受可开发空间及周边环境等条件限制,近年来城市地下基础设施开发呈现出多种工程同路由建设的特点。城市核心区多功能大型线形地下工程总体方案应结合功能、线路、防灾救援、地质条件、环境影响、经济性、工期等多种因素综合研究、设计。浙江义乌商城大道城市隧道、轨道交通、综合管廊三合一工程是世界上首个三者结构合建的工程,本文介绍了其在总体设计阶段的分、合建方案比选研究思路,可为类似工程提供参考。
随着城市核心区土地趋于紧张,现代城市化发展呈现出立体化的趋势,关键性路由的开发价值引起广泛重视。多种线形工程合建的思路起源于19世纪末的法国、德国等地,首先应用于公铁两用桥梁,而地下大型线形工程采用合建的案例较少。地下工程采用合建形式在技术上须解决功能兼顾、线路拟合、防灾疏散、结构抗震、防水、振动影响、运营管理等方面问题。
我国采用公铁合建的地下工程主要为越江隧道工程。上海长江隧道江中段采用盾构法施工,外径15.0m,内径13.7m,顶部为排烟风道、中部为三车道沪崇苏高速公路层、下部为预留轨道层,长度为7471m。武汉三阳路隧道外径15.2m,内径13.9m,顶部为排烟风道,中部为三车道城市主干路,下部为武汉轨道交通7号线,合建盾构段长度为2590m。
图1 城市隧道与地铁车站合建典型剖面
图2 商城大道隧道工程平面布置图
图3 地质纵断面图
在城市核心区,长距离合建的项目较少,例如在建的上海东西通道工程、杭州天目山路提升改造工程,均为城市隧道与车站合建、与区间分建的工程,车站范围内隧道位于地下一层、地下两层岛式车站位于二、三层(图1)。盾构隧道须在明挖隧道土建完工后施工,工期长、投资大。
义乌市商城大道隧道工程是世界上首个城市隧道、轨道交通、综合管廊合建的大型地下工程。该工程位于义乌市商贸核心区,服务功能强,技术难点多,周边环境复杂,缺乏类似经验。三种工程在商城大道段共路由,红线宽为60m,其功能定位、线路、结构形式等各有特点,因此在总体设计阶段开展了分、合建方案研究。
商城大道隧道西起雪峰东路西,东至春风大道东,穿越商贸核心区,长约5.8km,设置10条进出匝道及6条地库联通道,地下道路中心线在平面上与地面道路重合。金义东市域轨道交通工程全长约107km,设站31座,在商城大道设有国际商贸城站、浙大附属医院站,共路由段长约3.8km。综合管廊西起国贸大道,东至望道变,全长约4.2km,采用双舱断面。平面布置如图2所示。
地下道路等级为城市主干道,双向六车道规模,设计车速60km/h,主线标准断面车道宽度为3×3.5m,车道限高4.5m。
金义东市域轨道交通全线最高速度目标值为120km/h,采用B型车6辆编组,直流1500V接触轨受电。
综合管廊为干支混合型管廊,高压电力舱入廊管线有110kV、220kV电缆,综合舱有10kV电力、DN1000给水管及通信线缆。
场地分布地层主要有第一层1-1杂填土、第二层3-2粉质黏土、第六层a-2强风化泥质粉砂岩、第六层a-3中风化泥质粉砂岩。地下水常水位埋深1.9m至11.3m。覆盖层厚度在3m~8m之间,结构基底基本置于中风化泥质粉砂岩层中(图3)。场地地震基本烈度为6度,本工程经过2条构造破碎带,无其他不良地质作用,场地稳定性较好,适宜工程建设。
城市隧道、轨道交通、综合管廊三者共同利用商城大道路由,以竖向合建为主,平面合建为辅,充分满足功能需求。
商城大道是义乌市东西向联系的交通要道,承担着东西向中长距离交通以及对外集散的交通功能。由于地处国际商贸城,商城大道潮汐交通特征明显,交通组成复杂。由于匝道众多,地面道路层与地下道路层转换频繁,且隧道与周边地库联通,隧道应布置于地下一层。
图4 方案1车站典型剖面
图5 方案1纵断面示意图
图6 方案2车站典型剖面
图7 方案2纵断面示意图
综合管廊布置较多逃生口、通风口、投料口等出地面建筑,且设置多处管线引出端,埋设不宜过深。管廊与轨道区间同层布置结构较合理,但从管廊使用功能、线路拟合度、地质条件考虑,推荐采用管廊与隧道同层布置方案。
商城大道段金义东市域轨道交通车站站间距为1.8km,不设置区间风井,轨道交通可布置于地下一层至三层。
在城市隧道和综合管廊方案相对稳定的基础上(城市隧道和综合管廊均布置于地下一层),本节以车站布置形式为切入点,开展工程总体方案分、合建比选研究。
方案1:合建(岛式车站)
两座车站均位于商城大道路中,采用岛式车站,车站布置于隧道下方地下二、三层(图4)。合建段轨道交通区间采用明挖工法,最小坡长250m,最大坡度28‰(图5)。
方案2:合建(侧式车站)
两座车站均布置于商城大道路中,采用侧式车站,车站布置于隧道下方地下二层,下设过轨通道(图6)。合建段段轨道交通区间采用明挖工法,最小坡长340m,最大坡度20.3‰(图7)
方案3:分建(浙大附属医院站为高架站)
国际商贸城站布置于商城大道北侧停车场地块内,采用地下两层岛式车站,出入口通道上跨商城大道隧道(图8)。浙大附属医院站采用路中高架站。区间采用盾构隧道、明挖隧道、桥梁形式,最小坡长350m,最大坡度25‰。(图9)
方案4:分建(浙大附属医院站为地下站)
国际商贸城站布置与方案3相同,浙大附属医院站布置于商城大道北侧,采用地下两层岛式车站,出入口通道上跨商城大道隧道。区间采用盾构隧道形式,出浙大附属医院站后转为高架形式,最小坡长350m,最大坡度25‰(图10)。
表1 分、合建方案比选表
图8 方案3地下车站典型剖面
图9 方案3纵断面示意图
商城大道共路由区段在三个工程中均为控制性节点,分、合建比选研究对工程总体方案优劣起到至关重要的作用。在满足城市隧道与综合管廊的功能前提下,从轨道交通车站功能、线形、用地及工程可实施性、工期、经济性等方面对总体方案进行比选,详见表1。
图10 方案4纵断面示意图
方案2在满足各工程服务功能的条件下,线形顺直,对周边影响小,投资小,工期短,体现了三者合建的特点及优势,作为推荐方案。
城市隧道、轨道交通、综合管廊三者消防要求不同,因此消防系统应独立设计。
三者在同时发生火灾或同时发生两处火灾的几率较小,按全线同一时间仅发生一处火灾考虑。商城大道隧道交通系统及通风排烟系统复杂,因此隧道与周边地库消防系统相互独立,隧道不作为周边地库及地下环路的消防疏散通道。
三个系统不仅要满足各自消防要求,还须确保合建结构的抗火性能可满足火灾规模持续2小时,使火灾影响控制在系统内部,对其他两个工程正常运营无影响。