郑州地铁3号线二期建筑方案研究与设计实践

王冠龙

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,江苏 常州 213000)

0 引言

郑州地铁3号线二期于2020年开工建设,2023年9月8日开通运营,共设4座车站,均为地下站。本文聚焦车站建筑从设计前期方案研究到建设过程中遇到的各类问题,对研究历程和相关经验进行归纳总结,提炼设计重难点,提供工程问题的解决思路,可供后续其他地铁线路建设参考[1]。

1 工程概述

3号线二期工程为一期工程向南延伸,为郑州市轨道交通第三期建设规划批复项目,线路北起于一期工程终点航海东路站,沿经开第十七大街、经开第十五大街走行,南止于经南十五路路口,线路长度6.316 km,均为地下线,设站4座,其中换乘车站2座:分别在司庄站与11号线换乘,在南曹站与14号线换乘。本线初、近、远期均采用A型车、6辆编组,段场、主变均在一期工程实施,本期不再新建段场及主变。

2 车站建筑设计方案

2.1 程庄站

程庄站是3号线二期工程第一座车站,位于经开第十五大街与烘云路交叉口,车站沿经开第十五大街敷设,为明挖地下两层岛式车站,共设置4个出入口,2组风亭。4个出入口分别设置于经开第十五大街东、西两侧,宽度为6.5 m,设置上下行扶梯2部及1部2.4 m宽楼梯。两组风亭设置于经开第十五大街西侧规划绿地内和交叉路口东南象限,均为低矮风亭。 冷却塔近1号风亭布设。车站结合B号出入口设置一部连接站厅至地面的电梯。

2.2 司庄站

司庄站是郑州轨道交通3号线二期工程的第二个车站,位于经开第十五大街与经南八路交叉路口,车站沿经开第十五大街敷设,为明挖地下二层岛式车站。车站规划与远期11号线换乘,采用T型节点换乘的方式,本站预留地下三层换乘节点。

本站共设置4个出入口、2组风亭、2个疏散出入口,出入口分设于交叉路口的四个象限,沿经开第十五大街布置,出入口均设置上下行扶梯和人行步梯,满足乘客进出站和过街的需求。风亭均设于经南第十五大街西侧。出入口和风亭等附属设施均布置在道路红线和规划绿线之间,不侵占建设用地。与建成中建观湖小区住宅楼之间满足环评间距的要求。

该站为3号线与11号线的换乘站。由于3号线二期本站设置单渡线,11号线本站未设置配线,因此将3号线二期设计为地下二层车站,沿经开第十五大街南北向跨经南八路路口布置;11号线车站设计为地下三层岛式车站,沿经南八路东西向布置在路口东侧。经与线网编制单位进行对接,目前已批复线网与在编线网11号线通道均保留,滨河国际新城整体线网布局与现行线网基本一致。故按照两站“T”型节点换乘,3号线二期车站预留与11号线换乘节点条件。换乘节点与3号线车站同期实施。同时考虑为远期线路预留更为灵活的换乘条件,换乘节点可兼顾11号线位于路口东侧和西侧两种不同的站位,为远期11号线布置提供较为灵活的选择。

2.3 南曹站

南曹站是3号线二期工程第三个车站,位于经开第十五大街与经南十二路交叉口,车站沿经开第十五大街敷设,为明挖地下两层岛式车站。车站规划与远期14号线换乘,采用T型节点换乘的方式,本站预留地下三层换乘节点。车站共设置4个出入口通道、2组风亭、1个疏散出入口,出入口分设于交叉路口的四个象限,风亭分设于车站南北两端(车站西侧)。

该站为3号线与14号线的换乘站。3号线二期设计为地下二层车站,沿经开第十五大街南北向跨经南十二路路口布置;14号线车站设计为地下三层岛式车站,沿经南十二路东西向布置在路口西侧。经与线网编制单位进行对接,目前已批复线网与在编线网14号线通道均保留,滨河国际新城整体线网布局与现行线网基本一致。故3号线二期车站预留与14号线换乘节点条件。换乘节点与3号线车站同期实施。同时考虑为远期线路预留更为灵活的换乘条件,换乘节点可兼顾14号线位于路口东侧和西侧两种不同的站位,为远期14号线布置提供较为灵活的选择。

该站为3号线与14号线的换乘站。3号线车站为地下二层岛式车站,沿经开第十五大街跨经南十二路敷设;14号线车站为地下三层岛式车站,沿经南十二路敷设于经开第十五大街西侧。换乘节点与3号线车站同期实施。

2.4 经南十五路站

经南十五路站是郑州轨道交通3号线二期工程的终点站,位于经南十五路和经开第十五大街交叉口,车站沿经开第十五大街敷设,为明挖地下一层侧式站。 车站共设置4个出入口、3组风亭、3个疏散出入口。

2.5 航程区间风井

航程区间风井位于3号线一期工程终点航海东路站与3号线二期起点程庄站之间,设置于南四环与万祥路两路中间的50 m宽绿化带内,含2个活塞风井、1个排风井、1个新风井、1个安全出口。区间风井设计为地下三层双柱三跨结构(其中地下一、二层为设备层、地下三层为站台层)。

3 设计及主要方案变化历程

3.1 预留换乘节点层高优化

司庄站和南曹站分别为与远期11号线和远期14号线的换乘车站,两站均采用T型节点换乘,近期3号线二期预留地下三层换乘节点土建部分。

在工可阶段专家审查时提出,T型换乘车站相交位置柱网较密且不均匀,预留了远期规划线路盾构吊出的条件,以上布置对公共区空间环境产生一定的影响,加大了两线台-台换乘高度,应进一步研究优化。工可阶段换乘节点层高关系如图1所示。

后经进一步优化研究,换乘节点处柱网受控于盾构过站接收需要的宽度,节点处柱网尺寸为6.6 m×7.4 m,与换乘线路柱网尺寸相匹配,且节点处采用圆形柱,消除了方向感。盾构穿过换乘节点仅影响换乘节点地下三层结构净高,不影响远期线路埋深。两线台-台换乘高度受控于换乘楼梯与换乘线路轨道之间的竖向限界以及换乘楼梯中间平台处装修净高,经细化换乘节点处竖向布置,两线换乘高差由7.2 m优化为6.9 m。

优化后换乘通道结构净高3.0 m,装修后净高2.7 m;换乘通道平台处结构净高2.95 m,装修后净高2.7 m;满足通道净高大于2.5 m的要求(见图2)。

3.2 经南十五路站公共区方案优化

经南十五路站为地下一层侧式站,工可阶段侧站台宽度为4 m,公共区柱网采用9 m×9 m,过轨通道位于公共区端部,设置一扶一楼及一部垂直电梯(见图3)。

在工可审查时专家指出:本站建筑规模偏大,车站轨面埋深较深,侧站台宽度取值4 m依据不足,应进一步综合优化。两侧站台联系楼扶梯组宜尽量靠近道路中部,并增加设置下行扶梯,方便乘客及优化过街功能[2]。

后经进一步优化研究,通过合理压缩吊顶上部管线空间将车站底板埋深抬升500 mm;侧站台宽度原设计为4 m,考虑2.5 m的侧站台宽度以及后方1 m的通行空间,同时预留后期运营使用单边站台上下车的条件,优化至3.5 m;公共区柱跨由9 m×9 m优化至9 m×7.5 m,公共区面积由约4 400 m2优化至约3 800 m2,侧站台联系楼扶梯组调整至公共区中部,并在每侧站台分别设置两组楼扶梯和一部垂直电梯,方便路口四个象限实现过街功能(见图4)。

3.3 南曹站规划14号线线站位

工可审查时专家指出,南曹站规划14号线的站位设于综合管廊南侧,不利于与城际车站及规划开发地块的衔接,且存在两线风亭设置于教育用地范围、远期线路距离规划医院建筑较近的问题。因此建议补充研究规划14号线车站设置于综合管廊北侧的站位方案。

经研究,14号线车站设置于综合管廊北侧时,3号线与14号线形成T型换乘,3号线站位也在原方案的基础上北移了约45 m,因滨河新城范围内线网还存在变化的可能性,14号线是否在本站还存在一定的不确定性。综合考虑站位处综合管廊已为3号线车站预留好相关结构措施,14号线实施时序等问题,3号线站位暂不移动,并考虑将3号线西侧公共区侧墙预留打开条件,为后续线路的站厅换乘留好结构条件。

4 设计重难点分析

经南十五路及经开第十五大街上目前正在实施的综合管廊,上跨车站主体和附属,对车站埋深有一定影响。经与管廊单位充分对接方案,在满足各自功能和相关规范的前提下,尽量优化管廊和车站方案以及相互关系。优化后经南十五路路中的综合管廊宽约13.2 m,高约3 m,覆土约1.1 m,与车站主体公共区垂直相交,为尽量减少车站埋深,在不影响车站公共区装修后净高和综合管线敷设的前提下,将顶板局部两跨范围下沉1 m,管廊经由车站顶板上方跨过,尽量减少车站埋深。经开第十五大街路东侧的综合管廊宽约11.1 m,高约3 m,覆土约1.9 m,与出入口垂直相交,已为出入口通道预留围护桩。

此外,车站小里程端接盾构区间,该处覆土深度需满足1倍洞径;车站站后设双停车线,配线区域需采用下坡;综合以上因素,考虑车站顶板覆土为3.5 m,车站有效站台中心处轨面标高为95.92 m,埋深为10.65 m。在正线范围内为平坡,停车线采用2‰的纵坡。公共区装修后净高设计为3.5 m。

5 建设过程中发生的主要问题及解决方案

1)地面附属建筑土建预留与装修方案之间的关系。在土建施工图设计阶段,往往地面造型方案尚未最终确定,存在以下几个位置的土建结构与装修方案之间不匹配的情况:防淹挡板预留插槽;带垂直电梯的出入口井道形式、通风口位置及出地面挡墙的位置;排烟风亭形式;出地面挡墙与钢结构幕墙的相互关系;楼梯间的形式等。

改进总结:装修前期介入,尽早稳定方案,土建落实相关设计意图。

2)站厅站台同层布置时站台门处无需预留凹槽的问题。地下一层侧式站站厅和站台同层设置,为满足AFC线槽布设需求,地面装修层厚度为150 mm,站台门所需安装高度也为150 mm,与一般两层站站台层装修层厚度100 mm的情况不同,不需要土建在站台板边缘预留凹槽。设计时对站台门的专业要求理解不到位,仍在站台板上预留50 mm深的开槽,需要进行回填垫高。

改进总结:土建设计时充分理解设备专业的需求,尤其当站型特殊时需格外注意。

3)出入口通道与前期综合管廊预留位置冲突问题。平行于车站的综合管廊先于车站实施,出入口通道垂直下穿管廊,前期沟通协调管廊预留下穿位置,并局部代建出入口围护结构,后期车站方案调整出入口通道位置偏移,导致与管廊预留围护桩冲突。后结合综合管廊预留桩位和现场附属已实施的围护桩,调整出入口方案,避免工程废弃,同时使出入口通道尽量顺直,不影响使用功能。

改进总结:设计人员应掌握工程前期控制性因素,熟悉现场已经实施的接口条件,方案发生变化导致前期对接成果调整时,及时与相关单位联系,并以纸质文件的形式记录对接过程并提供正式的接口资料。

4)司庄站新风道检修路径被静电除尘装置阻断。司庄站北端头盾构井处中板上翻梁影响风机安装,设备区装修施工图阶段调整了风机位置,导致原建筑施工图检修路径不畅,部分区域无法到达,后期结合实际情况在新风道内增设检修门洞。为满足后期检修需求,后期出补充施工图,在新风道除尘装置前增设防火门,并相应调整已施工完成的挡水槛,确保检修路径畅通。

改进总结:设计时应充分考虑结构梁等结构构件对建筑布置的影响,设备区装修阶段原则上不应调整建筑布置,确需调整时,应对建筑图进行变更,并充分梳理其连锁影响,同时调整布置应发各专业确认、会签[3-4]。

6 可推广的主要经验与建议

1)经南十五路站设计为3号线二期工程重点站,采用地下一层侧式站,对于此类非标准岛式站台车站,在设计过程中进行了多方位的研究论证,为后续类似站型设计提供了宝贵经验,建筑专业主要体现在以下方面:

a.站型选择应经充分论证。在设计前期应对车站站型选择进行充分论证,针对侧式站和岛式站的服务功能、配线设置、车站规模、埋深等方面进行比选,确保方案的合理性。b.合理选择公共区规模及柱网。侧式站布局无法参考岛式标准站,站厅、站台同层,左右线分开布置的形式,对于合理的公共区规模容易失去判断,造成车站规模偏大,车站宽度过宽等问题,甚至出现相比岛式站规模优势不明显的情况。设计时应充分结合客流资料验证规模及侧站台宽度。c.过轨通道楼扶梯设置标准与设置位置。侧式站需设置过轨通道连接两侧站台公共区,原方案在地下一层非付费区分别设一楼一扶,兼具过街功能与地面四个象限出入口分别设双扶一楼的服务标准不匹配。有条件时尽量结合楼扶梯开洞与结构柱之间的无用空间,设置双向扶梯,提高服务水平。

本站最终方案两个侧站台之间的过轨通道为“工”字形,每个侧站台均设置两组一扶一楼,其中一部为上行扶梯,另一部为下行扶梯,满足乘客过街均可乘坐扶梯的需求,服务标准与出入口设置上下行扶梯标准一致。此外每侧站台还各设有一部无障碍电梯,经核算目前方案过轨通道及楼扶梯设施可以满足客流需求。

2)对公共区卫生间、无障碍卫生间及母婴室进行梳理,将卫生间隔间尺寸调整为1 500 mm×1 000 mm以上,非付费区的公共卫生间采用无门化设计,通过盥洗前室的转折实现私密性,同时布局尽量规整。

3)对三角机房的顶面进行梳理,统一采用耐火极限不小于1.5 h的防火板进行封堵,避免遗漏对该处的表达。站台三角房楼、扶梯底部天花剖面见图5。

4)针对规范中消防水泵房和消防控制室应采取防水淹的技术措施的要求,对消防泵房进行梳理,要求房门内侧统一用C20混凝土浇筑200 mm高、100 mm宽防淹门槛。

5)对出地面楼梯间的人防门槛高度及人防门型号进行梳理,统一采用1523的人防门。按照人防提资该处人防门门槛高度不小于150 mm即可,站厅层装修厚度也为150 mm,该处门槛不应突出地面影响疏散。

6)对屏蔽门端门外1.5 m范围内墙面进行梳理,确保该处墙面连续、完整,无房间开门、内凹消火栓、风孔等内容,满足发车计时器、屏幕的安装。司机立岗处统一采用防滑地砖。

7)前期管线综合规划时,需考虑冷却塔、室外消防水池、化粪池、出户管井等构筑物的位置以及通风空调和给排水相关室外管线路由。相关专业需配合至一定深度,避免后期施工图再次调整各类附属设施位置,影响管线规划成果,造成二次迁改。