复杂环境条件下暗挖车站竖井方案设计_苗崇通.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言随着城市轨道交通的快速发展，施工对周边环境控制要求越来越高，暗挖法地铁车站施工工艺越来越受到重视1-3。相关学者、技术人员针对暗挖车站与施工竖井接口处技术措施进行了大量研究4。目前，大量的研究主要集中在暗挖车站与风道交叉段及马头门施工技术，但对于受限于车站周边复杂环境，无法采用侧出竖井开马头门进车站主体的相关技术方案研究较少。鉴于此，本文依托青岛地铁1号线中山路站工程，创新性提出了暗挖车站竖井顶出方案，研究了顶出竖井相关技术措施，有效地解决了暗挖车站附属施工拆迁、占地难问题，为后续相关工程提供参考。2工程案例2.1项目概况青岛地铁1号线中山路站位于胶州路和博山路交叉口到胶州路和聊城路交叉口之间，为地下两层岛式车站。车站主体结构断面采用单拱直墙双层车站的形式，为标准岛式站台车站，车站附属结构包括4个出入口、1个安全出入口，1号、2号两组风亭，如图1所示。B 出入口2 号风道1 号风道A 出入口D 出入口图 1车站总平面图复杂环境条件下暗挖车站竖井方案设计Scheme Design of Underground Excavation of Station ShaftUnder Complex Environmental Condition苗崇通（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）MIAO Chong-tong(China Railway Liuyuan Group Co.Ltd.,Tianjin 300308,China)【摘要】以青岛地铁 1 号线中山路站 1 号风井风道为例，对暗挖顶出竖井方案进行研究。研究表明：通过采取接口处拱部与边墙连接处加强，严格控制爆破振速，制定合理的开挖步序等措施，保证结构安全的情况下，可有效地解决暗挖车站附属施工拆迁、占地难问题，为复杂环境条件暗挖车站附属设计提供了新的方案和思路。【Abstract】This paper takes the air duct of No.1 air shaft at Zhongshan Road Station of Qingdao Metro Line 1 as an example,this paperstudies the scheme of underground excavation and jacking out of the shaft.The research shows that by strengthening the connectionbetween the arch at the interface and the side wall,strictly controlling the blasting vibration speed,formulating reasonable excavation stepsand other measures to ensure the structural safety,the problems of demolition and land occupation of the auxiliary construction of theunderground excavation station can be effectively solved,which provides a new scheme and idea for the auxiliary design of the undergroundexcavation station under complex environmental conditions.【关键词】地铁车站；顶出竖井；模拟【Keywords】subway station;jacking shaft;simulation【中图分类号】U231+.3【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0038-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.011【作者简介】苗崇通（1986），男，山东青岛人，工程师，从事地下工程设计与研究。382.2周边复杂环境条件中山路站沿胶州路东西方向布置，胶州路北侧为文保建筑、房产经营公司住宅、百年老屋，胶州路南侧为伊都锦商厦、东方贸易大厦、百年老屋，车站周边环境极其复杂，如图2所示。A 出入口B 出入口D 出入口1 号风道百年老屋东方贸易大厦伊都锦商厦2 号风道百年老屋胶州路文保建筑房产经营公司住宅图 2车站周边复杂环境1号风井风道位于车站小里程端，周边房屋地块隶属于青岛市风貌建筑保护范围，若通风竖井采用侧出方案，需占用文保建筑物地块，拆迁、占地协调难度大。2.3工程地质及水文地质条件车站场地地貌类型主要为剥蚀残丘地貌，基岩为燕山晚期侵入花岗岩，局部煌斑岩岩脉侵入。隧道拱顶覆岩9.7817.82m，车站主体以III2、IV2级围岩为主，隧道拱顶主要为微风化花岗岩，局部位于中风化花岗岩地层。地下水为基岩裂隙水，富水性差，地下水位埋深3.208.0 m。3方案设计3.1顶出竖井与车站主体接口设计通风竖井采用车站顶出方式，但顶出竖井与车站主体拱部接口处受力复杂，易造成拱部围岩坍塌，施工风险较大。针对以上难点，通风竖井采用车站顶出方式可较好地解决附属施工占地困难问题。具体采用技术措施如下。1）竖井与主体接口处沿车站纵向打设锁脚砂浆锚杆。竖井与主体接口处进行加强处理，增加纵向托梁及环向加强梁，以增加接口处刚度，保证车站主体与竖井结构受力要求。如图3所示。2）接口处拱部与边墙连接处加强处理，环向加强梁拱脚处结构外扩，使加强环梁部分受力传递至两侧岩石，解决边墙刚度小，受力集中的问题。如图4所示。3）竖井与车站主体贯通时应严格控制爆破振速，减小爆破对主体衬砌结构影响。4）制定合理的施工工序，主体衬砌及竖井与主体接口处横向、纵向环梁转换完成并达到设计强度后，方可进行地面风道及通风竖井施工。图 31 号风道接口处平面设计图 41 号风道接口处剖面设计3.2制定合理的施工工序1）施工车站主体初支结构。初支拱盖脚底部打设2根锁脚锚杆，竖井与主体接口处沿车站纵向打设锁脚砂浆锚杆。开挖过程中初期支护的挖、支、喷3环节必须紧跟，控制爆破参数。2）施工车站主体衬砌及竖向转换支撑。主体衬砌及竖井与主体接口处横向、纵向环梁、竖向支撑转换完成并达到设计强度后，方可进行地面风道及通风竖井施工。1号风道施工步序如图5所示。3）开挖竖井上部及下部结构，施工竖井衬砌结构。贯通时应严格控制爆破振速，减小爆破对主体衬砌结构影响。4基坑开挖模拟分析4.1计算模型本算模型左右水平计算范围均取隧道跨度的3倍，垂直计算范围向上取至自由地表，向下取隧道高度的2.5倍。隧道围岩本构模型采用库伦摩尔模型，计算模型如图6所示。衬砌Engineering Design of the Ground基础工程设计39Construction&DesignForProject工程建设与设计结构采用弹塑性各向同性体材料模拟，锚杆采用全长黏结式锚杆材料模拟，初期衬砌喷射混凝土采用全长黏结式直梁材料模拟。地层条件及支护计算参数如表1所示。表 1各地层计算参数围岩重度/（kN/m3）黏聚力/kPa内摩擦角/（）弹性模量/MPa素填土强风化岩中风化岩微风化岩17.5232626.15101005 000205055655155 00022 000图 6计算模型4.2计算结果分析1）由计算结果可知，竖井及车站开挖完成后引起的地表最大沉降值为15.6 mm（见图7），小于30 mm的最大地表沉陷的控制经验标准；施工开挖完成后由最大主应力云图可以看出，竖井及车站初支最大拉应力为1.02 MPa，未超过C25混凝土的抗拉强度1.27 MPa。2）从整个计算结果来看，竖井所选用施工方案和支护形式满足受力及变形要求，符合施工实际要求。图 7地表沉降5结论目前本工程已完成施工，经计算分析及工程实践，通风竖井采用顶出方式，在采取一定技术措施条件，可有效解决复杂城市环境中因占地受限等因素影响，暗挖车站风井无法侧出设置等问题。主要结论如下：1）顶出竖井与暗挖车站主体接口处须进行加强处理，接口处增加纵向托梁、环向加强梁，以增加接口处刚度。2）顶出竖井车站主体接口处拱部与边墙连接处应进行加强处理，环向加强梁拱脚处结构外扩，使加强环梁部分受力传递至两侧岩石，可有效解决边墙刚度小，受力集中的问题。3）施工过程中应制定合理的施工工序，先施工主体衬砌及接口处环梁结构，环梁转换完成并达到设计强度后，方可进行地面风道及通风竖井施工。4）竖井与车站主体贯通时应严格控制爆破振速，减小爆破对主体衬砌结构影响，并加强竖井与车站主体接口处监控量测。【参考文献】1李树忱,钱七虎,张敦福,等.深埋隧道开挖过程动态及破裂形态分析J.岩石力学与工程学报,2009(10):2104-2112.2王俊.岩质地层暗挖车站施工设计关键技术研究J.地下空间与工程学报,2016(2):442-449.3刘涛,张瑾,闫楠.岩石地区浅埋暗挖地铁车站支护结构设计初步研究J.岩土工程学报,2010(增 2):347-350.4杨宏射.地铁暗挖车站风道与车站主体交叉段及马头门处系统锚杆与钢架联体支护技术J.隧道建设,2014(9):900-907.地面风道结构施工竖井结构施工主体结构钢架破除主体衬砌结构及梁柱转换施工图 51 号风道施工步序图【收稿日期】2022-08-1340