隨地鐵建設綜合管廊的設計探索

劉力

(北京市市政工程設計研究總院有限公司 100082)

引言

近年來,伴隨各大城市基礎設施的發(fā)展,地鐵、綜合管廊工程越來越多。由于地鐵、綜合管廊均沿城市交通干道敷設,在國內多地均開展了隨地鐵進行綜合管廊建設的研究和應用[1-3]。本文依托隨北京地鐵7 號線東延建設綜合管廊工程,對隨軌道交通建設綜合管廊進行了設計探索。根據(jù)地鐵、管廊工程自身需求和特點,確定管廊與地鐵共路由敷設的合理方案并成功實施,對管廊與地鐵合建結構設計的部分關鍵點進行總結概括。

1 工程概況

1.1 北京地鐵7 號線東延

北京地鐵7 號線東延工程為7 號線延伸項目,起自7 號線終點既有焦化廠站向東延伸,通州段線路沿萬盛南街、群芳南街向東敷設,萬盛南街段沿線設4 座車站,在張采路轉向南進入環(huán)球影城項目并設置終點站。線路走向如圖1 所示,線路全長17.2km,全線共設置車站7 座,全部為地下車站。萬盛南街沿線4 座車站均采用明挖法施工,區(qū)間采用盾構法施工。

圖1 7 號線東延線路走向Fig.1 Extension of Beijing subway line 7

1.2 萬盛南街綜合管廊

北京通州區(qū)萬盛南街是區(qū)域東西向重要干線,規(guī)劃為城市主干路。路北側為建成區(qū),南側為規(guī)劃通州文化旅游區(qū),隨區(qū)域開發(fā)建設同期建設多條支線管廊,如圖2 所示。隨地鐵和路南側文旅區(qū)開發(fā)建設對萬盛南街道路、雨污水等管線進行改造升級,需綜合利用道路地下空間。根據(jù)規(guī)劃部門要求,隨地鐵建設沿萬盛南街綜合管廊。

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,萬盛南街管廊位于文旅區(qū)北側邊緣,定位為支干混合型綜合管廊。規(guī)劃與沿線后場西路、日新路、九棵樹中路、頤瑞東路等綜合管廊銜接。預留遠期管廊向西向東延伸條件。經與規(guī)劃部門確認,將電力、通信、給水、再生水、燃氣等管道納入管廊,管廊斷面如圖3 所示,分別為電力艙1、2,水信艙,燃氣艙,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 管廊與地鐵結合方案研究

劉劍春[4]、柳憲東[5]對隨地鐵同期建設綜合管廊進行了研究。從地鐵區(qū)間、車站附屬以及車站主體3 個方面提出綜合利用城市地下空間可實施的解決方案。根據(jù)其研究結論,綜合管廊與地鐵區(qū)間相交時,地鐵設計在縱向上加大埋深; 與車站附屬相交時,根據(jù)建設時序選擇雙方上下層關系; 與車站主體相交時,根據(jù)建設時序選擇合建或者繞避。

萬盛南街段地鐵與管廊共路由,具備同期建設條件,隨地鐵同期建設綜合管廊需統(tǒng)籌考慮管廊與地鐵施工期間的管線改移、綠化伐移、施工場地圍擋、道路破復等工程量。根據(jù)地鐵、管廊工程自身特點及現(xiàn)場環(huán)境特點,研究確定合理的管廊與地鐵結合方案。

2.1 地鐵、現(xiàn)狀管線及道路斷面

不考慮與管廊結合時,萬盛南街沿線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。道路北側人行道、非機動車道下有?500 中壓燃氣、74mm×52mm 電信、1000mm×1500mm 雨水溝、1000mm ×2000mm 雨水溝。道路南側人行道、非機動車道下有 ?406 高壓燃氣、?800 上水管、50mm×50mm 電信、100mm ×90mm 電力溝等管線。

由于萬盛南街路北側為建成區(qū)管廊實施條件較差,路南側為待開發(fā)區(qū),施工條件較好,且萬盛南街管廊位于路南側,便于與文旅區(qū)支管廊連接。管廊與地鐵車站分開設置,主要對管廊位于路中車站上方和路南側方案進行分析。

2.2 管廊與地鐵車站分建方案

1.路中分建

在車站范圍內管廊與地鐵車站順行,若管廊與地鐵分開單設于車站主體上方,車站需整體下壓約4.5m,車站工程造價增加較大,地鐵運營期間乘客進出站使用不便。云景東路站范圍在萬盛南街與云景東路交口處需設一座四通節(jié)點,管廊節(jié)點高度較大,將導致車站下壓高度更多。高樓金站為雙島三線車站寬30.3m、長493.4m,車站規(guī)模大。若管廊單獨設置于車站上方,將車站整體下壓,管廊僅占用較少寬度,整體經濟效益較差。

2.路南分建

管廊位于萬盛南街路南側,與車站分建由出入口通道上方穿過時,為滿足管廊上方覆土厚度要求,需將出入口自身或將車站整體下壓1.05m,將導致出入口使用功能較差和車站工程費用增加,同時與規(guī)劃兩個3750mm ×2500mm 雨水方溝位置沖突。管廊施工需改移道路南側現(xiàn)狀燃氣、上水、電力、通信管線,尤其通信管線遷改費用巨大,同時增加道路破復、施工圍擋、綠化伐移工程量。且管廊需與地鐵出入口通道結合同期建設,對于附屬結構實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

在車站范圍管廊燃氣艙在站外單獨設置,不與地鐵車站合建。以云景東路站為例,管廊與車站合建,對方案一、方案二兩種方案進行比選。

方案一,見圖4a。車站整體加寬5.4m,管廊位于車站站臺層,雖然車站軌面埋深未加大,但管廊埋深大,運營維護不便利、維護成本高,在云景東路站范圍設管廊四通節(jié)點及通風口、投料口、人員出入口等附屬結構設置困難,基本上管廊不具備設置條件。

方案二,見圖4b。管廊與車站合建位于車站負一層,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,不需增加管線遷改、綠化伐移、道路破復、施工圍擋等前期工程量,便于管廊設置附屬結構及四通節(jié)點。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、交通導改、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

經綜合比較管廊設置于路中、路南,與地鐵分建、合建方案,見表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、施工圍擋前期費用等方面綜合考慮,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施

管廊與地鐵同步建設,管廊標準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,最上層為管廊層,以下為地鐵站廳、站臺層。部分與車站相接的明挖區(qū)間段也將管廊與明挖區(qū)間結合設置。其中,與地鐵車站主體共構段長度約1130延米,在地鐵區(qū)間隧道上方段長度約4270 延米。

共構車站負二、三層為梁、柱、墻、板框架結構體系,負一層為墻、板、中墻體系。沿九棵樹中路南北向敷設管廊與云景東路站管廊層相交,設一座管廊四通節(jié)點。在車站范圍管廊附屬結構根據(jù)需要設通風井、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于道路外側,其余通風口、吊裝口等均位于路中綠化帶內,進行一定的景觀消隱設計,減少了管廊地面附屬在路側設置較多對地面景觀的影響。

3 管廊與地鐵共構設計重、難點

由于地鐵、管廊各自的抗震、人防、防水設計要求不同[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,采取相應的結構設計。

3.1 結構設計標準

管廊與車站合建段管廊結構安全等級、使用年限、抗震設防等級、防水等級、結構材料、耐久性要求及構造措施均與地鐵設計要求一致。在管廊層應考慮管廊內敷設管線、管線支架自重作用于地鐵結構的荷載。相應結構設計荷載組合、驗算工況要求均與地鐵設計保持一致。

3.2 結構抗浮處理措施

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構抗浮措施。優(yōu)先采用圍護樁頂冠梁兼作壓頂梁抗浮。云景東路站、小馬莊站采用圍護樁抗浮,高樓金站結構寬度較大,除采用圍護樁兼做抗浮結構外,在底縱梁下增設抗拔樁抗浮。

3.3 結構抗震設計

管廊與地鐵合建時,結構抗震設防分類、抗震等級、構造措施與地鐵一致。將原地下兩層站調整為與管廊合建的地下三層站后,對車站的結構抗震性能進行計算分析。

管廊與地鐵合建結構需按地鐵設計要求進行抗震專項設計。E2 地震作用條件下抗震性能要求I 時采用反應位移法計算,結構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程分析法進行抗震計算,結構彈性層間位移角需滿足小于1/300 的要求。

3.4 結構人防設計

管廊層結構人防設防要求為： 管廊結構承載力應滿足不低于“甲類6 級”,地鐵按5 級人防的抗力標準進行驗算,并設置相應的防護設施,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 進行設計,臨空墻的人防荷載取值同臨空板。地鐵人防設計按地鐵設計要求實施。

3.5 防水設計

與地鐵共構管廊防水： 管廊側墻外側、頂板上皮防水做法與地鐵防水做法相同,在管廊層內部即負一層中板上皮、負一層側墻內側1m 高度范圍單獨設置防水體系,以防止管廊層滲漏水對地鐵車站的影響。

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

3.6 預埋件設計

根據(jù)管廊內敷設電纜支架、給水管支墩安裝,需在結構施工時預埋鋼板、螺栓、吊鉤等預埋件。目前為了推進管廊內通信、電力等支架的標準化、規(guī)范化,也在推進預埋槽道綜合支吊架系統(tǒng)在管廊內的應用。不同廠家的產品型號、規(guī)格也有一定的差異,需要在設計前進行相應的調研,根據(jù)管廊工程特點選擇合適的廠商,在結構方案設計階段即考慮相應預埋槽道綜合支吊架設計的相應要求,并提供相應的設計圖紙。結構實施時預埋綜合管廊支吊架系統(tǒng)構件。在本工程中預埋件做法在結構施工圖中提供,預埋件定位由管廊工藝專業(yè)提供,結構專業(yè)、工藝專業(yè)圖紙進行會簽確認和共同施工交底,避免了預埋件錯漏。

3.7 管廊節(jié)點及附屬結構設置

管廊結構設計需與管廊工藝專業(yè)密切配合,滿足管廊主體與相交支線管廊三通、四通節(jié)點設置要求,確保管廊結構實施滿足管廊的通風、吊裝、逃生、管線敷設等管廊使用需求。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)化管廊結構節(jié)點設計及結構方案。

4 結論

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、施工圍擋前期費用等方面綜合考慮,確定隨軌道交通建設管廊的合理方案。

2.由于地鐵、管廊各自的抗震、人防、防水等結構設計要求不同,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.地鐵與管廊結構合建設計需與管廊工藝專業(yè)密切配合,滿足管廊主體與相交支線管廊三通、四通節(jié)點設置要求,確保管廊結構實施滿足管廊的通風、吊裝、逃生、管線敷設等管廊使用需求。