隨地鐵建設(shè)綜合管廊的設(shè)計(jì)探索

劉力

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司 100082)

引言

近年來(lái),伴隨各大城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展,地鐵、綜合管廊工程越來(lái)越多。由于地鐵、綜合管廊均沿城市交通干道敷設(shè),在國(guó)內(nèi)多地均開(kāi)展了隨地鐵進(jìn)行綜合管廊建設(shè)的研究和應(yīng)用[1-3]。本文依托隨北京地鐵7 號(hào)線東延建設(shè)綜合管廊工程,對(duì)隨軌道交通建設(shè)綜合管廊進(jìn)行了設(shè)計(jì)探索。根據(jù)地鐵、管廊工程自身需求和特點(diǎn),確定管廊與地鐵共路由敷設(shè)的合理方案并成功實(shí)施,對(duì)管廊與地鐵合建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的部分關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)概括。

1 工程概況

1.1 北京地鐵7 號(hào)線東延

北京地鐵7 號(hào)線東延工程為7 號(hào)線延伸項(xiàng)目,起自7 號(hào)線終點(diǎn)既有焦化廠站向東延伸,通州段線路沿萬(wàn)盛南街、群芳南街向東敷設(shè),萬(wàn)盛南街段沿線設(shè)4 座車站,在張采路轉(zhuǎn)向南進(jìn)入環(huán)球影城項(xiàng)目并設(shè)置終點(diǎn)站。線路走向如圖1 所示,線路全長(zhǎng)17.2km,全線共設(shè)置車站7 座,全部為地下車站。萬(wàn)盛南街沿線4 座車站均采用明挖法施工,區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。

圖1 7 號(hào)線東延線路走向Fig.1 Extension of Beijing subway line 7

1.2 萬(wàn)盛南街綜合管廊

北京通州區(qū)萬(wàn)盛南街是區(qū)域東西向重要干線,規(guī)劃為城市主干路。路北側(cè)為建成區(qū),南側(cè)為規(guī)劃通州文化旅游區(qū),隨區(qū)域開(kāi)發(fā)建設(shè)同期建設(shè)多條支線管廊,如圖2 所示。隨地鐵和路南側(cè)文旅區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)萬(wàn)盛南街道路、雨污水等管線進(jìn)行改造升級(jí),需綜合利用道路地下空間。根據(jù)規(guī)劃部門(mén)要求,隨地鐵建設(shè)沿萬(wàn)盛南街綜合管廊。

圖2 通州文旅區(qū)綜合管廊分布Fig.2 Utility tunnel of cultural tourism area at Tongzhou district

根據(jù)通州文化旅游區(qū)綜合管廊規(guī)劃,萬(wàn)盛南街管廊位于文旅區(qū)北側(cè)邊緣,定位為支干混合型綜合管廊。規(guī)劃與沿線后場(chǎng)西路、日新路、九棵樹(shù)中路、頤瑞東路等綜合管廊銜接。預(yù)留遠(yuǎn)期管廊向西向東延伸條件。經(jīng)與規(guī)劃部門(mén)確認(rèn),將電力、通信、給水、再生水、燃?xì)獾裙艿兰{入管廊,管廊斷面如圖3 所示,分別為電力艙1、2,水信艙,燃?xì)馀?部分區(qū)段水信艙加寬至5.4m。

圖3 綜合管廊斷面Fig.3 Cross section of utility tunnel

2 管廊與地鐵結(jié)合方案研究

劉劍春[4]、柳憲東[5]對(duì)隨地鐵同期建設(shè)綜合管廊進(jìn)行了研究。從地鐵區(qū)間、車站附屬以及車站主體3 個(gè)方面提出綜合利用城市地下空間可實(shí)施的解決方案。根據(jù)其研究結(jié)論,綜合管廊與地鐵區(qū)間相交時(shí),地鐵設(shè)計(jì)在縱向上加大埋深; 與車站附屬相交時(shí),根據(jù)建設(shè)時(shí)序選擇雙方上下層關(guān)系; 與車站主體相交時(shí),根據(jù)建設(shè)時(shí)序選擇合建或者繞避。

萬(wàn)盛南街段地鐵與管廊共路由,具備同期建設(shè)條件,隨地鐵同期建設(shè)綜合管廊需統(tǒng)籌考慮管廊與地鐵施工期間的管線改移、綠化伐移、施工場(chǎng)地圍擋、道路破復(fù)等工程量。根據(jù)地鐵、管廊工程自身特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn),研究確定合理的管廊與地鐵結(jié)合方案。

2.1 地鐵、現(xiàn)狀管線及道路斷面

不考慮與管廊結(jié)合時(shí),萬(wàn)盛南街沿線4 座車站均為地下兩層明挖站,車站覆土約3m。萬(wàn)盛南街現(xiàn)狀道路紅線60m 寬,道路交通流量較小,路中有9m 寬綠化帶,紅線外有20m 寬綠化帶。道路北側(cè)人行道、非機(jī)動(dòng)車道下有?500 中壓燃?xì)狻?4mm×52mm 電信、1000mm×1500mm 雨水溝、1000mm ×2000mm 雨水溝。道路南側(cè)人行道、非機(jī)動(dòng)車道下有 ?406 高壓燃?xì)狻?800 上水管、50mm×50mm 電信、100mm ×90mm 電力溝等管線。

由于萬(wàn)盛南街路北側(cè)為建成區(qū)管廊實(shí)施條件較差,路南側(cè)為待開(kāi)發(fā)區(qū),施工條件較好,且萬(wàn)盛南街管廊位于路南側(cè),便于與文旅區(qū)支管廊連接。管廊與地鐵車站分開(kāi)設(shè)置,主要對(duì)管廊位于路中車站上方和路南側(cè)方案進(jìn)行分析。

2.2 管廊與地鐵車站分建方案

1.路中分建

在車站范圍內(nèi)管廊與地鐵車站順行,若管廊與地鐵分開(kāi)單設(shè)于車站主體上方,車站需整體下壓約4.5m,車站工程造價(jià)增加較大,地鐵運(yùn)營(yíng)期間乘客進(jìn)出站使用不便。云景東路站范圍在萬(wàn)盛南街與云景東路交口處需設(shè)一座四通節(jié)點(diǎn),管廊節(jié)點(diǎn)高度較大,將導(dǎo)致車站下壓高度更多。高樓金站為雙島三線車站寬30.3m、長(zhǎng)493.4m,車站規(guī)模大。若管廊單獨(dú)設(shè)置于車站上方,將車站整體下壓,管廊僅占用較少寬度,整體經(jīng)濟(jì)效益較差。

2.路南分建

管廊位于萬(wàn)盛南街路南側(cè),與車站分建由出入口通道上方穿過(guò)時(shí),為滿足管廊上方覆土厚度要求,需將出入口自身或?qū)④囌菊w下壓1.05m,將導(dǎo)致出入口使用功能較差和車站工程費(fèi)用增加,同時(shí)與規(guī)劃兩個(gè)3750mm ×2500mm 雨水方溝位置沖突。管廊施工需改移道路南側(cè)現(xiàn)狀燃?xì)?、上水、電力、通信管線,尤其通信管線遷改費(fèi)用巨大,同時(shí)增加道路破復(fù)、施工圍擋、綠化伐移工程量。且管廊需與地鐵出入口通道結(jié)合同期建設(shè),對(duì)于附屬結(jié)構(gòu)實(shí)施方案形成一定的制約。

2.3 管廊與地鐵車站路中合建方案

在車站范圍管廊燃?xì)馀撛谡就鈫为?dú)設(shè)置,不與地鐵車站合建。以云景東路站為例,管廊與車站合建,對(duì)方案一、方案二兩種方案進(jìn)行比選。

方案一,見(jiàn)圖4a。車站整體加寬5.4m,管廊位于車站站臺(tái)層,雖然車站軌面埋深未加大,但管廊埋深大,運(yùn)營(yíng)維護(hù)不便利、維護(hù)成本高,在云景東路站范圍設(shè)管廊四通節(jié)點(diǎn)及通風(fēng)口、投料口、人員出入口等附屬結(jié)構(gòu)設(shè)置困難,基本上管廊不具備設(shè)置條件。

方案二,見(jiàn)圖4b。管廊與車站合建位于車站負(fù)一層,車站整體下壓4m,雖然車站軌面埋深加大,但管廊與車站主體共基坑同期建設(shè),不需增加管線遷改、綠化伐移、道路破復(fù)、施工圍擋等前期工程量,便于管廊設(shè)置附屬結(jié)構(gòu)及四通節(jié)點(diǎn)。地鐵區(qū)間范圍管廊位于路中綠化帶范圍,可減少明挖施工道路破復(fù)、交通導(dǎo)改、管線遷改工程量,有利于地下空間綜合利用。

圖4 管廊與地鐵合建Fig.5 Co-construction of subway and utility tunnel

2.4 管廊與地鐵車站綜合比選

經(jīng)綜合比較管廊設(shè)置于路中、路南,與地鐵分建、合建方案,見(jiàn)表1。從地下空間綜合利用,滿足地鐵使用功能,優(yōu)化管廊使用條件,減少管線遷改、綠化伐移、道路破復(fù)、施工圍擋前期費(fèi)用等方面綜合考慮,采用管廊位于車站上方合建方案。

表1 管廊方案比較Tab.1 The comparison of plan of the utility tunnel

2.5 管廊與地鐵車站路中合建方案實(shí)施

管廊與地鐵同步建設(shè),管廊標(biāo)準(zhǔn)段順行于路中位于地鐵區(qū)間隧道上方,在云景東路站、小馬莊站和高樓金站處與地鐵車站主體共構(gòu),最上層為管廊層,以下為地鐵站廳、站臺(tái)層。部分與車站相接的明挖區(qū)間段也將管廊與明挖區(qū)間結(jié)合設(shè)置。其中,與地鐵車站主體共構(gòu)段長(zhǎng)度約1130延米,在地鐵區(qū)間隧道上方段長(zhǎng)度約4270 延米。

共構(gòu)車站負(fù)二、三層為梁、柱、墻、板框架結(jié)構(gòu)體系,負(fù)一層為墻、板、中墻體系。沿九棵樹(shù)中路南北向敷設(shè)管廊與云景東路站管廊層相交,設(shè)一座管廊四通節(jié)點(diǎn)。在車站范圍管廊附屬結(jié)構(gòu)根據(jù)需要設(shè)通風(fēng)井、逃生口、吊裝口。區(qū)間范圍管廊位于路中明挖施工,除逃生口出地面段設(shè)于道路外側(cè),其余通風(fēng)口、吊裝口等均位于路中綠化帶內(nèi),進(jìn)行一定的景觀消隱設(shè)計(jì),減少了管廊地面附屬在路側(cè)設(shè)置較多對(duì)地面景觀的影響。

3 管廊與地鐵共構(gòu)設(shè)計(jì)重、難點(diǎn)

由于地鐵、管廊各自的抗震、人防、防水設(shè)計(jì)要求不同[6],管廊與地鐵合建后需統(tǒng)一考慮管廊與地鐵的相互影響,采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

管廊與車站合建段管廊結(jié)構(gòu)安全等級(jí)、使用年限、抗震設(shè)防等級(jí)、防水等級(jí)、結(jié)構(gòu)材料、耐久性要求及構(gòu)造措施均與地鐵設(shè)計(jì)要求一致。在管廊層應(yīng)考慮管廊內(nèi)敷設(shè)管線、管線支架自重作用于地鐵結(jié)構(gòu)的荷載。相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載組合、驗(yàn)算工況要求均與地鐵設(shè)計(jì)保持一致。

3.2 結(jié)構(gòu)抗浮處理措施

北京通州地區(qū)地下水位較高,地鐵車站抗浮設(shè)防水位一般位于地面下約1m,將地下兩層站下壓后車站需采取結(jié)構(gòu)抗浮措施。優(yōu)先采用圍護(hù)樁頂冠梁兼作壓頂梁抗浮。云景東路站、小馬莊站采用圍護(hù)樁抗浮,高樓金站結(jié)構(gòu)寬度較大,除采用圍護(hù)樁兼做抗浮結(jié)構(gòu)外,在底縱梁下增設(shè)抗拔樁抗浮。

3.3 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

管廊與地鐵合建時(shí),結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防分類、抗震等級(jí)、構(gòu)造措施與地鐵一致。將原地下兩層站調(diào)整為與管廊合建的地下三層站后,對(duì)車站的結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行計(jì)算分析。

管廊與地鐵合建結(jié)構(gòu)需按地鐵設(shè)計(jì)要求進(jìn)行抗震專項(xiàng)設(shè)計(jì)。E2 地震作用條件下抗震性能要求I 時(shí)采用反應(yīng)位移法計(jì)算,結(jié)構(gòu)彈性層間位移角需滿足小于1/600 的要求。E3 地震作用條件下采用時(shí)程分析法進(jìn)行抗震計(jì)算,結(jié)構(gòu)彈性層間位移角需滿足小于1/300 的要求。

3.4 結(jié)構(gòu)人防設(shè)計(jì)

管廊層結(jié)構(gòu)人防設(shè)防要求為： 管廊結(jié)構(gòu)承載力應(yīng)滿足不低于“甲類6 級(jí)”,地鐵按5 級(jí)人防的抗力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)算,并設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施,其中地下一層樓板作為臨空板,荷載根據(jù)人防單位提供的240kPa 進(jìn)行設(shè)計(jì),臨空墻的人防荷載取值同臨空板。地鐵人防設(shè)計(jì)按地鐵設(shè)計(jì)要求實(shí)施。

3.5 防水設(shè)計(jì)

與地鐵共構(gòu)管廊防水： 管廊側(cè)墻外側(cè)、頂板上皮防水做法與地鐵防水做法相同,在管廊層內(nèi)部即負(fù)一層中板上皮、負(fù)一層側(cè)墻內(nèi)側(cè)1m 高度范圍單獨(dú)設(shè)置防水體系,以防止管廊層滲漏水對(duì)地鐵車站的影響。

區(qū)間段管廊防水： 管廊結(jié)構(gòu)頂板及外防外貼法施工的側(cè)墻,采用單組份聚氨酯,涂層厚度為2.0mm。冬季施工時(shí)可采用SBS 改性瀝青防水卷材4mm+3mm; 外防內(nèi)貼法施工的側(cè)墻及底板,采用1.5mm 厚高分子自粘膠膜防水卷材。

3.6 預(yù)埋件設(shè)計(jì)

根據(jù)管廊內(nèi)敷設(shè)電纜支架、給水管支墩安裝,需在結(jié)構(gòu)施工時(shí)預(yù)埋鋼板、螺栓、吊鉤等預(yù)埋件。目前為了推進(jìn)管廊內(nèi)通信、電力等支架的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化,也在推進(jìn)預(yù)埋槽道綜合支吊架系統(tǒng)在管廊內(nèi)的應(yīng)用。不同廠家的產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格也有一定的差異,需要在設(shè)計(jì)前進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)研,根據(jù)管廊工程特點(diǎn)選擇合適的廠商,在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段即考慮相應(yīng)預(yù)埋槽道綜合支吊架設(shè)計(jì)的相應(yīng)要求,并提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙。結(jié)構(gòu)實(shí)施時(shí)預(yù)埋綜合管廊支吊架系統(tǒng)構(gòu)件。在本工程中預(yù)埋件做法在結(jié)構(gòu)施工圖中提供,預(yù)埋件定位由管廊工藝專業(yè)提供,結(jié)構(gòu)專業(yè)、工藝專業(yè)圖紙進(jìn)行會(huì)簽確認(rèn)和共同施工交底,避免了預(yù)埋件錯(cuò)漏。

3.7 管廊節(jié)點(diǎn)及附屬結(jié)構(gòu)設(shè)置

管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需與管廊工藝專業(yè)密切配合,滿足管廊主體與相交支線管廊三通、四通節(jié)點(diǎn)設(shè)置要求,確保管廊結(jié)構(gòu)實(shí)施滿足管廊的通風(fēng)、吊裝、逃生、管線敷設(shè)等管廊使用需求。與管廊工藝專業(yè)密切配合,在滿足管廊使用要求前提下,優(yōu)化管廊結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)方案。

4 結(jié)論

1.從地下空間綜合利用,滿足地鐵使用功能,優(yōu)化管廊使用條件,減少管線遷改、綠化伐移、道路破復(fù)、施工圍擋前期費(fèi)用等方面綜合考慮,確定隨軌道交通建設(shè)管廊的合理方案。

2.由于地鐵、管廊各自的抗震、人防、防水等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求不同,管廊與地鐵合建后需統(tǒng)籌考慮管廊與地鐵的相互影響,以滿足地鐵、管廊各自的使用要求。

3.地鐵與管廊結(jié)構(gòu)合建設(shè)計(jì)需與管廊工藝專業(yè)密切配合,滿足管廊主體與相交支線管廊三通、四通節(jié)點(diǎn)設(shè)置要求,確保管廊結(jié)構(gòu)實(shí)施滿足管廊的通風(fēng)、吊裝、逃生、管線敷設(shè)等管廊使用需求。