明暗挖結(jié)合地鐵車站暗挖隧道斷面優(yōu)化研究
——以南寧地鐵3號(hào)線青秀山站為例

張 瑾

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

明暗挖結(jié)合地鐵車站形式，減少了管線遷改及建(構(gòu))筑物拆遷數(shù)量，從而降低了施工期間對(duì)周邊環(huán)境的負(fù)面影響，較明挖法有效降低了深埋地鐵車站的工程造價(jià)。其基本形式為明挖豎井+暗挖隧道群。文獻(xiàn)[1-3]對(duì)明暗挖結(jié)合地鐵車站的建筑形式進(jìn)行了較為全面的研究，總結(jié)了明暗挖結(jié)合地鐵車站具有多樣性、靈活性的特征；文獻(xiàn)[4-8]分析了明暗挖結(jié)合地鐵車站的基本結(jié)構(gòu)形式、與地質(zhì)環(huán)境的相互影響、施工關(guān)鍵技術(shù)與風(fēng)險(xiǎn)控制。研究的熱點(diǎn)集中于如何優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案以滿足建筑功能的需求。

建筑與結(jié)構(gòu)互為影響，建筑功能的優(yōu)化同樣也可帶來結(jié)構(gòu)工藝的優(yōu)化。盧濟(jì)威等[9]論述了建筑功能與形式結(jié)合山地環(huán)境因地制宜進(jìn)行調(diào)整后對(duì)土方開挖、結(jié)構(gòu)合理性帶來的優(yōu)化作用。姚新春[10]針對(duì)地鐵標(biāo)準(zhǔn)站，提出通過優(yōu)化設(shè)備用房布置、調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案等手段減少不必要的設(shè)備空間，以減小土建規(guī)模。王欣睿[11]、孫希波等[12]通過BIM系統(tǒng)輔助復(fù)雜項(xiàng)目設(shè)計(jì)，以達(dá)到精細(xì)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。劉丹[13]提出與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)一致的地鐵車站設(shè)計(jì)思路。針對(duì)暗挖地鐵車站，童利紅等[14]提出暗挖地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)布置與風(fēng)道設(shè)計(jì)優(yōu)化可帶來暗挖隧道截面優(yōu)化。以上均為以優(yōu)化建筑功能與形式來降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工代價(jià)的研究。

羅文靜等[15]綜合分析了暗挖地鐵車站結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)性，提出因隧道斷面尺寸的增大，結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)成數(shù)量級(jí)增加。這是暗挖隧道所特有的特征，從而帶來建筑功能分析優(yōu)先等級(jí)的變化，風(fēng)險(xiǎn)性成為重要的考量指標(biāo)。同樣的建筑優(yōu)化，在暗挖隧道中將取得較明挖結(jié)構(gòu)明顯得多的工程收益。同時(shí)，因第一批地鐵建設(shè)線網(wǎng)已占用淺層地下空間，新建設(shè)線路采用明暗挖結(jié)合地鐵車站的比例不斷增加，明暗挖結(jié)合地鐵車站漸漸由特殊環(huán)境下的特殊地鐵車站形式演變?yōu)橐环N重要的地鐵車站形式，因此，有必要系統(tǒng)地研究明暗挖地鐵車站暗挖隧道的通用性優(yōu)化理念與優(yōu)化措施，以期更好地服務(wù)后續(xù)工程。

本文通過將暗挖隧道結(jié)構(gòu)高風(fēng)險(xiǎn)性納入設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系，針對(duì)暗挖結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)行地鐵建筑設(shè)計(jì)理念進(jìn)行分析與適應(yīng)性調(diào)整，同時(shí)結(jié)合實(shí)際工程，提出3項(xiàng)具體優(yōu)化措施，并應(yīng)用到南寧地鐵3號(hào)線青秀山站具體案例中，取得了較好的優(yōu)化效果。

1 暗挖隧道設(shè)計(jì)優(yōu)化理念

明暗挖結(jié)合地鐵車站的基本建筑形式為明挖豎井+暗挖隧道組合，不同站點(diǎn)豎井與隧道的尺寸、規(guī)模、數(shù)量、密度不一，組合形式多變。因此，需對(duì)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行研究，以適用于不同環(huán)境下的明暗挖結(jié)合地鐵車站暗挖隧道斷面優(yōu)化。

與明挖結(jié)構(gòu)相比，暗挖結(jié)構(gòu)與形體的相互關(guān)系主要有3個(gè)方面的特性：

1)矩形斷面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中時(shí)象，因此暗挖斷面多采用馬蹄形或圓形；

2)隨著斷面尺寸減小，暗挖斷面危險(xiǎn)系數(shù)成數(shù)量級(jí)減小，因此暗挖斷面需盡量減小尺寸;

3)因?yàn)楹笸谒淼篱_挖范圍進(jìn)入先挖隧道擾動(dòng)范圍，后開挖隧道風(fēng)險(xiǎn)較大，所以島洞間距越遠(yuǎn)越安全。

上述3項(xiàng)特性均與風(fēng)險(xiǎn)性緊密相關(guān)，與經(jīng)濟(jì)性關(guān)聯(lián)較弱，因此，將風(fēng)險(xiǎn)性與功能必要性進(jìn)行對(duì)比，是暗挖隧道設(shè)計(jì)優(yōu)化理念的核心，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面的設(shè)計(jì)理念調(diào)整上。

1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整

與一般公共建筑的單一設(shè)計(jì)團(tuán)體不同，地鐵設(shè)計(jì)在流程上由2個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)體共同完成。設(shè)計(jì)總體團(tuán)隊(duì)在規(guī)范基本要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合地域、人文、經(jīng)濟(jì)特征，形成全線統(tǒng)一的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)工點(diǎn)團(tuán)隊(duì)以全線設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為輸入，結(jié)合站位、站址環(huán)境，開展站點(diǎn)設(shè)計(jì)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)逐漸向人性化發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更傾向于舒適性，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也傾向于檢修、維養(yǎng)便利。

全線設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是以明挖地鐵車站為模板進(jìn)行擬定的，其標(biāo)準(zhǔn)上浮帶來的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估也以明挖地鐵車站作為計(jì)算模型，與暗挖地鐵車站并不匹配。而工點(diǎn)設(shè)計(jì)多以全線設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)輸入原則，少有對(duì)其進(jìn)行反思與質(zhì)疑，使得設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)往往未針對(duì)暗挖風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效調(diào)整。

在明挖地鐵車站付出一定經(jīng)濟(jì)代價(jià)即可實(shí)現(xiàn)的功能，在暗挖隧道中則需承擔(dān)較大的工程風(fēng)險(xiǎn)方可實(shí)現(xiàn)，因此，結(jié)合暗挖隧道結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)性特征，可對(duì)全線設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行下列調(diào)整，以獲得更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)收益。

1)降低暗挖隧道部分建筑舒適性標(biāo)準(zhǔn)。除規(guī)范強(qiáng)制規(guī)定的乘客乘降需求標(biāo)準(zhǔn)外，全線技術(shù)要求會(huì)結(jié)合地域特征及行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，提高建筑舒適性標(biāo)準(zhǔn)，如公共區(qū)層高加高、樓梯平臺(tái)加寬、疏散樓梯加寬、通行凈高加高、樓扶梯起步點(diǎn)對(duì)齊等，此部分需求的必要性與提高的暗挖風(fēng)險(xiǎn)不成正比，因此，在明暗挖結(jié)合地鐵車站暗挖隧道部分可考慮降低至規(guī)范強(qiáng)制性規(guī)定水平，不必進(jìn)行上浮。

2)梳理機(jī)電設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)電專業(yè)多按照規(guī)范要求檢修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，但在對(duì)規(guī)范條文的解讀中，往往出現(xiàn)歧義。例如：在GB 7588-2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中規(guī)定，當(dāng)相鄰2層門地坎間的距離大于11 m時(shí)，其間應(yīng)設(shè)置井道安全門。在設(shè)計(jì)中，常將電梯專業(yè)的"安全門"與建筑"安全疏散通道"混為一談，認(rèn)為需設(shè)置凈寬大于1.2 m的安全疏散樓梯方可滿足工藝需求，而實(shí)際《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中對(duì)安全門的最低要求僅為高1.8 m、寬0.35 m。因此，需對(duì)機(jī)電設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)在土建工程中的體現(xiàn)形態(tài)進(jìn)行梳理，尋找設(shè)計(jì)盲點(diǎn)，進(jìn)行斷面優(yōu)化。

1.2 優(yōu)化機(jī)電設(shè)計(jì)方法

因地鐵涉及專業(yè)多達(dá)30～40個(gè)，少有地鐵建筑師能像普通民用建筑師一樣掌握所有專業(yè)設(shè)計(jì)原理及方法，但仍可對(duì)暗挖隧道內(nèi)所含有限機(jī)電專業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究與優(yōu)化。

可達(dá)到斷面優(yōu)化效果的機(jī)電設(shè)計(jì)理念包括：

1)解構(gòu)專業(yè)組合。專業(yè)組合是最常見的設(shè)計(jì)慣例和影響斷面面積的因素，同一專業(yè)慣于將本專業(yè)管線及設(shè)備設(shè)置在一起，而僅需將不同專業(yè)間管線及設(shè)備進(jìn)行拆分、組合，即可獲得較大的暗挖斷面優(yōu)化空間。

2)調(diào)整關(guān)鍵功能選點(diǎn)。部分機(jī)電尺度要求因位置、功能不同會(huì)有所區(qū)別，例如：人防通道在設(shè)置人防門的位置需滿足人防門框及穿管要求，在其他位置僅需滿足最小人行通道要求；通風(fēng)管道除新風(fēng)管要求設(shè)置方形風(fēng)管以便于保溫層施工、接風(fēng)機(jī)部位需設(shè)置方形接口以便于安裝風(fēng)閥，其余功能區(qū)均可異形設(shè)置。將對(duì)尺度要求較大的功能盡量設(shè)置于明挖段或空間富余段，在暗挖段設(shè)置尺度要求較小的功能，可有效降低斷面尺度要求，達(dá)到斷面優(yōu)化的效果。

3)調(diào)整高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)機(jī)電設(shè)計(jì)方案。某些截面因多種功能集合，暗挖斷面面積較大，結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)較高。對(duì)截面所涉及專業(yè)進(jìn)行逐次梳理，尋找機(jī)電設(shè)計(jì)方案有無優(yōu)化空間，可取得較好的優(yōu)化效果。例如：給排水專業(yè)習(xí)慣在下部接觸土體的扶梯基坑設(shè)置集水井，但當(dāng)扶梯基坑處于暗挖隧道中時(shí)，本身斷面尺寸已經(jīng)形成較大的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。若利用排水溝引流至地鐵車站集水井，同樣可以達(dá)到排水效果，還可大大減小斷面尺寸，降低結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

1.3 優(yōu)化建筑形體

建筑形體多以矩形出現(xiàn)，相互組合成為矩形或多邊形組合，在此基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)形體對(duì)建筑形體進(jìn)行包絡(luò)。矩形斷面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，因而暗挖隧道斷面多采用馬蹄形或圓形。但同樣為馬蹄形截面，越接近長方形的馬蹄形截面應(yīng)力集中現(xiàn)象越明顯。若功能滿足要求且環(huán)境條件允許，圓形截面受力更優(yōu)于馬蹄形截面。因此，在進(jìn)行暗挖隧道優(yōu)化時(shí)，可將建筑形體盡量按照最終組合形態(tài)宜于受力的形式調(diào)整，分析各功能布置是否已盡量接近規(guī)范形體，圓形最優(yōu)，馬蹄形次之(長方形馬蹄形以最長直徑?jīng)Q定風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別)。

2 暗挖隧道斷面優(yōu)化措施

針對(duì)暗挖隧道結(jié)構(gòu)形體3個(gè)方面的特性，按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化方向，結(jié)合多項(xiàng)工程實(shí)例，總結(jié)出暗挖隧道斷面優(yōu)化的3項(xiàng)具體措施：簡化內(nèi)部功能、調(diào)整幾何關(guān)系、規(guī)整斷面形體。將前文所述設(shè)計(jì)理念組合或交互應(yīng)用于各項(xiàng)措施中，側(cè)重于不同的優(yōu)化方向，共同達(dá)到優(yōu)化暗挖隧道斷面的作用。

2.1 簡化暗挖隧道內(nèi)部功能

具體措施包括：1)降低暗挖隧道部分建筑舒適性標(biāo)準(zhǔn)至規(guī)范強(qiáng)制性規(guī)定水平，不必進(jìn)行上??；2)梳理機(jī)電設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)，減少不必要的機(jī)電檢修空間；3)從設(shè)計(jì)輸入上減少功能對(duì)限界的需求，從源頭減小暗挖隧道截面面積。

以最具代表性的樓扶梯暗挖隧道為例(見圖1)，建筑設(shè)計(jì)中多取扶梯工作點(diǎn)與樓梯工作點(diǎn)上對(duì)齊或下對(duì)齊，使得設(shè)備排放整齊，空間效果開闊，乘客感受良好。

圖1 樓扶梯限界并集示意圖Fig.1 Schematic diagram of limit union of staircase

在此設(shè)計(jì)下，隧道斷面尺寸由最大包絡(luò)尺寸擬定，公式如下：

若上端對(duì)齊時(shí)，

包絡(luò)尺寸=扶梯控制限界+amax，b=0。

若下端對(duì)齊時(shí)，

包絡(luò)尺寸=扶梯控制限界+bmax，a=0。

通過分析可知，若優(yōu)化調(diào)整步梯位置，使扶梯乘客走行限界與樓梯乘客走行限界獲得最大交集，即樓梯限界下部凸出值a等于樓梯限界上部凸出值b時(shí)：

包絡(luò)尺寸=扶梯控制限界+a=扶梯控制限界+b<上端(下端)對(duì)齊時(shí)包絡(luò)尺寸。

以提升高度為23 m的廳臺(tái)樓扶梯組為例，調(diào)整工作點(diǎn)位置后，洞室半徑減小約20%。

由此可知，降低樓扶梯工作點(diǎn)對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)，將帶來暗挖隧道半徑尺寸的有效優(yōu)化。適當(dāng)降低樓扶梯組的景觀效果，不會(huì)對(duì)乘客乘降帶來明顯不適，卻可有效降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 調(diào)整暗挖隧道內(nèi)功能之間幾何關(guān)系

立體交叉洞室隨著斷面半徑尺寸增大，暗挖斷面危險(xiǎn)系數(shù)成次方式增長；同時(shí)，因后挖隧道開挖范圍進(jìn)入先挖隧道擾動(dòng)范圍，故后開挖隧道風(fēng)險(xiǎn)較大。因此，需有意識(shí)地對(duì)地鐵車站建筑及工藝功能之間幾何關(guān)系進(jìn)行重新排列組合，打破原有分組習(xí)慣，在功能合理的基礎(chǔ)上，使各暗挖隧道截面面積之和趨向最小，單洞室截面面積趨于合理，洞室間距盡量擴(kuò)大。此外，細(xì)化機(jī)電設(shè)計(jì)方法，避免將控制性截面設(shè)置于同一控制性斷面，如風(fēng)閥墻、人防門、集水井等可交錯(cuò)布置，或布置于對(duì)斷面要求不高的明挖空間中。

以圖2為例，A、B、C代表3個(gè)專業(yè)的若干項(xiàng)工藝限界需求，按照慣例，同一專業(yè)需求成組進(jìn)行敷設(shè)，6個(gè)A在一個(gè)小隧道，2個(gè)B在一個(gè)大隧道，2個(gè)C在一個(gè)中隧道。當(dāng)放棄同專業(yè)成組進(jìn)行敷設(shè)的慣例后，對(duì)各項(xiàng)需求以隧道斷面尺度最小為目標(biāo)，重新進(jìn)行排列組合(見圖3)。因B體積最大，分為2個(gè)斷面可避免單洞室面積過大；C與B搭配，可在斷面不增加面積或增加極少的情況下滿足要求；再利用邊角面積配置A，最終用2個(gè)中等大小斷面代替了原來的3個(gè)斷面。斷面截面積減小，洞室數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)安全性得以提升。

圖2 功能分類邏輯示意圖Fig.2 Logic diagram of functional classification

圖3 尺度分類邏輯示意圖Fig.3 Logic diagram of scale classification

2.3 采用適宜受力的規(guī)整形體

方形形體因其便于放線、便于建設(shè)、使用率高，在建筑中普遍采用。將其作為設(shè)計(jì)輸入，再進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)馬蹄形隧道斷面是常見的設(shè)計(jì)方案(見圖4)。由于同截面面積前提下，圓形截面受力優(yōu)于馬蹄形截面，類圓馬蹄形截面受力優(yōu)于長方形馬蹄形截面，因而建筑設(shè)計(jì)也需放棄原有習(xí)慣，細(xì)化機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，篩選對(duì)形體要求較低的電纜廊道、非保溫風(fēng)道(活塞風(fēng)、隧道風(fēng)、排風(fēng))等機(jī)電系統(tǒng)功能，使其貼近隧道結(jié)構(gòu)形態(tài)，利用非矩形空間布置，減小隧道半徑尺寸(見圖5)，同時(shí)在功能合理、外部環(huán)境(與其他控制物間距等因素)滿足的前提下，盡量采用圓形截面。調(diào)整建筑形體以適應(yīng)斷面形體，可使暗挖隧道施工風(fēng)險(xiǎn)有效減少。

圖4 風(fēng)道橫斷面優(yōu)化前示意圖Fig.4 Schematic diagram before optimization of air duct cross-section

圖5 風(fēng)道橫斷面優(yōu)化后示意圖Fig.5 Schematic diagram after optimization of air duct cross-section

3 青秀山站暗挖隧道斷面優(yōu)化實(shí)例

南寧地鐵3號(hào)線青秀山站前后下穿邕江主航道與邕江支流，站位位于青秀山景區(qū)大門南側(cè)，軌面與站位地面高差達(dá)50 m，采用明暗挖結(jié)合地鐵車站形式，通過將站臺(tái)隧道與明挖站廳空間平行布置、斜向通道銜接乘客立體交通、豎向暗挖隧道銜接工藝管線，構(gòu)成立體交叉洞室群結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地鐵車站功能，如圖6所示。

(a) 西向剖切圖

站位所處地質(zhì)環(huán)境的半成巖地層成巖時(shí)代較新，固結(jié)程度弱，其泥巖層大多含有親水礦物,具有一定的膨脹性，而粉砂巖層具有遇水軟化崩解的特性，容易引起隧道施工中的塌方、大變形和突水、涌砂等現(xiàn)象，工程風(fēng)險(xiǎn)較大。

將優(yōu)化措施應(yīng)用于青秀山站設(shè)計(jì)，對(duì)地鐵車站11個(gè)暗挖隧道斷面進(jìn)行簡化內(nèi)部功能、調(diào)整幾何關(guān)系、規(guī)整斷面形體。經(jīng)優(yōu)化后，原初步設(shè)計(jì)11個(gè)斷面優(yōu)化為10個(gè)斷面，最大水平暗挖隧道半徑由12 m優(yōu)化至10 m，暗挖隧道截面積綜合優(yōu)化達(dá)30%，優(yōu)化效果明顯。具體做法如下。

3.1 簡化內(nèi)部功能

簡化功能并不意味著犧牲功能，而是在保證基本功能和乘客服務(wù)水平的前提下，減少及優(yōu)化一些次要、同時(shí)可帶來暗挖隧道半徑較大優(yōu)化的功能。

3.1.1 優(yōu)化活塞風(fēng)道

青秀山站前后均為明挖地鐵車站，地鐵車站建設(shè)條件良好，經(jīng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)核算，滿足系統(tǒng)通風(fēng)功能后，在青秀山站采用單活塞通風(fēng)模式(見圖7)，適當(dāng)降低通風(fēng)工藝服務(wù)水平，減小截面面積，優(yōu)化暗挖隧道半徑。

圖7 單活塞風(fēng)道地鐵車站工藝圖Fig.7 Process drawing of single piston air duct station

3.1.2 優(yōu)化梯底集水井

青秀山站站廳、站臺(tái)樓扶梯底部為暗挖結(jié)構(gòu)，底坑集水需設(shè)置集水井進(jìn)行排放，但集水井將帶來局部斷面尺寸的大幅增加。經(jīng)研究后，優(yōu)化排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，引流扶梯底坑集水至地鐵車站廢水泵房(見圖8)，在滿足排水要求的同時(shí)，減小了暗挖隧道局部半徑，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.3 優(yōu)化垂直電梯暗挖隧道

電梯井可分為消防電梯井與普通電梯井。消防電梯井主要滿足消防救援功能，需直通地面，并通過前室與各層相連，設(shè)置要求較高。普通電梯井則為滿足乘客無障礙乘降服務(wù)，不需要設(shè)置前室，設(shè)置要求較為靈活。兩者均需滿足電梯規(guī)范規(guī)定：當(dāng)相鄰2層門地坎間的距離大于11 m時(shí)，其間應(yīng)設(shè)置井道安全門。

(a) 集水井優(yōu)化前 (b) 集水井優(yōu)化后圖8 扶梯底坑取消集水井示意圖Fig.8 Schematic diagram of escalator canceling sump

青秀山站同時(shí)設(shè)置普通電梯與消防電梯。因垂直電梯暗挖隧道周邊均為夾土，若為設(shè)置安全門而專門加設(shè)樓梯間，則橫斷面面積較大(見圖9)。經(jīng)深入研究垂直電梯功能需求后可知，井道安全門為電梯故障時(shí)救援乘客使用，非疏散使用，如采用可滿足無障礙救援要求的疏散井作為救援通道，在井道頂部設(shè)置救援吊鉤，可在滿足規(guī)范救援要求的同時(shí)，有效減小橫斷面面積(見圖10)。因此，適當(dāng)降低電梯緊急救援服務(wù)水平，可有效優(yōu)化普通垂直電梯尺寸，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 電梯井橫斷面優(yōu)化前示意圖(單位:mm)Fig.9 Schematic diagram of elevator shaft before cross-section optimization (unit：mm)

圖10 電梯井橫斷面優(yōu)化后示意圖(單位:mm)Fig.10 Schematic diagram of elevator shaft after cross-section optimization (unit：mm)

3.2 調(diào)整幾何關(guān)系

將青秀山站最重要、尺度需求大、定位要求高的功能作為骨架，根據(jù)其最小尺度需求，組合其他功能次要、尺度較小、定位要求不高的功能，充分達(dá)到空間的共享，使隧道截面積之和趨向最小；均衡搭配隧道功能，避免單隧道過大，用幾個(gè)中等大小的隧道分擔(dān)大隧道功能，使各單隧道截面尺寸趨向合理；同時(shí)，將過小隧道功能與其他隧道合并，減少隧道數(shù)量，使洞群之間立體交叉間距可適當(dāng)擴(kuò)大。

3.2.1 優(yōu)化工藝?yán)鹊?/p>

以樓扶梯功能為骨架，擬定樓扶梯斷面尺寸，根據(jù)樓扶梯斷面尺度，選擇可納入該空間的大系統(tǒng)風(fēng)道及通信配電廊道，利用閑置空間布置管線工藝?yán)鹊?，同時(shí)考慮檢修要求，減少單獨(dú)設(shè)置的管線空間，優(yōu)化暗挖隧道總體截面積(見圖11)。

圖11 樓扶梯橫斷面整合管線空間示意圖Fig.11 Space diagram of integrated pipeline in cross-section of staircase

3.2.2 均衡搭配暗挖隧道功能

以青秀山站連接明挖站廳與暗挖站臺(tái)的垂直暗挖隧道組為例，其由暗挖隧道1#-4#共同承擔(dān)了地鐵車站豎向工藝銜接功能(見圖12)。

(a) 1#隧道 (b) 2#隧道

通過均衡搭配暗挖隧道功能，進(jìn)行了以下優(yōu)化(見圖13)：

1)將4#隧道16 m2活塞風(fēng)道改為20 m2單活塞風(fēng)道，2#隧道16 m2活塞風(fēng)道改為12 m2機(jī)械風(fēng)道，系統(tǒng)共同承擔(dān)隧道通風(fēng)功能，平衡2#隧道斷面過大的問題。

2)1#隧道消防電梯改為普通電梯，取消疏散樓梯，由2#隧道消防電梯整合承擔(dān)地鐵車站消防功能。

3)1#隧道強(qiáng)弱電井調(diào)整至2#隧道，因2#隧道受電梯和疏散樓梯影響，尺寸較大，邊角空間較多，在不增加斷面尺寸前提下，即可設(shè)置強(qiáng)弱電井;3#隧道小系統(tǒng)風(fēng)管調(diào)整至1#隧道邊角區(qū)域設(shè)置，同時(shí)減小了1#和3#隧道斷面尺寸。

(a) 1#隧道 (b) 2#隧道

3.3 規(guī)整斷面形體

對(duì)于馬蹄形及圓形的暗挖隧道群，風(fēng)道異形化貼近隧道的類圓形體是非常有效的隧道半徑優(yōu)化措施，進(jìn)而可梳理其他能夠貼近暗挖隧道形體的功能設(shè)施。

地下超過3層(含3層)的地鐵車站需設(shè)置防煙樓梯間及消防電梯。青秀山站埋深達(dá)49 m，需設(shè)置暗挖的防煙樓梯間及消防電梯。因防煙樓梯間與消防電梯功能要求相似，均需直接連接各層與地面并設(shè)置前室，若兩者合設(shè)，則可共用前室，且防煙樓梯間平臺(tái)兼具消防電梯檢修疏散功能(見圖14)。

圖14 防煙樓梯間與消防電梯暗挖隧道橫斷面整合示意圖Fig.14 Cross-section integration diagram of smoke prevention stairwell and fire elevator shaft

若兩者分設(shè)于2個(gè)暗挖隧道，則島洞之間距離較近，且暗挖隧道數(shù)量較多。因此，首先進(jìn)行尺度優(yōu)化，將防煙樓梯間及消防電梯合設(shè)，然后將機(jī)械風(fēng)道、前室、電纜井等形體靈活的功能進(jìn)行形體優(yōu)化，采用異形設(shè)計(jì)，與其余功能組合為受力較好的圓形斷面，從而優(yōu)化暗挖隧道半徑。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)暗挖隧道斷面優(yōu)化需從設(shè)計(jì)理念入手，優(yōu)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將暗挖隧道部分建筑舒適性標(biāo)準(zhǔn)降低至規(guī)范強(qiáng)制性規(guī)定水平，不必進(jìn)行上??；梳理機(jī)電設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)，排除設(shè)計(jì)盲點(diǎn)；細(xì)化機(jī)電設(shè)計(jì)方法，尋找優(yōu)化空間；了解結(jié)構(gòu)受力形體評(píng)價(jià)體系，隨之對(duì)建筑形體進(jìn)行優(yōu)化。

2)本文總結(jié)了暗挖隧道斷面優(yōu)化的3個(gè)有效措施：簡化暗挖隧道部分功能，重新對(duì)暗挖隧道部分功能進(jìn)行梳理，將功能精簡或轉(zhuǎn)移至明挖空間；以減小尺度為目標(biāo)，對(duì)所有暗挖隧道群體內(nèi)功能進(jìn)行重新排列組合，有效規(guī)劃；尊重暗挖隧道圓形、馬蹄形斷面有利受力特征，梳理處理后可滿足工藝及檢修要求的風(fēng)道、電纜廊道等進(jìn)行異形化處理，規(guī)整斷面形體。

4.2 建議

暗挖隧道斷面的優(yōu)化在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)電設(shè)計(jì)方案梳理上很大程度依賴建筑師的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)間配合的力度，下階段嘗試擴(kuò)大研究案例范圍，搜集各地明暗挖結(jié)合地鐵車站工程相關(guān)案例，對(duì)于存在優(yōu)化空間的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)功能進(jìn)行全面梳理總結(jié)，形成優(yōu)化點(diǎn)檢索表，便于不同水平的建筑師檢索，查驗(yàn)自身設(shè)計(jì)是否有進(jìn)一步優(yōu)化可能性。