跨江临界条件下长大区间风井设置研究

赵 阳

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043）

1 项目概况

南宁地铁 5 号线为联系南宁市西南—东北方向的辅助线，线路先后途径江南片区、江北片区、金桥片区、三塘片区，规划线路全长 32.5 km[1]。全线分两期建设，一期工程由那洪至金桥客运站，全长 20.214 km，设站17座且全部为地下站。线路在旱塘至新阳路区间穿越邕江（图 1），站间距 2 271 m，属长大区间。由于本线采用最高 80 km/h 的设计速度，初设阶段经测算后上下行运行时间超过 2 min（车站中心至车站中心）[2]，存在区间中同时出现 2 列车的可能性，按设置区间风井方案进行考虑。鉴于区间风井投资较大（约 4 000 万元）且邕江两岸建筑密集、道路狭窄，因此施工图设计阶段有必要从线路、行车、环控、建筑、结构等角度，重新对设置区间风井的必要性和可行性进行综合研究。

图1 5 号线一期工程跨邕江段线路平面示意图

2 线站位方案稳定性分析

线路在旱塘至新阳路区间穿过邕江，其中旱塘站位于邕江以南五一中路南侧空地内，与规划地铁 6 号线节点换乘，新阳路站位于江北新阳路与明秀西路路口，与规划地铁 7 号线换乘，并根据线网资源共享方案设置联络线。线路出旱塘站后即下穿多层住宅小区，随后穿越邕江进入明秀西路，最终行至新阳路路口到达新阳路站。经过分析，2 座车站均为换乘站，站位稳定；线路在该段也已尽量取直，2 座车站中心直线距离S= 2 242 m，实际距离L= 2 271 m，绕行系数仅为 1.01（L/S）[3]。综上所述，该段线站位方案稳定，站间距已基本无进一步缩小的可能。

纵断面方面，旱塘站为地下 2 层站，线路自旱塘站出站后，先以 29‰（850 m）、5‰（250 m）的下坡到达线路最低点，随后以 24‰（930 m）的坡度爬升至新阳路站，车站仍为地下 2 层。区间隧道结构距现状江底最小净距 9.30 m，其中邕江百年冲刷深度 2.99 m[4]，另外下穿南宁市自行车总厂家属区、地宝小区等居民楼处，隧道结构距小区基础净距为 9～22 m。鉴于目前 2 座车站均为地下 2 层，且下穿邕江处扣除冲刷仅6.31 m，约等于 1 倍隧道直径，因此纵断面已基本为最优方案。

3 列车运行参数

3.1 车辆选型及列车编组

本线列车采用钢轮钢轨 B 型车，初、近、远期均为6 辆编组，动力配置为 4 动 2 拖，列车长度 120 m，站立标准为 5 人/m2。

3.2 列车最高运行速度

列车最高运行速度为 80 km/h，在正常运行状态下，车辆技术条件可以满足列车以该速度在区间连续运行，80 km/h 可作为正常运行速度。土建、轨道、限界、设备系统等各相关设计均需满足 80 km/h 运营速度要求。但实际运营与设计之间难免有差别，为给列车实际运行调整留有余量，非赶点运行的列车正常最高运行速度一般宜取 75 km/h，故本次最高限速取值分别按 80 km/h 和75 km/h 考虑。

3.3 行车间隔

一期工程初、近期全线采用 1 个大列车运行交路，即那洪—金桥客运站；远期全线采用大、小交路套跑方案，大交路为那洪—四塘站，小交路为旱塘—九曲湾。系统规模按高峰小时开行 30 对列车，列车最小行车间隔为 2 min。

3.4 旱塘—新阳路区间运行时分

在正常满载运行情况下（AW2），当最高限速为 80 km/h 时，两站站中心里程之间的行车上下行运行时间分别为 127 s、128 s；最高限速为 75 km/h 时，上下行运行时间均为 133 s。

4 区间风井设置必要性分析

4.1 区间风井设置原则

根据地铁设计规范，当列车在区间隧道发生火灾时，应背着乘客主要疏散方向组织排烟，乘客迎着新风方向疏散。为便于有效组织排烟，需保证在区间隧道端头的活塞风井之间不出现 2 列车的情况；若出现 2 列车的情况，则需设置区间风井[5]。

在事故状态下，为了保证区间在发生火灾或阻塞时，区间能够有效地组织排烟及通风，需满足：

（1）下行线前行列车车尾驶出旱塘站大里程端活塞风孔前，后行列车车头不能驶入新阳路站小里程端活塞风孔；

（2）上行线前行列车车尾驶出新阳路站小里程端活塞风孔前，后行列车车头不能驶入旱塘站大里程端活塞风孔。

若不能满足上述 2 种情况，则均需设置区间风井。

4.2 区间风井设置必要性

根据初步设计阶段车站方案，区间两端活塞风孔位置分别位于CK18+243（旱塘站大里程端）、CK20+363（新阳路站小里程端），风孔间距 2 120 m，经模拟牵引计算分析后，上下行方向情况如下。

（1）上行方向（旱塘站—新阳路站）最为不利的情况如图 2 所示（最高速度取 75 km/h）。若前行列车发生火灾后，列车尾部运行至新阳路站风孔（YCK20+363）位置一停车，此时后行列车中心在位置二（YCK18+236），速度为 39.10 km/h。根据信号专业提供列车信息系统更新间隔时间为 3～5 s[6]，本次按 3 s系统刷新时间核算（即 3 s 后才能收到前车故障信息），3 s 后后行列车中心运行至位置三（YCK18+271），速度为 45.36 km/h。在该处后行列车检测到隧道区间阻塞后制动停车，实施常用制动停车后，后车中心停在位置四（YCK18+370），位置四列车位于 2 个风孔之间，列车头部已越过旱塘站风孔（YCK18+243）187 m，两站活塞风孔之间存在 2 列车。

（2）下行方向（新阳路站—旱塘站）最为不利的情况如图 3 所示（最高速度取 75 km/h）。如前行列车发生火灾后，列车尾部运行至旱塘站风孔（ZCK18+243）位置一停车，此时后行列车中心在位置二（ZCK20+369），速度为 37.9 km/h。根据信号专业提供列车信息系统更新间隔时间为 3～5 s，本次按 3 s系统刷新时间核算（即 3 s 后才能收到前车故障信息），3 s 后后行列车中心运行至位置三（ZCK20+334），速度为 47.5 km/h。在该处后行列车检测到隧道区间阻塞后制动停车，实施常用制动后后车中心停在位置四（ZCK20+238），位置四列车位于风井区间内，列车头部已越过新阳路站风孔（ZCK20+363）185 m，两站活塞风孔之间存在 2列车。

综上所述，上下行方向在最不利情况下均存在相邻两活塞风孔之间存在 2 列车的情况，需要设置区间风井以满足火灾工况排烟要求[7]。

5 取消区间风井方案研究

目前旱塘—新阳路区间线站位稳定，线路平面已尽量取直，站间距无法继续缩小。如需拉近车站两端活塞风孔距离只能从加长车站、缩减区间长度入手。主要研究思路有 2 种，即将旱塘站大里程端活塞风孔向新阳路站移动，或将新阳路站小里程端活塞风孔向旱塘站移动。

5.1 旱塘站活塞风孔北移

旱塘站为地下 2 层岛式车站，南侧设单渡线，车站主体部分长 256 m，标准段宽23.1 m，位于五一中路南侧地块内并采用明挖工法（图 4）。该地块周边情况较为复杂，其中南侧为陡坡，坡顶距车站所在位置高差达 30 m，北侧紧邻的五一中路为邕江南侧主要交通干道，道路红线宽50 m，现状已达红线宽度，车流、人流均较大，尤其早晚高峰拥堵现象较为突出[8]。目前，旱塘站北侧结构已紧贴道路红线，施做围护结构时甚至需要占用部分既有人行道，车站若北移将对交通导改造成较大困难。另外根据管线资料，该段五一路下方雨污水管线密布，其中有 4 条埋深在 2.8～5 m、直径大于 1 m 的混凝土雨污水重力管，迁改十分困难。经过综合分析，车站已无继续北移可能，即无法移动旱塘站大里程端活塞风孔。

5.2 新阳路站活塞风孔南移

5.2.1 车站方案

根据行车专业对最高限速分别按 80 km/h 和 75 km/h上下行进行模拟牵引计算后的结果，若取消区间风井，则新阳路站南侧活塞风孔需要向旱塘站移动的最小距离如表 1 所示。

图2 上行方向最不利场景示意图

图3 下行方向最不利场景示意图

图4 旱塘站车站总平面图

考虑为实际运营提供一定的余量，故从行车角度建议按较不利条件考虑[9]，即按最高限速 75 km/h 考虑，若取消区间风井，建议新阳路站风孔向旱塘站至少移动240 m。

为不影响与规划 7 号线换乘的便捷性，5 号线新阳路站在向南加长车站轮廓时保持原站台位置不变，有效站台中心里程仍为YCK20 + 437.534，将 5 号、7 号线联络线由东北象限调整为东南象限，原车站北侧单渡线配合联络线的使用相应调整至南侧，从而实现车站大小端的对调[10]（图5）。车站起点里程为 YCK20 +102.224，终点里程为 YCK20+537.134，总长度为434.20 m，总建筑面积为 24 899.63 m2；其中车站主体 19 148.70 m2，车站附属面积 5 750.93 m2。主体需拆迁 1 栋 2 层沿街门面房、1 栋 4 层邮政生产楼、1 栋 7 层办公楼及宁秀加油站，总拆迁面积为6 417.75 m2。

本站设 7 个出入口、3 组风亭、1 组冷却塔、1 个紧急疏散口。Ⅰ～Ⅳ号为地铁出入口，Ⅴ～Ⅶ号为物业出入口。

5.2.2 交通疏解方案

车站加长前交通疏解分 2 期，无铺盖，车站主体一次围挡，施工方便，工期较短。加长后车站主体部分进入明秀西路，受道路较窄且车流量较大的影响，交通疏解分4 期，其中主体结构分 4 部分，须分段进行围挡施工（图 6），另外有 3 段铺盖（包括半幅铺盖倒边施工），施工难度与风险加大，施工组织困难，工期延长。

5.2.3 管线迁改方案

该方案隔断了沿新阳路由西向东的雨污水管线，包括埋深 3.5 m 左右混凝土 2 000 mm×1 700 mm 雨水管和D1 200 mm 雨水渠以及污水管。若沿车站端部绕行路由过长，坡度无法满足要求，只能从车站上方通过。车站主体顶板覆土3.5 m 左右，再考虑车站顶板防水层以及防水层保护层厚度等，与管线埋深冲突。需调整线路纵剖，将车站埋深加深至少 1 m 以上。本站素填土较厚[11]，基坑加深将进一步增加施工风险。

5.3 投资对比

经计算，若考虑取消区间风井，将新阳路车站加长 240 m 后，车站总造价增加约 1.143 亿元。区间长度则由原方案的 2 090 m 变为 1 840 m，加之取消了区间风井，土建费用减少 7 602.78 万元。车站加长前后该区间总造价对比见表 2。

经过比较，通过加长车站的方法取消区间风井后土建总投资反而增加约 3 825.13 万元，经济性较差，且车站交通疏解、管线迁改难度增加，因此推荐车站维持原方案，并保留该区间风井。

6 风井选址方案研究

根据 GB 50157-2013《地铁设计规范》第 13.2.10 条要求：“当需要设置区间通风道时，通风道应设于区间隧道长度的 1/2 处，困难情况下，其距车站站台端部的距离可移至不小于该区间隧道长度的 1/3 处，但不宜小于 400 m”。经过测算，本段区间 1/2 位置基本位于邕江中心处，不具备实施条件。距旱塘、新阳路站端不小于区间隧道 1/3 长度，即约 700 m 的位置也基本位于邕江江面范围，亦无法设置区间风井。因此，只能在距旱塘及新阳路站站端 400～700 m 的范围内对区间风井的位置进行选择。

表1 新阳路站风孔向旱塘站移动距离 m

图5 新阳路站活塞风孔南移 240 m 后车站总平面图

图6 交通疏解方案（一期）示意图

6.1 旱塘站大里程端 400～700 m 范围内设风井

旱塘站大里程端区间在 400～700 m 范围内均在既有住宅小区下方走行（图 7），选址困难且基本不具备工程实施条件。因此不考虑在该范围内设置风井。

6.2 新阳路站小里程端 400～700 m 范围内设风井

区间出新阳路站小里程端后向南约 500 m 均沿明秀西路走行，受道路条件限制亦无法设置区间风井；继续向南进入邕江二桥桥头绿化带内，该绿带长 200 m，宽20～30 m，场地开阔，施工条件较好，距离新阳路站站端约 600 m，满足规范要求，经过综合比选后推荐在该绿化带内设置区间风井（图 8）。

旱塘站—新阳路站区间中心里程为YDK19+754.448，与 3# 联络通道合建，联络通道中心里程为YDK19+753.148。主体竖井为地下 5 层结构，外包尺寸16.20 m×26.15 m，主体基坑深度约 36.15 m；附属部分为地下 2 层结构，外包尺寸 38.89 m×9.50 m，基坑深度约16.38 m，设置 1 组高风亭[12]。

表2 新阳路站加长前后总造价变化对比 万元

图7 旱塘站北侧区间穿越小区情况

图8 旱塘站—新阳路站区间线路平纵断面及区间风井位置示意图（单位：m）

7 结论

通过上述对旱塘—新阳路区间的研究，区间风井的设置是必要且可行的。对于一个长大区间是否需要设置区间风井，应至少从如下几个方面进行充分论证。

（1）线路平纵方案应为最优，即平面应尽量取直以缩短区间长度。另外若线路下穿河流或铁路、公路等控制点，纵断面应在满足工程安全的前提下尽量减小埋深[13]，以尽量避免出现深基坑并可减少工程投资。

（2）对于是否需要设置区间风井的评判标准不能仅依据相邻车站间运行时间是否超过远期列车最小追踪间隔判断，还要精确分析事故工况时前车恰好阻塞活塞风孔、后车收到信号并采取制动直到完全停止的全过程中是否出现车站风孔之间存在 2 列车的情况。如有，则必须设置区间风井。

（3）如出现深埋风井或风井选址困难的情况，可采取适当加长车站的方法缩减区间长度，以达到取消风井的目的。但要注意从车站使用功能、拆迁、交通疏解等多方面进行综合比选分析，避免因取消风井产生新的问题。