暗挖地铁车站三层改两层优化及附属风井设计优化研究

引言：近年来地铁工程技术发展、规范推陈更新，为顺应新时代高质量发展，对新建地铁线路提出了更高的要求，在提高施工安全性、规避工程风险、优化施工方案方面进行相关研究，通过青岛地铁 8 号线五四广场站暗挖三层段方案优化案例，为后续工程设计提供参考。

一、工程概况

五四广场站为 8 号线终点站，车站含站后折返线，为地下暗挖岛式车站，主体结构采用二衬拱盖法施工，局部三层。该站 8 号线为新建，另有2、3 号线已通车运营，站内可进行厅厅换乘。车站地处城市建成区，周边以商业、行政区域为主，交通密集且地理位置重要，因此考虑车站暗挖，以最大程度减少对地面的影响。但地下存在的重要电缆、暗渠以及周边楼宇地下室外扩制约了车站规模，给方案带来挑战。

二、地质水文分析及风险判断

通过地质资料分析判断，侵蚀堆积缓坡：地形整体较平缓，地面标高：8.32～9.00 米。该段第四系较发育，第四系主要以填土、中砂、粉质黏土组成，厚度约 4.90~7.50 米，下伏基岩主要为花岗岩，后期穿插煌斑岩及细粒花岗岩。该段小里程端为拟建车站与 2、3 号线车站换乘通道换乘，拱顶为第四系砂层。其它地段拱顶为强风化花岗岩，节理很发育，围岩自稳很差，该段覆岩厚度一般 2.9~7.7 米，其上为粉质黏土层、中砂层，隧道拱顶以上的花岗岩强风化下亚带亦是地下水流通的途径，当支护、防水措施选择不当或不及时的情况下，易在水压力的影响下与水一起涌出。场区地下水以第四系孔隙潜水为主，水量中等，场区 3～5 年的最高水位标高不超过8.0 米。通过 1 号横通道开挖揭示，强风化围岩差，未采用爆破施工，施工期间水量大。在五四广场站主体开挖过程中，多处地表沉降监测点超过预警值，后续开挖过程中存在很大的工程风险，因此需要优化后续三层段工程，减少开发风险。

三、三层段方案优化思路介绍

3.1 原方案设计断面较大、风险较高

采用三层换乘段采用采用带小导洞的拱盖法，小导洞采用拱顶直墙断面开挖尺寸 5.5m×6.0m ，洞内车站拱脚处采用3 排钻孔钢管桩（ Φ325@1000 ，内排竖直向下，最外 2 排向外倾斜 15^∘ ）加强拱脚基底承载力，最内排桩长嵌入底板 1.5m ，外侧 2 排桩嵌入微风化 1.5m 。拱部开挖总跨度 28.0m ，高度 10.1m 。较双侧壁法开挖跨度增加 3.2m ，覆跨比为 0.3。拱部采用帷幕注浆加固地层，拱部采用双层初支+超前管棚和超前小导管支护，拱部采用预留核心土，分 3 部分开挖，开挖支护完成后，分段拆除临时中隔壁和拱部内小导洞初支，一次浇筑拱盖完成，拱部以下分层放坡开挖，采用锚杆、锚索支护，顺做施做下部二衬。

三层段车站主体覆土厚度约 8.4m ，主要为杂填土 (2.8m～3.9m) 、粉质黏土(约 3.8m ）、中砂(约 2.3m ）、强风化花岗岩下亚带、强风化煌斑岩，覆岩厚度约 0.4m～2.2m ；地下水丰富（地表下 1.0m～5.4m ），底板埋深约 31.5～ 32.7 米。车站范围内有 1 条构造破碎带，宽约 10m ，围岩节理发育，块状碎裂岩；Ⅴ、Ⅵ交界处存在煌斑岩，宽约 10m 。覆跨比达 0.347，为超浅埋、超大断面暗挖车站，存在很高的工程风险与环境风险。

3.2 建筑功能布局整体优化，独立设置环控功能分区

三层段为车站小里程段站厅换乘区域，共分三层，由下往上分别为站台层、站厅层与换乘节点层。地下一层夹层区域为换乘节点层，总长 45 米，标准段宽 21.5 米,面积为 1100 平方米。位于车站小里程端部，换乘节点层由公共区及活塞风道组成。夹层与 8 号线站厅层之间设置三部扶梯，提升高度为 5.1 米；同时设置三部扶梯与 2、3 号线站厅层换乘，提升高度为 6.86米,换乘通道结构内径宽为 8.2 米，水平长度为 20 米。本站需从站厅乘坐扶梯，经过换乘层，到达既有线站厅实现换乘。减小断面势必要取消换乘层，释放优化空间。经方案研究论证，调整以下设计内容：（图 3）

（1）将换乘节点层取消，改为宽度 7.8m 的暗挖换乘通道，设有三部扶梯（两部上行、一部下行）、一部楼梯、一部无障碍升降机。调整后需经大客流模拟分析验证，验证得出既有线换乘扶梯前排队人数较多，冲击较大。此问题属于既有线改造工程内容，解决措施为土建既有线结构墙破洞时，既有线公共区改造一部分闸机的栏杆，并在换乘通道安装一段可拆卸栏杆引导客流，提高通行效率，避免交叉。改造工程中应考虑施工时对既有线的影响，注意是否影响公共区疏散距离，对于不满足要求的区域进行围挡分隔。

（2）新增换乘通道、取消换乘节点层，使设备区面积不足，综合考虑分为两部分调整，一部分为区间活塞风，将其移至临近区间内作为区间风井设置，其余部分为车站通风设备，将此部分作为地下四层附属设备区，外挂在 1 号风亭组附近。原车站主体内新、排风道调整至 1 号竖井横通道内部，合理利用车站主体开挖既有的结构进行设计，打通了主体与外挂附属的连接，从附属实现对车站主体大系统、小系统、水系统控制联络。并将其他出入口的无障碍电梯移至此区域，减少了单独的竖井开挖工程，节约了 1 号竖井横通道回填量，直接减少了附属数量与工期。车站规模也进行优化，公共区应进行安全疏散计算，验证后满足疏散时间要求。调整后既实现了结构断面的优化，也节省了工程量，并保证了车站基本使用功能。

3.3 结构断面变小，确保施工安全

经过调整，三层段变更为两层，拱部下压了 5.25m ，埋深由 8.4m 变为14.2m ,覆岩厚度由最小 0.4m 变为 5.65m 。拱顶部分进入中风化岩层，拱脚位于中风化微风化岩层。换乘段车站拱部采用帷幕注浆加固地层，拱部采用一层初支+超前管棚+超前小导管支护，拱部分四个导洞开挖，拱盖一次浇筑，下部采用放坡开挖，顺做施工下部二衬。车站主体开挖风险大大降低，主体开挖工程量变小，节省主体施工工期。换乘段两层方案将部分建筑设备放置于 1 号风亭组内，使得 1 号风亭组结构等附属施工风险提高，可采取通常措施风险可控。

四、方案论证与结论

本次优化是五四广场站初步设计后，由于本站存在较高的工程风险，综合周边环境、管线迁改、交通疏解、施工安全等因素进行的调整。方案经专家论证形成意见如下，换乘节点二层暗挖方案总体可行，但须保证车站施工功能；施工过程中应疏干换乘通道上方富水砂层中的地下水，并进一步落实优化方案。按专家意见执行后经过设计变更完成了二层车站的主体与附属施工方案，实现了施工措施的加强，降低了风险。此次优化显示出设计与施工相辅相成，尤其是建成区大型公建及地下工程，外部因素难以估计，设计从业者需密切配合现场指导施工，发现问题及时上报解决问题，必要时进行设计变更。设计不仅对图纸负责，更要为后续施工顺利进展提供技术性保障。

图 1：三层段断面图 图 2:二层优化断面图参考文献：

图 3：换乘通道及外挂方案

（1）《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）（2018 年版）；（2）《地铁设计防火标准》（GB51298-2018）；（3）《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB51251 2017）；（4）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2016）；（5）王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，

2009.；（6）李宁宁，杜虎，土岩组合地层占用拱盖法地铁车站工法优化研究，

国防交通工程与技术，2017.4；（7）吕波，暗挖地铁车站拱盖法关键施工技术，现代隧道技术，2014.6