田 濤

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,湖北 武漢 430063)

0 引言

隨著我國城市化進程的推進,城市軌道交通同樣快速發(fā)展。網絡化的軌道交通布局,實現(xiàn)了服務水平的不斷提高;面對城市建設空間的日益緊張,軌道交通建設條件愈發(fā)復雜。當前我國修建地鐵車站主要工法包括明挖法、暗挖法以及明挖和暗挖結合法。當遇到拆遷困難、用地緊張、控制線管線、文物保護、特殊地形、重要設施等重大工程控制性因素時,傳統(tǒng)城市軌道交通車站施工工法無法滿足要求,盾構法車站應運而生,以適應愈發(fā)復雜的城市軌道交通建設環(huán)境。

國內盾構機設備制造取得突破性進展,近年以來盾構設備制造水平不斷提高,并在多項超級工程中得到成功應用,也為盾構法車站的實施提供了技術支撐。

1 盾構法車站應用分析

1.1 單圓盾構

西班牙列菲亞地鐵站[1],由于穿越河床底及區(qū)域富水回填地層,車站站臺設置于地面相對較深處,埋深約54 m。站臺采用單圓疊側方式,區(qū)間與車站一體化施工;在車站采用明挖圓形豎井,與盾構車站相連。

根據國內目前的盾構研究,也可考慮采用18 m單圓島式車站[2]或15 m單圓側式車站,輔以明挖或暗挖出入口通道,滿足車站使用條件。雖然國內可生產相關設備,但過大的盾構直徑導致設備生產費用較高,車站較短時,設備使用率太低,在國內盾構車站僅存在研究層面;單圓盾構在掘進長度較長的一體化公鐵隧道中反而應用較廣泛。

1.2 雙分圓盾構

雙分圓盾構目前在深圳14號線嶂背站投入使用,“先隧后站”采用的是內徑7.8 m,外徑8.5 m的盾構。雙分圓盾構應用前景廣泛,根據需要采用島式和側式,在條件緊張時,可考慮疊側布置。目前在國內8.5 m外徑的盾構應用較為普遍,設備使用率較高,不用特殊制造,用于實施車站,設備投入費用適中,能滿足大范圍應用的需求。

1.3 三圓盾構

三圓盾構目前在日本有過數(shù)次應用,施工條件一般極度緊張。三圓MF盾構外徑有15.8 m×10 m,17.4 m×8.8 m等不同類型。國內目前暫無三圓盾構應用案例,設備生產費用較高,推廣應用較難。

綜合比較,雙分圓盾構更適用于在目前建設條件下的國內軌道交通車站,應用前景較廣泛,目前多個城市有雙分圓盾構車站的研究及應用的意向。

2 雙分圓盾構車站適應性研究

2.1 客流適應性分析

日本木場站開通于1967年,約22.4 m深。中間站臺采用雙分圓盾構,兩側采用明挖法施工。站臺區(qū)單側寬度僅3 m,在站臺兩端設置垂直電梯。

木場站在客流增長到7.5萬/d時,擁堵較嚴重,存在安全隱患,后期采用擴挖加固法進行改造。在一側擴建站臺,增加樓扶梯及垂直電梯,提升站臺的寬度,應對大客流沖擊。

通過木場站的案例可以發(fā)現(xiàn)初期客流不大時,單純將樓扶梯設置在兩側豎井內,中間無樓扶梯,能滿足客流需求;當客流增長到一定量級后,站臺上下車客流較大,占用站臺寬度,出站客流橫向移動距離過長,同時出地面樓扶梯能力不足,導致站臺擁堵。

2.2 盾構車站客流承載能力分析

盾構法車站站臺一般較普通車站局促,站臺有效面積更小,客流容納能力有限。以8 m內徑6B雙分圓盾構車站為例進行分析:有效站臺長度為120 m;站臺門長度約為114 m;側站臺寬度為3.26 m,扣除站臺門安裝空間0.26 m后,有效凈寬為3 m;單側站臺有效面積約為114 m×3 m=342 m2,雙側站臺有效面積約為684 m2。

根據GB 50157—2013地鐵設計規(guī)范[3]第9章,第9.3.2條的規(guī)定,站臺上人流密度ρ取0.33 m2/人～0.75 m2/人,規(guī)范條文解釋中,一般推薦取ρ=0.5 m2/人;經計算雙分圓盾構車站客流承載能力如表1所示。

表1 8 m內徑6B雙分圓盾構車站站臺容納能力計算

根據表1可知,高峰小時內,8 m內徑6B雙分圓盾構車站雙側站臺容納人數(shù)最多為2 072人,最少為912人,一般狀態(tài)下容納人數(shù)為1 368人。

因此,應結合站臺的承載能力、樓扶梯的通行能力、車站全日客流的情況選擇是否采用盾構車站。

2.3 站隧一體化分析

常規(guī)盾構區(qū)間為外徑6.2 m,內徑5.5 m。車站盾構斷面為內徑8 m,外徑8.7 m。車站與區(qū)間采用不同的盾構直徑,在盾構井處需進行盾構機切換,機械利用率低,重復拆裝,影響施工進度。

區(qū)間可考慮采用與站臺區(qū)相同尺寸的盾構(內徑8 m,外徑8.7 m),如盾構機不用重復拆裝,可考慮采用車站盾構掘進區(qū)間或利用區(qū)間盾構掘進車站。區(qū)間盾構尺寸較大,可將乘客疏散通道與檢修平臺分開設置。檢修平臺按常規(guī)盾構疏散寬度900 mm設置;單獨設置乘客疏散通道,可考慮采用鋼筋混凝土防火墻分隔的獨立乘客疏散通道,有效分隔乘客疏散區(qū)與區(qū)間,提高疏散的安全性。同時將乘客疏散通道加寬,更有利于快速疏散。站隧一體化平面示意圖如圖1所示,區(qū)間斷面布置圖如圖2所示。

3 基于雙分圓盾構車站建筑形式研究

3.1 標準斷面形式

雙分圓盾構內徑根據側站臺需要確定。軌行區(qū)基本位于盾構一側,站臺位于盾構另一側(見圖3)。站臺下方采用素混凝土回填,與軌道結合。軌行區(qū)上方設置軌頂排風道,可考慮采用裝配式,提前在隧道結構內預埋相關構件;軌頂風道下方安裝站臺門,隔離軌行區(qū)與側站臺。側站臺裝修后高度約為3 m;上部設置吊頂,排布相關專業(yè)管線,側面同樣可考慮安裝部分管線。雙分圓盾構車站縱剖面示意圖見圖4。

3.2 雙分圓盾構車站組成

雙分圓盾構車站由兩側豎井結構、中部盾構站臺、外掛附屬等三部分組成。

1)兩側豎井結構。兩側豎井結構主要作為盾構車站風道區(qū)(包含活塞風、機械風、排風、新風等)、主要設備用房區(qū)(包含必要的設備用房,如強弱電設備用房等)、站廳公共區(qū)(付費區(qū)、非付費區(qū)等),同時在施工期間可以作為車站及區(qū)間盾構工作井使用。盾構豎井常規(guī)采用明挖法施工,也可考慮機械法豎向掘進施工。

2)中部盾構站臺。站臺為盾構車站的主體,主要布置車站側站臺,通過站臺門與軌行區(qū)分隔。側站臺寬度,根據GB 50157—2013地鐵設計規(guī)范第9.3.2條的規(guī)定計算。站臺盾構部分長度與安全疏散口布置有關,當疏散口位于盾構站臺中部時,盾構站臺部分較長,疏散均勻,日常使用便利,但附屬施工難度較大;當疏散口位于盾構站臺兩側豎井內時,車站盾構部分長度相對較短,疏散距離較長,站臺上客流橫向移動較多,客流不大時使用較便利,附屬施工難度小。

3)外掛附屬。盾構車站的外掛附屬主要包括站臺出入口、外掛風亭、設備用房等。站臺出入口布置受盾構車站整體方案影響,當位于盾構站臺區(qū)時,需考慮在盾構隧道壁提前預留相關條件,后期實施出入口;出入口可考慮采用明挖、暗挖法、機械法施工。當出入口位于兩側明挖豎井內時,與豎井同步實施。風亭一般位于明挖豎井兩側,結合周邊道路設置,采用明挖法施工。設備用房一般結合風亭布置于地下,當場地具備條件時可考慮與地面建筑合建。

3.3 雙分圓盾構車站布置形式

1)淺埋盾構車站-同層雙分圓。本方案適應埋深相對較淺的車站,埋深范圍為22 m～35 m左右。

本布置方案主要依托兩側豎井設置公共區(qū),設置分離廳,可結合條件選擇側式或分離島式。出入口需滿足消防疏散要求,疏散點間距不超50 m[4]:采用側式時,在單側盾構站臺設置不少于2組樓扶梯聯(lián)通站廳(共4組),每側站臺設置2部垂梯,分別連通兩側站廳(見圖5,圖6);采用分離島式時,在盾構站臺中部采用橫向通道聯(lián)系兩側站臺,在兩條盾構之間設置2組共用樓扶梯聯(lián)系站廳(見圖7,圖8)。在站臺門外側豎井內布置基本設備用房。

每側分離廳,分別設置兩個出入口,滿足日常通行、消防疏散,并兼顧過街的功能。每個分離廳內分別布置付費區(qū)與非付費區(qū);付費區(qū)內設置2組樓扶梯及2部垂梯聯(lián)系站臺。付費區(qū)與非付費區(qū)分別貫通,滿足乘客進出站及選擇乘坐站臺的需求。可結合周邊條件設置出入口及風亭。

2)深埋盾構車站-疊側雙分圓盾構車站。本方案適應埋深相對較深的車站,埋深范圍為35 m～50 m左右。

周邊場地條件差時,可考慮雙分圓疊側方案(見圖9,圖10),可有效減少兩側豎井結構規(guī)模。盾構站臺區(qū)寬度較小,僅8 m寬,可適應極端條件下車站建設條件。站臺兩側設置疏散樓梯,解決應急疏散的需求。區(qū)間之間需考慮安全間距,重疊布置可充分利用車站埋深,同時減少深埋明挖部分建設投資。

車站利用兩側明挖豎井設置公共區(qū),采用分離廳。在地下1層可局部擴挖,形成擴大站廳,設置設備用房、出入口及風亭,并滿足過街需求。或結合場地條件設置地面站廳及地面設備用房,適應性良好。

4 結語

總體來看,雙分圓車站在目前國內軌道交通建設的背景下,可解決特別困難情況下的車站建設,減少前期工程施工及協(xié)調的時間,有效的縮短整體工期,應用情景值得期待。雙分圓盾構車站采用同層側式、分離島式或疊側,主要取決于現(xiàn)場條件(道路寬度、周邊實施條件、場地條件、管線及拆遷情況)和線路條件(線路埋深、線路穿越條件等),可根據實際條件選擇適宜的布置形式。

目前盾構車站的廣泛應用仍存在一些短板,如車站附屬出入口的實施,仍需考慮明挖或暗挖施工,整體機械化水平有待提高。在雙碳、綠色的時代背景下,設計方案應結合施工機械制造同步研究,實現(xiàn)盾構車站附屬出入口等機械化施工,進一步提升車站整體的裝配比例,推動軌道交通的建設進入一個新的時代。