亭考慮為對(duì)地面景觀影響小的低風(fēng)亭。

該方案設(shè)備管理用房區(qū)洞室內(nèi)地下一層、地下二層分別布置環(huán)控機(jī)房、環(huán)控電控房、區(qū)間跟隨所、氣瓶間、加壓送風(fēng)室、樓梯間、強(qiáng)電井、弱電井道?；钊L(fēng)道區(qū)洞室內(nèi)地下一層、地下二層分別布置上行、下行活塞風(fēng)道及風(fēng)機(jī)。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(fēng)險(xiǎn)降低為Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)。暗挖洞室在圍巖較好時(shí)，可采用上下導(dǎo)洞法開挖，當(dāng)圍巖略差時(shí)，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(fēng)道+暗挖與區(qū)間隧道相連通的設(shè)備管理用房。

該方案在地面設(shè)計(jì)一直徑?7?m?圓形豎井，在豎井內(nèi)布置風(fēng)井及疏散樓梯。在豎井底部分別向?2?個(gè)垂直方向暗挖單跨雙層拱形活塞風(fēng)道及通向設(shè)備管理用房的疏散洞室。設(shè)備管理用房與區(qū)間隧道平行布置并保持一定安全凈距，管理用房與區(qū)間隧道間設(shè)聯(lián)絡(luò)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(shè)備與管理用房平行于區(qū)間隧道平面布置圖

圖6 設(shè)備與管理用房平行于區(qū)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(shè)備管理用房發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員疏散至區(qū)間隧道內(nèi)，給行車帶來安全隱患。當(dāng)區(qū)間采用盾構(gòu)法時(shí)，聯(lián)絡(luò)通道與盾構(gòu)隧道的連接使盾構(gòu)剛度削弱較多。該方案可根據(jù)工程實(shí)際情況有選擇地采用隧道，本工程不予推薦。

4 結(jié)束語

本文在調(diào)研國內(nèi)地鐵區(qū)間風(fēng)井建設(shè)案例的基礎(chǔ)上，結(jié)合某城市市域快線?R2?線長大區(qū)間中間風(fēng)井建設(shè)案例，分析探討了暗挖法實(shí)現(xiàn)中間風(fēng)井的技術(shù)方案。為降低工程自身風(fēng)險(xiǎn)及工程總造價(jià)，地鐵暗挖法區(qū)間中間風(fēng)井布局時(shí)宜根據(jù)功能進(jìn)行分區(qū)，每一功能區(qū)域布置在一個(gè)洞室內(nèi)，且盡可能集中、緊湊布置；不同功能分區(qū)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(yù)估群洞效應(yīng)給工程帶來的風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)的高昂加固措施費(fèi)用。

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