悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站及其施工方法

摘要

一种悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站及其施工方法，车站由主体部分和附属部分组成，所述主体部分包括站厅层、下行通道、风道和站台层，附属部分包括外挂设备房，所述站台层由轨行区隧道和交换通道构成，轨行区隧道按地铁行车方向分为上行轨行区隧道和下行轨行区隧道，上行轨行区隧道和下行轨行区隧道在地铁行车的纵向间隔平行布设，所述交换通道为多条且横向间隔设置，各交换通道之间分别设有岩柱，所述站厅层悬挂设置于站台层的上方两侧且在纵向上独立分为悬挂设置的两个厅；由此，本发明克服了传统缺陷，结构整体力学性能较好，可以灵活避让站位附近地下管线或周边重要建构筑物，车站不同区域可以因地制宜，灵活布置，简单高效。

说明书

技术领域

本发明涉及城市地铁车站建筑结构的技术领域，尤其涉及一种悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站及其施工方法。

背景技术

地铁作为城市轨道交通方式的一种重要组成，对人口密集型城市的客运交通正在发挥越来越大的正向作用。由于地铁的出现是为了解决城市交通拥堵，填补城市交通速度空白，所以经常需要考虑在闹市区修建地铁车站。但在施工方法上，如果采用明挖的方法，必然会加剧闹市区交通拥堵，所以在城市闹市区通常采用暗挖方法施工。

常见的车站主体一般为一体式双层结构，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。这种结构整体不可分割，施工方法比较单一，受地形地貌和地质条件的限制且对周边环境影响较大。

一般来说，地铁车站站台范围内的地铁线路应当保持水平，如果存在排水等原因，坡度也不宜超过2‰。因此对于传统一体式车站，各层纵向两端基本位于同一标高。然而在一些丘陵山地地区，如重庆、青岛等，地势起伏较大，城市道路坡度大，这将导致建设地铁时两端出入口的地面标高差异较大

1.由于通常一体式暗挖车站各层标高基本保持水平，车站埋深受低地势控制，当车站大小里程端地势差较大时，会导致车站整体埋深较大，且由于地势差的存在，两端埋深相差较大。举例来说，假设地面坡度为5％，对于纵向200m的地铁车站，其标高将相差10m，因为站厅层各处标高一致，因此出入口埋深将相差10m。根据《地铁设计规范要求》，车站出入口自动扶梯倾角不宜大于30°，当车站两端埋深相差10m时，其出入口长度将相差20m以上。同时出于人防目的或是总体规划限制等使得车站本身站台层埋深可能较大，对于埋深较大的一端，其用于出入地面的出入口可能超过100m，这不利于乘客的疏散和乘车效率，并且根据规范要求，超过100m的出入口需要采取能满足消防疏散要求的措施，这将增加工程量和经济成本。

2.采用暗挖法施工一体式双层车站时，由于其横断面跨度较大，容易产生大的变形导致结构失效，因此在施工时需要很强的支护，整体施工风险大、难度大且，成本高。同时空间利用率低，功能分区无法在结构上体现因而划分不够清晰，不够经济环保。

3.对于城市建设密集区，周边地下建构筑物和地下管线较多，传统一体式双层车站无法灵活避让，导致需要周边建构筑物和管线改迁，经济性较差。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站及其施工方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站及其施工方法，其克服了传统的一体式双层车站因体量大且不可分而带来的三个缺陷——选址难、施工难和内部结构不清晰，结构整体力学性能较好，可以灵活避让周边地下管线和其他建构筑物，对于存在地势差的情况能够使两端出入口长度保持相当，避免过长的情况。

为实现上述目的，本发明公开了一种悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站，由主体部分和附属部分组成，所述主体部分包括站厅层、下行通道、风道和站台层，附属部分包括外挂设备房，所述站台层由轨行区隧道和交换通道构成，所述站台层的两端以风道为界，所述风道的外侧为地铁区间线路，其特征在于：

轨行区隧道按地铁行车方向分为上行轨行区隧道和下行轨行区隧道，上行轨行区隧道和下行轨行区隧道在地铁行车的纵向间隔平行布设，所述上行轨行区隧道和下行轨行区隧道均包含供地铁行驶的轨行区和候车区，所述交换通道为横向设置且正交于上行轨行区隧道和下行轨行区隧道；

所述交换通道为多条且横向间隔设置，其至少包含A交换通道、B交换通道和C交换通道，各交换通道之间分别设有岩柱，从而所述岩柱替代了传统岛式车站的立柱作为支承结构，

所述站厅层悬挂设置于站台层的上方两侧且在纵向上独立分为A站厅和B站厅两个厅，其中A站厅与站台层之间间隔悬挂，所述B站厅悬挂于站台层上方的岩土层中。

其中：所述站台层的两端分别通过A风道和B风道进行连通，所述A风道和B风道内均设有迂回风道和控制用房。

其中：所述风道分为风道夹层和站台层风道两部分，所述A风道包含站厅台风道夹层，所述B风道包含另一风道夹层，所述站厅层风道夹层和另一风道夹层内各设有新风道和排风道，所述A风道的站台层风道包括迂回风道和安全控制室，所述B风道的站台层风道包括通风空调电控室。

其中：出入口结构、风道和站厅层均采用复合式衬砌结构，轨行区隧道的两端涉及洞室交叉处采用复合式衬砌，对于中间段采用单层锚喷支护，交换通道采用喷锚永久支护。

其中：站厅层与站台层之间的联系通过下行通道实现连通，所述站厅层与室外地面的联系由出入口实现。

其中：A站厅的中间位置通过A站厅下行通道平直段连接至A站厅下行通道，所述A站厅下行通道倾斜设置且内设有楼扶梯，在A站厅下行通道平直段的中间设有无障碍电梯通道。

其中：B站厅的中间位置通过B站厅下行通道平直段连接至B站厅下行通道，所述B站厅下行通道倾斜设置且内设有楼扶梯。

还公开了一种悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：从风道处施工竖井，在两端的风道处打竖井，同时开始施工；

步骤二：从A端的临时竖井采用CRD法施工A风道和A站厅，按高度分成多块进行开挖，每步开挖的台阶长度约为5-7m，每步开挖完毕后架立格栅钢架和临时支撑，待初支稳定后及时开始二次衬砌，同时从B端的临时竖井采用台阶法开挖B风道，每步开挖的台阶长度为5-7m，待初支稳定后及时开始二次衬砌；

步骤三：采用台阶法进行C交换通道的施工，采用C45混凝土进行二衬，并做大管棚结合小导管的超前预支护和注浆加固地层；

步骤四：采用台阶法施工A交换通道，进行喷锚永久支护，再采用台阶法施工B交换通道，进行喷锚永久支护；

步骤五：采用明暗挖结合的方法开挖B端出入口，由B端出入口开始B站厅的施工与铺建；

步骤六：待B站厅开挖至B站厅下行通道平直段底部标高时，开始进行台阶法施工B站厅下行通道平直段；

步骤七：在站厅、风道和交换通道完成二衬并达到设计强度后，根据断面尺寸和地质条件采用CRD法或台阶法从下往上逆向进行下行通道的施工。

其中：步骤二中：待两端风道完成施工及支护后，同时从A端风道站台层的迂回风道、安全控制室和B端风道站台层的通风空调电控室分别开洞采用全断面法开始往中间施工，开挖上行轨行区隧道，两端掌子面相距20m时，B端停止施工，A端掘进贯通；

同时从A端风道站台层的迂回风道、安全控制室和B端风道站台层的通风空调电控室分别开洞采用全断面法开始往中间施工，开挖下行轨行区隧道，两端掌子面相距20m时，B端停止施工，A端掘进贯通。

其中：步骤五中包括如下子步骤：

步骤5.1：由出入口地面敞口处开始明挖出入口，明挖段出入口长度为2m，围护结构采用钢管桩+锚索+肋梁的形式，采用顺做法施工；

步骤5.2明挖至明暗挖交界处，向下开挖满足管棚施作空间；沿暗挖断面外轮廓拱部打入自进式管棚；进洞3～5m后封堵掌子面；

步骤5.3：然后采用CD法或CRD法继续向下开挖基坑至基底；

步骤5.4：由B端出入口基地开始采用中洞法开挖B站厅，先超前大管棚+小导管超前注浆进行预支护，采用竖向留坡，纵向错台的施工工法进行B站厅的施工与铺建。

通过上述内容可知，本发明的悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站及其施工方法具有如下效果：

1.可以灵活避让站位附近地下管线或周边重要建构筑物，车站不同区域可以因地制宜，灵活布置，同时可以选取不同施工方法，简单高效；

2.对于地面存在较大高差的区域，可以借助地势形成的高差合理布设地下车站两端站厅层及出入口的位置，从而可以有效缓解地势差带来的人群疏散压力并减小工程规模。

3.本发明的新型暗挖车站型式，车站各区域功能明确，布局清晰，使乘客更易辨识出入方向，减小乘客滞留时间。

4.本发明在建筑体量上将传统的一体化的大规模大尺度车站结构化大为小，变成若干个相对独立的小尺度的建筑单体，使得整个建筑在结构上更稳定，可以显著的降低施工风险，隧洞支护参数也可以大幅度减弱，从而降低工程投资，也达到了低碳环保的经济效果。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所图而得到。

图1显示了本发明的悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站的结构示意图。

图2显示了本发明的主体三维模型图。

图3显示了本发明的站厅层平面图。

图4显示了本发明的站台层平面图。

图5显示了图3中A-A纵剖面图。

图6显示了图3中B-B纵剖面图。

图7显示了图3中C-C横剖面图。

图8显示了图3中D-D横剖面图。

图9显示了图3中E-E横剖面图。

图10显示了本发明的A出入口地质纵断面图。

图11显示了本发明的B出入口地质纵断面图。

图12显示了本发明的施工顺序图。

图标记：

1-站厅层；11-A站厅；12-B站厅；2-下行通道；21-A站厅下行通道；211-A站厅下行通道平直段；22-B站厅下行通道；221-B站厅下行通道平直段；23-无障碍电梯通道；3-风道；31-A端风道；32-B端风道；311-站厅台风道夹层；312-迂回风道；313-安全控制室；321-风道夹层；322-通风空调电控室；4-交换通道；41-A交换通道；42-B交换通道；43-C交换通道；5-轨行区隧道；51-上行轨行区隧道；52-下行轨行区隧道；54-轨行区；53-候车区；511c-上行区间隧道；521c-下行区间隧道；6-外挂设备房；7-岩柱；8-出入口；81-A端出入口；82-B端出入口。

具体实施方式

参见图1至图11，显示了本发明的悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站。

所述悬挂式站厅层及独立轨行区的暗挖地铁车站由主体部分和附属部分组成，所述主体部分包括站厅层1、下行通道2、风道3和站台层，附属部分包括外挂设备房6，同时参见图2和图4，所述站台层由轨行区隧道5和交换通道4构成，所述站台层的两端以风道3为界，所述风道3的外侧为地铁区间线路。

进一步的，轨行区隧道5按地铁行车方向可分为上行轨行区隧道51和下行轨行区隧道52，上行轨行区隧道51和下行轨行区隧道52在地铁行车的纵向间隔平行布设，所述上行轨行区隧道51和下行轨行区隧道52均包含供地铁行驶的轨行区54和候车区53，所述交换通道4为横向设置且正交于上行轨行区隧道51和下行轨行区隧道525，所述交换通道4的地面标高与各候车区53的地面标高保持一致，从而通过交换通道4与候车区53共同组成提供乘客上下车的车站站台层。

所述站台层的两端分别通过A风道31和B风道32进行连通，所述A风道31和B风道32内均设有迂回风道和控制用房。

具体的，同时参见图5，所述风道3可以分为风道夹层和站台层风道两部分，所述A风道31包含站厅台风道夹层311，所述B风道32包含另一风道夹层321，所述站厅层风道夹层311和另一风道夹层321内各设有新风道和排风道，所述A风道31的站台层风道包括迂回风道312和安全控制室313，所述B风道32的站台层风道包括通风空调电控室322。

由于传统的车站一般将站台层、轨行区和风道等区域设置于一个大的整体平面内，在施工时将要暗挖一个超大跨度断面，通常需要先完成中柱作为支承减小结构累计变形，然后分部开挖，最终以立柱作为上部结构的支承，由此可见，这种施工方法难度大且成本高。

为了克服上述技术方案的缺陷，本发明将站台层各区域划分到了小断面洞室中，参见图3显示了的站台层平面图，本发明站台层与传统岛式车站有一定相似之处，所述交换通道4为多条且横向间隔设置，其至少包含A交换通道41、B交换通道42和C交换通道43，各交换通道之间分别设有岩柱7，从而所述岩柱7替代了传统岛式车站的立柱作为支承结构，符合绿色环保的理念，降低了经济成本，从图7所示的横剖面图来看，各洞室的横向跨度较小，在稳定硬岩地层可以采用全断面法施工，简单高效，并且降低了施工风险。

进一步的，虽然本发明避免了大断面施工，但涉及到小断面隧道交叉群洞施工。

具体而言，在其中一实施例中，出入口结构、风道和站厅层可均采用复合式衬砌结构，对于上下行隧道，因为埋深较大且断面较小，可以只在两端涉及洞室交叉处采用复合式衬砌，对于中间段可以采用单层锚喷支护，但中间段应预留二衬空间，方便以后有需要再做二次衬砌。交换通道因为埋深较大，跨度较小，可以采用喷锚永久支护。一般来说，对于洞室相交处，其自交叉处起占整体纵向距离1/10范围内在开挖后应及时支护，且需做复合式衬砌。

进一步的，参见图3和图5，所述站厅层1悬挂设置于站台层的上方两侧且在纵向上独立分为A站厅11和B站厅12两个厅，其中A站厅11与站台层之间通过站厅台风道夹层311悬挂相隔，所述B站厅12悬挂于站台层上方的岩土层中，可选的是，所述A站厅11的标高与B站厅12的标高不一致，但埋深一致。本发明特殊设计的站厅悬挂式结构能使车站结构形式更加灵活多变，参见图5，从纵剖面来看，分离悬挂的站厅体量较小，在高度方向和纵水平方向可以相对自由地选择悬挂位置，当地形地貌、地下空间环境较复杂时，小断面的悬挂式站厅更容易选择布设位置，使车站结构更均匀合理，并且极大的提高了地下空间利用率。

进一步的，所述站厅层1通常作为公共区存在，是站台层和室外地面之间的过渡缓冲区，在本实施例中站厅层1与站台层之间的联系通过下行通道2实现连通，所述站厅层1与室外地面的联系由出入口8实现。

具体的，A站厅11的中间位置通过A站厅下行通道平直段211连接至A站厅下行通道21，所述A站厅下行通道21倾斜设置且内设有楼扶梯，在A站厅下行通道平直段211的中间设有无障碍电梯通道23，乘客可选择乘坐无障碍电梯到达211正下方的C交换通道43或通过楼扶梯到达斜通道下端连接的A交换通道41，然后从交换通道进入候车区实现乘车。

同样地，B站厅22的中间位置通过B站厅下行通道平直段221连接至B站厅下行通道22，所述B站厅下行通道22倾斜设置且内设有楼扶梯，乘客可通过楼扶梯到达B交换通道42，然后进入候车区实现乘车。

由此，斜通道的上下两端由平直段与站厅和交换通道正交连通，这有利于缓冲客流压力。

进一步的，A站厅11设置有A端出入口81与地面相连，B站厅设置有B端出入口82与地面相连，从而实现客流进出车站。

现有技术方案通常将站厅层置于同一标高平面内，并且站厅层与站台层被置于一个整体框架内，在实际施工时设置水平中板作为站台层与站厅层的区分：水平中板上方作为站厅层，水平中板下方作为站台层。这种技术方案在车站地形以丘陵山地为主的一些地势起伏大的城市会存在两个问题。

其一，请参见图1和图11，本发明实施例的路面坡度大约在3.1％左右，根据道路设计规范，一般城市道路坡度最高可以到8％。图1和图11分别给出了两端出入口81和82的标高，可以发现其标高相差在1m左右。若采用传统的一体式双层车站建造型式，出入口在同一标高由站厅引出，因出入口角度不宜大于3°，因此两出入口长度将至少相差2m。因地铁车站埋深由低地势端控制，因此高地势端出入口普遍过长，不符合地铁设计规范对出入口“短平直”的要求，不利于乘客乘车效率和发生紧急情况时的人群疏散。

其二，城市中不可避免地存在一些区域设有重要的地下管线。传统的一体式双层车站建筑形式紧凑不可分离，在这些环境复杂区域建设时只能车站整体避让或是将周边管线改迁，这不仅导致地下空间的利用率低而且建造成本高。

为了解决上述两个现有技术的问题，通过本发明特别设计的悬挂式设置，参见图1和图11，A站厅标高为27.86m，埋深为13.81m；B站厅通过站厅端部悬挂的方式，标高为33.46m，埋深为13m，由此可见A、B站厅的埋深基本一致，最终A端出入口长度大约为26m，B端出入口长度约为33m，有效缩短了A、B两端出入口长度差。

同时，因为A、B站厅分离，在纵向上A、B站厅之间有大约13m左右的空余空间，可以用于地下管线或其他地下构筑物的设置。

进一步的，因为本发明车站建造形式为按需开挖，整体体积较小，可能没有足够的空间用于放置设备，因此本发明的外挂设备房6与A站厅相连，增大了A站厅视觉面积。此外外挂设备房6还可设有额外的出入口。

参见图12，本发明提供一种配套的施工方法，其中附属部分的外挂设备房6采用明挖方法外，而主体部分主要采用暗挖法施工，具体包括以下步骤：

步骤一：从风道处施工竖井，考虑到两个风道，站台层结构较为对称，为缩短工期，在两端的风道处打竖井，同时开始施工；

进一步的，在A风道31的A端和B风道32的B端的风井处开挖临时竖井并支护。

步骤二：从A端的临时竖井采用CRD法施工A风道31和A站厅11，其中，可按高度分成多块(在具体实施例中为4块)进行开挖，每步开挖的台阶长度约为5-7m，每步开挖完毕后架立格栅钢架和临时支撑，待初支稳定后及时开始二次衬砌，同时从B端的临时竖井采用台阶法开挖B风道32，每步开挖的台阶长度为5-7m，待初支稳定后及时开始二次衬砌。

优选的是，待两端风道完成施工及支护后，同时从A端风道站台层的迂回风道312、安全控制室313和B端风道站台层的通风空调电控室311分别开洞采用全断面法开始往中间施工，开挖上行轨行区隧道51，两端掌子面相距20m时，B端停止施工，A端掘进贯通；

同时从A端风道站台层的迂回风道312、安全控制室313和B端风道站台层的通风空调电控室311分别开洞采用全断面法开始往中间施工，开挖下行轨行区隧道52，两端掌子面相距20m时，B端停止施工，A端掘进贯通；

施工过程中采用喷锚永久支护，开挖后打设防腐锚杆。喷射C35高性能合成纤维混凝土进行初期支护。

进一步的，通道洞口交叉处应该加强支护，采用复合式衬砌，即对于上下行轨行区隧道与风道3连通的两端，风道衬砌钢筋应弯进上下行隧道，与上下行隧道钢筋焊接，在喷锚支护的基础上采用C45混凝土进行二次衬砌，二次衬砌同时模筑，模筑至变形缝。

步骤三：采用台阶法进行C交换通道43的施工，由于该通道除了连接上下行轨行区隧道5外，还连接无障碍电梯通道23，周边影响范围内的交叉洞口较多，因此需采用C45混凝土进行二衬，并要做“大管棚+小导管”的超前预支护和注浆加固地层。

步骤四：采用台阶法施工A交换通道41，该交换通道断面尺寸较小，周围交叉洞口较少，围岩较稳定，可以进行喷锚永久支护，再采用台阶法施工B交换通道42，该交换通道断面尺寸较小，周围交叉洞口较少，围岩较稳定，可以进行喷锚永久支护。

步骤五：采用明暗挖结合的方法开挖B端出入口81，由B端出入口81开始B站厅的施工与铺建，具体包括如下子步骤：

步骤5.1：由出入口82地面敞口处开始明挖出入口82，明挖段出入口长度大约为2m，围护结构采用“钢管桩+锚索+肋梁”形式，采用顺做法施工。

步骤5.2明挖至明暗挖交界处，向下开挖一定深度满足管棚施作空间；沿暗挖断面外轮廓拱部打入自进式管棚；进洞3～5m后封堵掌子面；

步骤5.3：然后根据地质条件选择CD法或CRD法继续向下开挖基坑至基底；

步骤5.4：由B端出入口基地开始采用中洞法开挖B站厅，先超前大管棚+小导管超前注浆进行预支护，采用竖向留坡，纵向错台的施工工法。

步骤六：待B站厅开挖至B站厅下行通道平直段221底部标高时，开始进行台阶法施工B站厅下行通道平直段221，在施工前应在交叉口处打设一环“管棚+小导管”超前支护。

步骤七：在站厅1、风道3和交换通道4完成二衬并达到设计强度后，根据断面尺寸和地质条件选择CRD法或台阶法从下往上逆向进行下行通道2的施工。

进一步的，由于涉及群洞施工，除进行加强超前支护措施，在所有洞口交叉范围内增强初支刚度外，在施工时应该遵循先下洞、后上洞，严控开挖进尺，加强监控，严控爆破振速，及时跟进二衬施作的原则。

步骤八：外挂设备房不是车站主体结构，但因其与车站A站厅相连，本发明也对其施工方式做简要说明。外挂设备房从施工角度可以分为两部分，一部分是施工临时竖井，一部分是明挖基坑。其中临时施工竖井就是步骤一所述的A端竖井，是A端风道、车站主体、和区间线路的主要施工出渣口，最先施工，竖井开挖进尺应小于1.0m，边挖边支。基坑开挖应在A端风道、车站主体、和区间先洞通完工后再开挖。基坑支护应首先进行钢管桩施工，随后进行顶冠梁施工，强度达到设计强度75％后，沿桩内侧分段进行土石体开挖及锚杆支护施工。

由此可见，本发明的优点在于：

1.可以灵活避让站位附近地下管线或周边重要建构筑物，车站不同区域可以因地制宜，灵活布置，同时可以选取不同施工方法，简单高效；

2.对于地面存在较大高差的区域，可以借助地势形成的高差合理布设地下车站两端站厅层及出入口的位置，从而可以有效缓解地势差带来的人群疏散压力并减小工程规模。

3.本发明的新型暗挖车站型式，车站各区域功能明确，布局清晰，使乘客更易辨识出入方向，减小乘客滞留时间。

4.本发明在建筑体量上将传统的一体化的大规模大尺度车站结构化大为小，变成若干个相对独立的小尺度的建筑单体，使得整个建筑在结构上更稳定，可以显著的降低施工风险，隧洞支护参数也可以大幅度减弱，从而降低工程投资，也达到了低碳环保的经济效果。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在图中描述了实施例，但本发明不限制由图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。