城市綜合管廊與地鐵車站協(xié)同建造施工方法綜述

呂 亮，邱 婧，王綜勇，童建紅，謝霞菲

(1.北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京 100082；2.北京京投城市管廊投資有限公司，北京 101500)

0 引 言

城市軌道交通與綜合管廊均具有工程體量大，牽涉范圍廣的特點，當(dāng)同一市政道路下方同時規(guī)劃有綜合管廊工程及地鐵工程時，若將兩工程協(xié)同施工或?qū)崿F(xiàn)兩工程共用結(jié)構(gòu)，有利于集約城市用地、節(jié)約工程投資；隨著大量市政管線入廊，可減少管線單獨修建、改造對運營后的地鐵工程影響，管廊工程可減少傳統(tǒng)管線建設(shè)對周邊環(huán)境的影響，但如何實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、綜合利用以及同期建設(shè)尚缺乏系統(tǒng)的研究和工程實踐。

筆者在地鐵工程與綜合管廊協(xié)同施工可行性的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩工程結(jié)構(gòu)力學(xué)特性及施工過程，以地鐵與管廊建設(shè)的充分融合、同步施工為基本目標(biāo)，統(tǒng)籌考慮施工的安全性、經(jīng)濟性與協(xié)調(diào)性為基本原則，不僅針對各種工況提出兩者協(xié)同建造設(shè)計方案而且根據(jù)兩者空間關(guān)系及各種施工工法的特性進一步提出兩者協(xié)同建設(shè)的推薦施工方法，以期為類似的項目設(shè)計提供參考。

1 綜合管廊隨明挖法地鐵車站協(xié)同建造施工方法

1.1 綜合管廊與地鐵工程共結(jié)構(gòu)

當(dāng)綜合管廊工程與地鐵工程工期匹配時，兩工程可采用共結(jié)構(gòu)形式。實施時共用圍護結(jié)構(gòu)，按照“先下再上”的步序依次建設(shè)。按照相對位置關(guān)系分為頂置共構(gòu)和側(cè)置共構(gòu)兩種。

1.1.1 頂置共構(gòu)

當(dāng)明挖地鐵車站結(jié)構(gòu)頂板標(biāo)高與綜合管廊底板標(biāo)高匹配時，可采用頂置共構(gòu)形式，即綜合管廊在車站處位于車站頂部，管廊的底板與車站站廳層頂板合一。綜合管廊與地鐵車站橫斷面布置如圖1所示。

圖1 綜合管廊與地鐵明挖車站的頂置共構(gòu)

采用此形式會因進一步加深地鐵車站埋深而對周邊環(huán)境產(chǎn)生一定影響，如產(chǎn)生附加地表沉降；會相應(yīng)加長地鐵出入口的提升高度，對地鐵建筑功能產(chǎn)生影響；但管廊工程可利用地鐵車站的圍護結(jié)構(gòu)和頂板結(jié)構(gòu)，與地鐵車站共用交通導(dǎo)改、管線改移、臨時占地等前期工作，可顯著減少前期費、工程費等投資。

1.1.2 側(cè)置共構(gòu)

當(dāng)明挖地鐵車站結(jié)構(gòu)頂板標(biāo)高與綜合管廊底板標(biāo)高無法匹配時，地鐵車站底板埋深不變，可考慮采取側(cè)置共構(gòu)形式，綜合管廊與地鐵車站橫斷面布置如圖2所示。

圖2 與地鐵明挖車站側(cè)置共構(gòu)

采用此形式管廊需要采用上下疊落形式，管廊附屬及出線節(jié)點存在一定困難，因此不建議在共構(gòu)區(qū)段設(shè)置管廊附屬及出線節(jié)點。此外，側(cè)置共構(gòu)形式尚需加寬地鐵車站，增加地鐵車站橫向跨數(shù)。雖然可利用地鐵車站的圍護結(jié)構(gòu)、局部利用地鐵車站的側(cè)墻、頂板結(jié)構(gòu)，但由此導(dǎo)致地鐵車站本身的交通導(dǎo)改、管線改移、臨時占地等前期工作增大，明顯增加前期費、工程費等投資。

1.2 綜合管廊與地鐵工程共基坑

當(dāng)在豎向關(guān)系上明挖地鐵車站頂板標(biāo)高與綜合管廊底板標(biāo)高無法匹配，但平面上路由平行且距離較近時，兩個結(jié)構(gòu)雖無法采用共用結(jié)構(gòu)板(或墻)的形式，但可充分利用二者平面上間距近、共路由的優(yōu)勢采用共基坑的實施方案。綜合管廊橫斷面布置如圖3所示。

采用此形式，在兩項工程工期匹配前提下，可與地鐵車站共用圍護結(jié)構(gòu)及交通導(dǎo)改、管線改移、臨時占地等前期工作，可有效節(jié)省工程投資。

圖3 綜合管廊與地鐵明挖車站共基坑

1.3 綜合管廊鄰近地鐵工程

高齡老年人群是股骨粗隆間骨折的高發(fā)人群，經(jīng)非手術(shù)途徑治療股骨粗隆間骨折患者在一年后死亡的發(fā)生率高達(dá)20%，髓內(nèi)釘治療是不穩(wěn)定股骨粗隆間骨折患者的最佳治療方式，而髓內(nèi)、髓外固定對于穩(wěn)定性股骨粗隆間骨折均適用，股骨粗隆間骨折是否穩(wěn)定的關(guān)鍵是內(nèi)后側(cè)皮質(zhì)是否連續(xù)，內(nèi)側(cè)弓的完整性與后側(cè)皮質(zhì)的粉碎程度是決定股骨間粗隆穩(wěn)定與否的兩個重要因素。

當(dāng)綜合管廊工程與地鐵工程工期不匹配時，綜合管廊可根據(jù)工程條件采用明挖法、盾構(gòu)法及暗挖法施工，具體情況如下：

1.3.1 明挖法綜合管廊鄰近地鐵明挖工程

當(dāng)?shù)罔F車站先施工、管廊工程后施工，且管廊工程場地條件較好、具備明挖實施條件時，管廊可采用明挖結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)兩工程平面距離較大，且周邊無控制性管線及交通需求時，管廊也可采用明挖放坡支護形式。明挖綜合管廊圍護結(jié)構(gòu)可利用已實施的明挖地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)，在不影響地鐵車站結(jié)構(gòu)安全的前提下，可提高施工進度、減少工程投資，如圖4所示。

圖4明挖法綜合管廊與地鐵明挖工程

1.3.2 盾構(gòu)法或暗挖法綜合管廊鄰近地鐵明挖工程

當(dāng)管廊工程與地鐵工程平面距離脫開，且管廊工程場地條件較差，不具備明挖實施條件時，綜合管廊可根據(jù)自身工程條件采用盾構(gòu)法或暗挖法施工。此時綜合管廊埋深大，適應(yīng)于出支線相對較少的干線管廊工程。鑒于兩工程施工步序不同，后期建設(shè)工程需考慮對先期建設(shè)工程的影響，建議方案初期建立相關(guān)數(shù)值模型進行對此工況進行分析計算，合理確定相關(guān)工程措施。

2 綜合管廊隨暗挖法地鐵車站協(xié)同建造施工方法

暗挖法施工可以有效避免由于地下工程施工引起的交通擁堵和管線改移，在節(jié)省前期費用的同時，也為提早開工創(chuàng)造條件。

2.1 綜合管廊與地鐵工程共結(jié)構(gòu)

2.1.1 綜合管廊與地鐵工程共用豎井及橫通道

暗挖法地鐵車站以洞柱逆作法施工兩層三跨車站為例，當(dāng)綜合管廊位于車站與豎井之間時，應(yīng)考慮與地鐵共用施工豎井及橫通道，并且管廊施工受地鐵施工影響較小，可與地鐵同期實施，亦可待地鐵施工完成后再實施管廊，如圖5所示。

圖5 綜合管廊與地鐵車站共用豎井及橫通道示意圖

綜合管廊位于地鐵車站與豎井以外時，管廊如利用地鐵施工豎井及橫通道，需對橫通道進行擴挖，形成管廊施工通道；但管廊施工受地鐵施工影響較大，管廊僅可提前于地鐵施工、或與地鐵某階段同期實施，需先于地鐵車站施工完成，對工程籌劃要求較高，如圖6所示。

圖6 綜合管廊與地鐵車站共用豎井及橫通道示意圖

當(dāng)管廊與地鐵車站僅共用施工豎井，不共用施工橫通道時，管廊與地鐵施工相互影響較小，管廊工程籌劃受地鐵施工影響也較小，如圖7所示。

圖7 綜合管廊與地鐵車站共用豎井及橫通道示意圖

2.1.2 綜合管廊與地鐵主體工程共結(jié)構(gòu)

當(dāng)綜合管廊工程與地鐵工程工期匹配時，兩項工程可采用共結(jié)構(gòu)形式，實施時地鐵車站需通過增加跨數(shù)、層數(shù)或利用拱部、臨時結(jié)構(gòu)工期等方式滿足管廊設(shè)置，如圖8所示。

圖8 綜合管廊與地鐵車站共結(jié)構(gòu)示意圖

地鐵車站增加一跨設(shè)置綜合管廊，導(dǎo)致地鐵車站跨度增加，施工風(fēng)險增大，且地鐵車站需全長增加一跨，費用增加較多，遠(yuǎn)大于同長度綜合管廊建設(shè)費用。

地鐵車站增加一層設(shè)置綜合管廊，若置于地鐵車站下層，埋深較深，使用功能較差；整體土建結(jié)構(gòu)埋深增加，進入地下水可能性增大，工程風(fēng)險增大；雖然綜合管廊對地鐵車站功能影響較小，但管廊斷面寬度與地鐵斷面寬度不匹配，易造成工程浪費，需考慮提高斷面利用率。若綜合管廊設(shè)置于地鐵車站上層，可利用車站拱部空間，車站整體高度增加較?。痪C合管廊埋深較淺，功能性較好，但車站整體下壓，車站功能性變差。若利用車站施工形成的臨時結(jié)構(gòu)空間(如小導(dǎo)洞)設(shè)置管廊，雖可節(jié)約工程造價，但適用性差，僅可用于小斷面管廊隧道。

2.2 綜合管廊鄰近暗挖地鐵工程

綜合管廊鄰近暗挖法地鐵車站，需綜合考慮地鐵與綜合管廊對周邊環(huán)境的疊加影響和整體工程風(fēng)險、造價等，推薦合理的工程籌劃。

由于地鐵車站水平向和豎向體量都較大，暗挖車站一般頂部周邊環(huán)境復(fù)雜，底部埋深較大，綜合管廊設(shè)置于主體上部或下部均困難。相比于車站主體結(jié)構(gòu)，出入口及風(fēng)亭等車站附屬結(jié)構(gòu)尺寸小，與管廊共建靈活性強，因此建議綜合管廊設(shè)置于車站主體兩側(cè)，下穿或上跨車站附屬結(jié)構(gòu)。

當(dāng)綜合管廊下穿地鐵車站附屬結(jié)構(gòu)，地鐵附屬結(jié)構(gòu)采用暗挖法施工，綜合管廊可采用暗挖法或盾構(gòu)法實施，如圖9所示。因車站主體和附屬機構(gòu)與綜合管廊較獨立，綜合管廊埋深較深，對于車站附屬影響較小，附屬與管廊豎向空間協(xié)調(diào)較方便。但綜合管廊埋深與地鐵車站站臺層埋深相當(dāng)，相比常規(guī)綜合管廊埋深較深，功能性較差，施工風(fēng)險、投資都較大。

圖9 管廊下穿地鐵附屬結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)管廊設(shè)置在地鐵附屬上方，出入口覆土能滿足管廊敷設(shè)時，直接設(shè)計即可；若覆土不夠，需考慮車站主體結(jié)構(gòu)標(biāo)高不降時，可對出入口局部段進行下壓一定深度(不超過1.5 m)滿足管廊敷設(shè)，但出入口做成倒虹式會給人員通行帶來不便。綜合考慮管廊工法的適用性，管廊可采用明挖或暗挖方式實施，當(dāng)附屬結(jié)構(gòu)具備明挖條件時，也可考慮通道和管廊同槽明挖施工，如圖10所示。

圖10 管廊上跨地鐵附屬結(jié)構(gòu)示意圖

3 協(xié)同施工方法對比

通過對不同地下工程施工方法特點進行分析總結(jié)，結(jié)合綜合管廊工程與地鐵工程的空間關(guān)系，充分考慮兩工程造價、建設(shè)時序及對周邊環(huán)境的影響等綜合分析隨軌道交通建設(shè)綜合管廊推薦施工方法見表1。

表1 隨軌道交通建設(shè)綜合管廊施工方法推薦一覽表

4 結(jié)論與建議

(1)城市綜合管廊與地鐵工程協(xié)同建造，有利于集約城市用地、節(jié)約工程投資，可有效減少兩工程之間相互影響及對工程沿線周邊環(huán)境的影響。

(2)綜合管廊與地鐵車站協(xié)同施工時，根據(jù)二者結(jié)構(gòu)關(guān)系可采用明挖、暗挖及盾構(gòu)法施工，前期規(guī)劃設(shè)計時宜優(yōu)先考慮兩工程共用結(jié)構(gòu)。當(dāng)管廊工程與地鐵明挖工程建設(shè)時序同步，應(yīng)優(yōu)先采用頂置共構(gòu)方案；當(dāng)兩者豎向存在高差時，應(yīng)優(yōu)先采用共基坑方案；當(dāng)管廊工程與地鐵暗挖工程建設(shè)時序同步，應(yīng)優(yōu)先選擇共用臨時結(jié)構(gòu)或共用永久結(jié)構(gòu)；當(dāng)兩者無法實現(xiàn)共構(gòu)時，應(yīng)優(yōu)先選擇并行敷設(shè)方案；當(dāng)兩者建設(shè)時序不同步時，管廊工程可結(jié)合工程條件及工程造價采取適宜工法；當(dāng)兩者立體交叉時，管廊工程應(yīng)優(yōu)先采用明挖法或暗挖法上跨地鐵工程，或采用盾構(gòu)法下穿地鐵工程。

(3)當(dāng)城市綜合管廊與軌道交通工程同路由時，建議對軌道交通、綜合管廊及管線應(yīng)進行統(tǒng)一規(guī)劃；綜合管廊與城市軌道交通平行或交叉時，應(yīng)同步設(shè)計，有效銜接施工順序。

(4)建議方案初期即建立相關(guān)數(shù)值模型針對不同工況進行分析計算，合理確定相關(guān)工程措施。

(5)與地鐵工程協(xié)同建造的城市綜合管廊多為干線管廊，且本文僅針對主管廊與軌道交通工程結(jié)合形式及協(xié)同建造方法進行論述，綜合管廊的附屬設(shè)施(如風(fēng)井、人員疏散口、吊裝口、分支節(jié)點)等如何與軌道交通工程進行有效整合、共建等有待進一步研究。