一种机械法竖向掘进地铁活塞风井布置方法与流程

1.本发明属于城市轨道交通工程地下车站土建工程技术领域，具体涉及一种机械法竖向掘进地铁活塞风井布置方法。


背景技术：

2.根据《地铁设计规范》gb50157-2013第13.2.1节的规定，“区间隧道正常通风应采用活塞通风。当活塞通风不能满足排除余热要求或布置活塞风道有困难时，应设置机械通风系统。”3.地铁车站一般在车站两端设置活塞风井，常规布置为车站两侧均布置双活塞井，活塞风井间距不小于5m。当车站埋深浅、周边控制因素较少时，活塞风井布置较便利；当车站埋深较深、周边条件复杂时，活塞风井布置受影响较大，需要进行明挖施工，周边限制因素较多，如车站周边有建构筑物、重大管线、穿越火车站、穿越机场、穿越湖泊，车站施工进度慢，协调难度大，会导致施工工期长、施工效率低等问题，影响整体工期，另外活塞风对周边敏感建筑环评影响范围为15m，现实操作中经常因为环评间距问题，调整车站站位或增加车站主体长度，存在拆迁、迁改费用高，工程投资大的问题；在标准车站内部布置活塞风井时，活塞风为平铺，从站内引出至室外风道长度约40m，且需分为主体、附属施工，活塞风设备水平布置，车站附属规模大，占用用地多；区间风井一般埋深较深，常规采用明挖法施工，先施工围护，开挖后施工主体，施工工期长，对全线制约较大。
4.公开号为cn109139079a的中国专利申请公开了一种地铁隧道通风系统，包括车站隧道通风装置；所述车站隧道通风装置包括分别设于车站两端的第一排风井和第二排风井、分别设于车站隧道两边的第一轨顶排热风道和第二轨顶排热风道、连通第一排风井与第一轨顶排热风道的第一排风道、连通第二排风井与第二轨顶排热风道的第二排风道以及安装在车站站台的排风室；所述排风室与所述第一轨顶排热风道或所述第二轨顶排热风道连通。该地铁隧道通风系统在保证通风系统可靠性的前提下，结构简单，实施方便，控制调节简单，但是该方案同样为在车站两侧布置活塞风井，该种布置方式在地铁周边环境复杂、制约因素较多时施工受限，施工难度大。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种采用机械法进行竖向掘进，无需设置围护，施工速度快，可有效缩短工期，活塞风井设置灵活，不受车站站位限制，适应性强，降低施工难度的机械法竖向掘进地铁活塞风井布置方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.一种机械法竖向掘进地铁活塞风井布置方法，包括以下步骤：
8.s1、预制管片，并将预制管片组装形成圆形管片；
9.s2、采用机械法进行竖向掘进，并根据掘进情况逐步向下拼装组装好的圆形管片，直至掘进及拼装至设计深度，形成圆形管筒；
10.s3、进行横向通道施工，采用机械法施工或暗挖法施工，利用横向通道将s2中拼装完成后的圆形管筒与地铁区间连通；
11.s4、在圆形管筒内由下至上逐层完成活塞风井内部结构施工；
12.s5、完成机电及室外恢复工作。
13.进一步地，在步骤s4中，所述内部结构包括一地面层和若干地下层，其中所述地面层包括绿化区和高出地面的活塞风井，所述地下层至少包括由上至下分布并连通的活塞风孔和机械风孔层、风机设备支撑层、风机风阀支撑层和风道层，所述风道层通过横向通道连接至地铁区间，所述地面层和若干地下层均设置上下配合的疏散楼梯且所述地面层结合该层的疏散楼梯设置地面风机房。独立设置活塞风井，设置位置灵活，不受车站站位限制，适应性强，使得车站主体及附属规模减小，同时合理利用埋深，将活塞风设备竖向布置，整体用地面积占用少，有利于集约化，提高土地利用率，且适用于区间风井需求，解决区间风井施工难的问题，满足区间的紧急通风需求，地面层通过绿化区与活塞风井结合，可快速回复地面景观及道路，降低设置活塞风井对周边景观环境造成的影响。
14.进一步地，所述活塞风孔和机械风孔层包括第一活塞风孔、第二活塞风孔、第一机械风孔和第二机械风孔，其中所述第一活塞风孔和第一机械风孔为a组风道，第二活塞风孔和第二机械风孔为b组风道，所述a、b两组风道分处于两个半圆且各自合并为一个风口并连通至地面层的活塞风井。a组风道和b组风道根据布置条件不同而所处方向不同，当两线区间线路间距较大时，a、b组风道各连接一个地铁区间，即活塞风井采用竖向单圆方式布置，当两线区间线路间距较小时，a、b组风道共同连接同一个地铁区间，即活塞风井采用竖向双圆方式布置，设置灵活，不受车站站位限制，适应性强，可适用于实施区间风井，有效降低协调难度、拆迁费用，保证施工工期，可结合区间选择不受环评影响区域设置活塞风井，降低工程投资。
15.进一步地，当两线区间线路间距较大时，所述圆形管筒位于两侧地铁区间之间，两侧地铁区间各通过一个所述横向通道连通至该圆形管筒的风道层，所述风道层中部设置带双向开启防火门的隔墙，所述隔墙向上贯穿若干地下层且其两侧分别对应a组风道和b组风道，所述a组风道和b组风道活塞风各直接连通一侧地铁区间，机械风在靠近圆心处各设置一个风室并在两个风室之间墙体设置双向风阀，满足机械风互为备用需求。当两线区间线路间距较大时，采用竖向单圆地铁活塞风井布置方案，a、b组风道各自连接一个地铁区间，活塞风井的布置不受车站站位及周边环境等多种因素的制约，可在地铁区间选择合适场地条件设置双活塞风井，用地紧凑，经济性好，布置灵活，施工难度低。
16.进一步地，所述地面层的活塞风井包括两组，两组所述活塞风井在靠近圆形管片的边缘对称布置，所述绿化区夹于两组活塞风井之间，所述疏散楼梯与两组活塞风井和绿化区呈左右分布，所述第一活塞风孔和第二活塞风孔对称布置且二者均各自包括一小半圆形风口和一梯形风口，所述第一机械风孔和第二机械风孔均为与小半圆形风口和梯形风口嵌合的方形风口，所述a、b两组风道之间设置检修通道，所述隔墙在该层穿过检修通道且设置有检修门，所述检修通道连通至该层的疏散楼梯，该层的所述疏散楼梯在整体埋深超10m，设置前室，所述a、b两组风道在该层各自合并为一个风口并分别连通至两组活塞风井。
17.进一步地，当两线区间线路间距较小时，两侧地铁区间两侧各设置一所述圆形管筒，两侧地铁区间分别通过一个所述横向通道连接至对应侧的圆形管筒，所述a组风道和b
组风道活塞风均连通至该侧地铁区间。当两线区间线路间距较小时，采用竖向双圆地铁活塞风井布置方案，一个圆形管筒内的a、b组风道均连接同一个地铁区间，活塞风井的布置不受车站站位及周边环境等多种因素的制约，可在地铁区间选择合适场地条件设置两个圆形管筒来实施两线区间活塞风，位置灵活，适应性强，施工难度低。
18.进一步地，所述地面层的绿化区呈圆环状布置，所述活塞风井布置于圆环状的绿化区内圈，所述疏散楼梯布置于活塞风井内边缘处，所述第一机械风孔和第二机械风孔分处于相邻两个四分之一圆内且二者均为方形风口，所述第一活塞风孔和第二活塞风孔分别对应处于剩余两个四分之一圆内且二者形状均与四分之一圆形状相似，所述a、b两组风道在该层合并为一个风口并连通至活塞风井。在竖向双圆地铁活塞风井布置方案中，疏散楼梯优选为带护笼钢爬梯，满足日常检修需求。
19.进一步地，所述风机设备支撑层和风机风阀支撑层均包括通过与圆形管筒连接的水平楼板，风机设备通过所述水平楼板形成支撑。风机采用立式安装，设置双台风机，互为备用，合理利用埋深，整体用地面积占用少有利于集约化，提高土地利用率。
20.进一步地，还包括设置于地面的变电所。当同一段地下区间过长，在运行时同时存在两列车时，需增设区间风井，满足区间的紧急通风需求；区间风井远离车站，需考虑增设变电所，考虑设备布置条件及防涝等需求，将变电所设置于地面，节省投资同时便于检修；条件较好时优先考虑采用竖向单圆布置方式设置区间风井，条件困难时可考虑采用竖向双圆布置方式设置区间风井，布置灵活，适应性强，可解决区间风井施工难的问题。
21.进一步地，所述活塞风井高出地面不小于1m。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
23.本发明采用机械法进行竖向掘进，无需设置围护，施工速度快，可有效缩短工期，活塞风井设置灵活，不受车站站位限制，适应性强，可降低施工难度，减少工程投资。采用机械法施工，构件在工厂预制，施工标准化程度高，施工质量好，可减少现场人工操作，无需现场浇筑，施工速度快，能够有效缩短工期，提高施工效率；活塞风井主体结构为若干圆形管片组合形成的圆形管筒，受理性好，可满足内部支撑及受力需求，无需施工围护，可节省施工工期及围护投资；活塞风井可脱离车站设置，减小车站主体及附属规模，设置位置灵活，可满足不同工况下的活塞风井布置，利于结合区间选择不受环评影响区域设置，选择合理车站站位，可有效降低协调难度、拆迁费用及工程投资，保证施工工期；合理利用埋深，将活塞风设备竖向布置，整体用地面积占用少，可提高土地利用率；在泥浆环境施工，水下混凝土封底，不用降水，减少对周边地面及生态环境的影响。
附图说明
24.图1为本发明预制管片组合示意图。
25.图2为本发明机械法竖向掘进示意图。
26.图3为本发明实施例1地面层平面图。
27.图4为本发明实施例1活塞风孔和机械风孔层平面图。
28.图5为本发明实施例1风机设备支撑层平面图。
29.图6为本发明实施例1风机风阀支撑层平面图。
30.图7为本发明实施例1风道层平面图。
31.图8为本发明实施例1剖面图。
32.图9为本发明实施例2地面层平面图。
33.图10为本发明实施例2活塞风孔和机械风孔层平面图。
34.图11为本发明实施例2风机设备支撑层平面图。
35.图12为本发明实施例2风机风阀支撑层平面图。
36.图13为本发明实施例2风道层平面图。
37.图14为本发明实施例2剖面图。
38.图15为本发明实施例3剖面图。
39.图16为本发明实施例4剖面图。
40.其中，1-圆形管片，2-横向通道，3-地铁区间，4-地面层，41-绿化区，42-活塞风井，5-活塞风孔和机械风孔层，51-第一活塞风孔，52-第二活塞风孔，53-第一机械风孔，54-第二机械风孔，55-检修通道，6-风机设备支撑层，7-风机风阀支撑层，8-风道层，81-隔墙，9-疏散楼梯，10-变电所。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
43.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
44.图中所示的机械法竖向掘进地铁活塞风井布置方法，包括以下步骤：
45.s1、预制管片，并将预制管片组装形成圆形管片1，圆形管片1由1块封顶块(f)、2块邻接块(l1、l2)、7块标准块(b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7)，共计10块预制管片组成(具体尺寸以实际需要为准)，相邻圆形管片1采用通用楔形环错缝拼装，管片结构示意如图1所示；
46.s2、如图2所示，采用竖井掘进机进行风井等的竖向掘进，竖井掘进机为集开挖、支护、出渣为一体的全机械式设备，并根据掘进情况逐步向下拼装组装好的圆形管片1，通过边开挖边拼装预制管片形成支护结构，直至掘进及拼装至设计深度，形成圆形管筒；
47.s3、进行横向通道2施工，采用机械法施工或暗挖法施工，利用横向通道2将s2中拼装完成后的圆形管筒与地铁区间3连通；
48.s4、在圆形管筒内由下至上逐层完成活塞风井内部结构施工；
49.s5、完成机电及室外恢复工作。
50.作为优选，在步骤s4中，内部结构包括一地面层4和若干地下层，本发明提供的4个实施例均设置地下四层，其中地面层4包括绿化区41和高出地面的活塞风井42，地下层4包括由上至下分布并连通的活塞风孔和机械风孔层5、风机设备支撑层6、风机风阀支撑层7和风道层8，风道层8通过横向通道2连接至地铁区间3，地面层4和若干地下层均设置上下配合的疏散楼梯9且地面层4结合该层的疏散楼梯9设置地面风机房。独立设置活塞风井，设置位置灵活，不受车站站位限制，适应性强，使得车站主体及附属规模减小，同时合理利用埋深，
将活塞风设备竖向布置，整体用地面积占用少，有利于集约化，提高土地利用率，且适用于区间风井需求，解决区间风井施工难的问题，满足区间的紧急通风需求，地面层通过绿化区与活塞风井结合，可快速回复地面景观及道路，降低设置活塞风井对周边景观环境造成的影响。
51.作为优选，活塞风孔和机械风孔层5包括第一活塞风孔51、第二活塞风孔52、第一机械风孔53和第二机械风孔54，其中第一活塞风孔51和第一机械风孔52为a组风道，第二活塞风孔53和第二机械风孔54为b组风道，a、b两组风道分处于两个半圆且各自合并为一个风口并连通至地面层4的活塞风井42。a组风道和b组风道根据布置条件不同而所处方向不同，当两线区间线路间距较大时，a、b组风道各连接一个地铁区间，即活塞风井采用竖向单圆方式布置，当两线区间线路间距较小时，a、b组风道共同连接同一个地铁区间，即活塞风井采用竖向双圆方式布置，设置灵活，不受车站站位限制，适应性强，可适用于实施区间风井，有效降低协调难度、拆迁费用，保证施工工期，可结合区间选择不受环评影响区域设置活塞风井，降低工程投资。
52.本发明提供的实施例1适用于两线区间线路间距较大时，如图8所示，此时圆形管筒位于两侧地铁区间3之间，两侧地铁区间3各通过一个横向通道2连通至该圆形管筒的风道层8，风道层8中部设置带双向开启防火门的隔墙81，满足人员联通需求，检修及紧急疏散人员可通过疏散楼梯9直出室外，隔墙81向上贯穿若干地下层且其两侧分别对应a组风道和b组风道，a组风道和b组风道活塞风各直接连通一侧地铁区间3，机械风在靠近圆心处各设置一个风室，风室设置风阀与区间连通，并在两个风室之间墙体设置双向风阀，满足机械风互为备用需求。当两线区间线路间距较大时，采用竖向单圆地铁活塞风井布置方案，a、b组风道各自连接一个地铁区间，活塞风井的布置不受车站站位及周边环境等多种因素的制约，可在地铁区间选择合适场地条件设置双活塞风井，用地紧凑，经济性好，布置灵活，施工难度低。
53.作为优选，实施例1中地面层4的活塞风井42包括两组，如图3所示，两组活塞风井42在靠近圆形管片1的边缘对称布置，绿化区41夹于两组活塞风井42之间，疏散楼梯9与两组活塞风井42和绿化区41呈左右分布，第一活塞风孔51和第二活塞风孔52对称布置且二者均各自包括一小半圆形风口和一梯形风口，第一机械风孔53和第二机械风孔54均为与小半圆形风口和梯形风口嵌合的方形风口，参见图4-7，a、b两组风道之间设置检修通道55，隔墙81在该层穿过检修通道55且设置有检修门，检修通道55连通至该层的疏散楼梯9，该层的疏散楼梯9整体埋深超10m，设置前室，a、b两组风道在该层各自合并为一个风口并分别连通至两组活塞风井42。
54.本发明提供的实施例2适用于两线区间线路间距较小时，如图14所示，两侧地铁区间3两侧各设置一圆形管筒，两侧地铁区间3分别通过一个横向通道2连接至对应侧的圆形管筒，a组风道和b组风道活塞风均连通至该侧地铁区间3。当两线区间线路间距较小时，采用竖向双圆地铁活塞风井布置方案，一个圆形管筒内的a、b组风道均连接同一个地铁区间，活塞风井的布置不受车站站位及周边环境等多种因素的制约，可在地铁区间选择合适场地条件设置两个圆形管筒来实施两线区间活塞风，位置灵活，适应性强，施工难度低。
55.作为优选，实施例2的地面层的绿化区呈圆环状布置，如图9所示，活塞风井42布置于圆环状的绿化区41内圈，疏散楼梯9布置于活塞风井42内边缘处，第一机械风孔53和第二
机械风孔54分处于相邻两个四分之一圆内且二者均为方形风口，第一活塞风孔51和第二活塞风孔52分别对应处于剩余两个四分之一圆内且二者形状均与四分之一圆形状相似，参见图10-13，a、b两组风道在该层合并为一个风口并连通至活塞风井42。在竖向双圆地铁活塞风井布置方案中，疏散楼梯优选为带护笼钢爬梯，满足日常检修需求。
56.作为优选，风机设备支撑层6和风机风阀支撑层均7包括通过与圆形管筒连接的水平楼板，风机设备通过水平楼板形成支撑。参见图5-6、图11-12，风机采用立式安装，设置双台风机，互为备用，合理利用埋深，整体用地面积占用少有利于集约化，提高土地利用率。
57.作为优选，还包括设置于地面的变电所10。当同一段地下区间过长，在运行时同时存在两列车时，需增设区间风井，满足区间的紧急通风需求；区间风井远离车站，需考虑增设变电所，考虑设备布置条件及防涝等需求，将变电所设置于地面，节省投资同时便于检修；实施例3为条件较好时，如图15，优先考虑采用竖向单圆布置方式设置区间风井，条件困难时采用实施例4的布置方案，如图16，可考虑采用竖向双圆布置方式设置区间风井，布置灵活，适应性强，可解决区间风井施工难的问题。
58.作为优选，活塞风井42高出地面不小于1m。
59.本发明采用机械法进行竖向掘进，无需设置围护，施工速度快，可有效缩短工期，活塞风井设置灵活，不受车站站位限制，适应性强，可降低施工难度，减少工程投资。采用机械法施工，构件在工厂预制，施工标准化程度高，施工质量好，可减少现场人工操作，无需现场浇筑，施工速度快，能够有效缩短工期，提高施工效率；活塞风井主体结构为若干圆形管片组合形成的圆形管筒，受理性好，可满足内部支撑及受力需求，无需施工围护，可节省施工工期及围护投资；活塞风井可脱离车站设置，减小车站主体及附属规模，设置位置灵活，可满足不同工况下的活塞风井布置，利于结合区间选择不受环评影响区域设置，选择合理车站站位，可有效降低协调难度、拆迁费用及工程投资，保证施工工期；合理利用埋深，将活塞风设备竖向布置，整体用地面积占用少，可提高土地利用率；在泥浆环境施工，水下混凝土封底，不用降水，减少对周边地面及生态环境的影响。
60.本发明的适用情形：
61.1)可用于盾构车站，将活塞风井布置在区间，减少车站明挖部分规模，将有效的明挖空间用于车站公共区及其他设备用房布置；
62.2)也可用于穿越铁路、机场、湖泊等受限区域，将活塞风井脱离车站，灵活布置在受影响区域外，降低工程造价，同时可有效缩短工期，降低施工难度，减少协调压力，可有效节省工程投资；
63.3)同样适用于实施区间风井，以缩减投资、降低实施难度、缩短工期。
64.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。