随地铁建设综合管廊的设计探索

刘力

(北京市市政工程设计研究总院有限公司 100082)

引言

近年来,伴随各大城市基础设施的发展,地铁、综合管廊工程越来越多。由于地铁、综合管廊均沿城市交通干道敷设,在国内多地均开展了随地铁进行综合管廊建设的研究和应用[1-3]。本文依托随北京地铁7 号线东延建设综合管廊工程,对随轨道交通建设综合管廊进行了设计探索。根据地铁、管廊工程自身需求和特点,确定管廊与地铁共路由敷设的合理方案并成功实施,对管廊与地铁合建结构设计的部分关键点进行总结概括。

1 工程概况

1.1 北京地铁7 号线东延

北京地铁7 号线东延工程为7 号线延伸项目,起自7 号线终点既有焦化厂站向东延伸,通州段线路沿万盛南街、群芳南街向东敷设,万盛南街段沿线设4 座车站,在张采路转向南进入环球影城项目并设置终点站。线路走向如图1 所示,线路全长17.2km,全线共设置车站7 座,全部为地下车站。万盛南街沿线4 座车站均采用明挖法施工,区间采用盾构法施工。

图1 7 号线东延线路走向Fig.1 Extension of Beijing subway line 7

1.2 万盛南街综合管廊

北京通州区万盛南街是区域东西向重要干线,规划为城市主干路。路北侧为建成区,南侧为规划通州文化旅游区,随区域开发建设同期建设多条支线管廊,如图2 所示。随地铁和路南侧文旅区开发建设对万盛南街道路、雨污水等管线进行改造升级,需综合利用道路地下空间。根据规划部门要求,随地铁建设沿万盛南街综合管廊。

图2 通州文旅区综合管廊分布Fig.2 Utility tunnel of cultural tourism area at Tongzhou district

根据通州文化旅游区综合管廊规划,万盛南街管廊位于文旅区北侧边缘,定位为支干混合型综合管廊。规划与沿线后场西路、日新路、九棵树中路、颐瑞东路等综合管廊衔接。预留远期管廊向西向东延伸条件。经与规划部门确认,将电力、通信、给水、再生水、燃气等管道纳入管廊,管廊断面如图3 所示,分别为电力舱1、2,水信舱,燃气舱,部分区段水信舱加宽至5.4m。

图3 综合管廊断面Fig.3 Cross section of utility tunnel

2 管廊与地铁结合方案研究

刘剑春[4]、柳宪东[5]对随地铁同期建设综合管廊进行了研究。从地铁区间、车站附属以及车站主体3 个方面提出综合利用城市地下空间可实施的解决方案。根据其研究结论,综合管廊与地铁区间相交时,地铁设计在纵向上加大埋深; 与车站附属相交时,根据建设时序选择双方上下层关系; 与车站主体相交时,根据建设时序选择合建或者绕避。

万盛南街段地铁与管廊共路由,具备同期建设条件,随地铁同期建设综合管廊需统筹考虑管廊与地铁施工期间的管线改移、绿化伐移、施工场地围挡、道路破复等工程量。根据地铁、管廊工程自身特点及现场环境特点,研究确定合理的管廊与地铁结合方案。

2.1 地铁、现状管线及道路断面

不考虑与管廊结合时,万盛南街沿线4 座车站均为地下两层明挖站,车站覆土约3m。万盛南街现状道路红线60m 宽,道路交通流量较小,路中有9m 宽绿化带,红线外有20m 宽绿化带。道路北侧人行道、非机动车道下有ϕ500 中压燃气、74mm×52mm 电信、1000mm×1500mm 雨水沟、1000mm ×2000mm 雨水沟。道路南侧人行道、非机动车道下有 ϕ406 高压燃气、ϕ800 上水管、50mm×50mm 电信、100mm ×90mm 电力沟等管线。

由于万盛南街路北侧为建成区管廊实施条件较差,路南侧为待开发区,施工条件较好,且万盛南街管廊位于路南侧,便于与文旅区支管廊连接。管廊与地铁车站分开设置,主要对管廊位于路中车站上方和路南侧方案进行分析。

2.2 管廊与地铁车站分建方案

1.路中分建

在车站范围内管廊与地铁车站顺行,若管廊与地铁分开单设于车站主体上方,车站需整体下压约4.5m,车站工程造价增加较大,地铁运营期间乘客进出站使用不便。云景东路站范围在万盛南街与云景东路交口处需设一座四通节点,管廊节点高度较大,将导致车站下压高度更多。高楼金站为双岛三线车站宽30.3m、长493.4m,车站规模大。若管廊单独设置于车站上方,将车站整体下压,管廊仅占用较少宽度,整体经济效益较差。

2.路南分建

管廊位于万盛南街路南侧,与车站分建由出入口通道上方穿过时,为满足管廊上方覆土厚度要求,需将出入口自身或将车站整体下压1.05m,将导致出入口使用功能较差和车站工程费用增加,同时与规划两个3750mm ×2500mm 雨水方沟位置冲突。管廊施工需改移道路南侧现状燃气、上水、电力、通信管线,尤其通信管线迁改费用巨大,同时增加道路破复、施工围挡、绿化伐移工程量。且管廊需与地铁出入口通道结合同期建设,对于附属结构实施方案形成一定的制约。

2.3 管廊与地铁车站路中合建方案

在车站范围管廊燃气舱在站外单独设置,不与地铁车站合建。以云景东路站为例,管廊与车站合建,对方案一、方案二两种方案进行比选。

方案一,见图4a。车站整体加宽5.4m,管廊位于车站站台层,虽然车站轨面埋深未加大,但管廊埋深大,运营维护不便利、维护成本高,在云景东路站范围设管廊四通节点及通风口、投料口、人员出入口等附属结构设置困难,基本上管廊不具备设置条件。

方案二,见图4b。管廊与车站合建位于车站负一层,车站整体下压4m,虽然车站轨面埋深加大,但管廊与车站主体共基坑同期建设,不需增加管线迁改、绿化伐移、道路破复、施工围挡等前期工程量,便于管廊设置附属结构及四通节点。地铁区间范围管廊位于路中绿化带范围,可减少明挖施工道路破复、交通导改、管线迁改工程量,有利于地下空间综合利用。

图4 管廊与地铁合建Fig.5 Co-construction of subway and utility tunnel

2.4 管廊与地铁车站综合比选

经综合比较管廊设置于路中、路南,与地铁分建、合建方案,见表1。从地下空间综合利用,满足地铁使用功能,优化管廊使用条件,减少管线迁改、绿化伐移、道路破复、施工围挡前期费用等方面综合考虑,采用管廊位于车站上方合建方案。

表1 管廊方案比较Tab.1 The comparison of plan of the utility tunnel

2.5 管廊与地铁车站路中合建方案实施

管廊与地铁同步建设,管廊标准段顺行于路中位于地铁区间隧道上方,在云景东路站、小马庄站和高楼金站处与地铁车站主体共构,最上层为管廊层,以下为地铁站厅、站台层。部分与车站相接的明挖区间段也将管廊与明挖区间结合设置。其中,与地铁车站主体共构段长度约1130延米,在地铁区间隧道上方段长度约4270 延米。

共构车站负二、三层为梁、柱、墙、板框架结构体系,负一层为墙、板、中墙体系。沿九棵树中路南北向敷设管廊与云景东路站管廊层相交,设一座管廊四通节点。在车站范围管廊附属结构根据需要设通风井、逃生口、吊装口。区间范围管廊位于路中明挖施工,除逃生口出地面段设于道路外侧,其余通风口、吊装口等均位于路中绿化带内,进行一定的景观消隐设计,减少了管廊地面附属在路侧设置较多对地面景观的影响。

3 管廊与地铁共构设计重、难点

由于地铁、管廊各自的抗震、人防、防水设计要求不同[6],管廊与地铁合建后需统一考虑管廊与地铁的相互影响,采取相应的结构设计。

3.1 结构设计标准

管廊与车站合建段管廊结构安全等级、使用年限、抗震设防等级、防水等级、结构材料、耐久性要求及构造措施均与地铁设计要求一致。在管廊层应考虑管廊内敷设管线、管线支架自重作用于地铁结构的荷载。相应结构设计荷载组合、验算工况要求均与地铁设计保持一致。

3.2 结构抗浮处理措施

北京通州地区地下水位较高,地铁车站抗浮设防水位一般位于地面下约1m,将地下两层站下压后车站需采取结构抗浮措施。优先采用围护桩顶冠梁兼作压顶梁抗浮。云景东路站、小马庄站采用围护桩抗浮,高楼金站结构宽度较大,除采用围护桩兼做抗浮结构外,在底纵梁下增设抗拔桩抗浮。

3.3 结构抗震设计

管廊与地铁合建时,结构抗震设防分类、抗震等级、构造措施与地铁一致。将原地下两层站调整为与管廊合建的地下三层站后,对车站的结构抗震性能进行计算分析。

管廊与地铁合建结构需按地铁设计要求进行抗震专项设计。E2 地震作用条件下抗震性能要求I 时采用反应位移法计算,结构弹性层间位移角需满足小于1/600 的要求。E3 地震作用条件下采用时程分析法进行抗震计算,结构弹性层间位移角需满足小于1/300 的要求。

3.4 结构人防设计

管廊层结构人防设防要求为： 管廊结构承载力应满足不低于“甲类6 级”,地铁按5 级人防的抗力标准进行验算,并设置相应的防护设施,其中地下一层楼板作为临空板,荷载根据人防单位提供的240kPa 进行设计,临空墙的人防荷载取值同临空板。地铁人防设计按地铁设计要求实施。

3.5 防水设计

与地铁共构管廊防水： 管廊侧墙外侧、顶板上皮防水做法与地铁防水做法相同,在管廊层内部即负一层中板上皮、负一层侧墙内侧1m 高度范围单独设置防水体系,以防止管廊层渗漏水对地铁车站的影响。

区间段管廊防水： 管廊结构顶板及外防外贴法施工的侧墙,采用单组份聚氨酯,涂层厚度为2.0mm。冬季施工时可采用SBS 改性沥青防水卷材4mm+3mm; 外防内贴法施工的侧墙及底板,采用1.5mm 厚高分子自粘胶膜防水卷材。

3.6 预埋件设计

根据管廊内敷设电缆支架、给水管支墩安装,需在结构施工时预埋钢板、螺栓、吊钩等预埋件。目前为了推进管廊内通信、电力等支架的标准化、规范化,也在推进预埋槽道综合支吊架系统在管廊内的应用。不同厂家的产品型号、规格也有一定的差异,需要在设计前进行相应的调研,根据管廊工程特点选择合适的厂商,在结构方案设计阶段即考虑相应预埋槽道综合支吊架设计的相应要求,并提供相应的设计图纸。结构实施时预埋综合管廊支吊架系统构件。在本工程中预埋件做法在结构施工图中提供,预埋件定位由管廊工艺专业提供,结构专业、工艺专业图纸进行会签确认和共同施工交底,避免了预埋件错漏。

3.7 管廊节点及附属结构设置

管廊结构设计需与管廊工艺专业密切配合,满足管廊主体与相交支线管廊三通、四通节点设置要求,确保管廊结构实施满足管廊的通风、吊装、逃生、管线敷设等管廊使用需求。与管廊工艺专业密切配合,在满足管廊使用要求前提下,优化管廊结构节点设计及结构方案。

4 结论

1.从地下空间综合利用,满足地铁使用功能,优化管廊使用条件,减少管线迁改、绿化伐移、道路破复、施工围挡前期费用等方面综合考虑,确定随轨道交通建设管廊的合理方案。

2.由于地铁、管廊各自的抗震、人防、防水等结构设计要求不同,管廊与地铁合建后需统筹考虑管廊与地铁的相互影响,以满足地铁、管廊各自的使用要求。

3.地铁与管廊结构合建设计需与管廊工艺专业密切配合,满足管廊主体与相交支线管廊三通、四通节点设置要求,确保管廊结构实施满足管廊的通风、吊装、逃生、管线敷设等管廊使用需求。