農(nóng)興中 曾 毅

(1.廣州地鐵設計研究院股份有限公司, 510010, 廣州; 2.廣州環(huán)城地下管廊建設投資有限公司, 510010, 廣州)

隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展,建筑密度越來越大,城市居民對水、電等各種需求隨之增加,各種市政配套設施,尤其是市政管線的密度也相應不斷增加。外露的市政管線不僅對城市景觀影響較大,而且抗風險能力弱,容易因意外因素導致不能安全運行。綜合管廊可有效地保障城市管道安全,減少城市道路的翻修破壞,減少交通擁堵,節(jié)省地下空間,促進周邊土地升值,提高人民生活質(zhì)量和效率,從而帶來巨大的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益[1-3]。

綜合管廊具有投資高、建設周期長、土建風險大、運營維護成本高的特點[4]。然而,由于在先期規(guī)劃建設中未統(tǒng)籌規(guī)劃,考慮后期其他地下空間的建設,忽視了城市地下空間的有限性,因此,一旦綜合管廊先期建設工程占據(jù)了有限的地下空間,則后續(xù)工程建設難度將大幅增加[5-6]。對此,可考慮將中心城區(qū)的綜合管廊與地鐵合建。

本文依托廣州地鐵11號線(以下簡稱“11號線”)與綜合管廊合建結合建設項目(以下簡稱“11號線管廊合建項目”),對結合建設的必要性、綜合管廊與地鐵的各種合建型式進行了研究,并對11號線具體節(jié)點結合方案進行討論。

1 工程概況與建設必要性

1.1 工程概況

11號線串接了琶洲、廣州東站、廣州火車站、白鴨潭等四大樞紐,連接了天河、白云、越秀、荔灣、海珠等中心城區(qū),串聯(lián)了世洲員村、南中軸及白鵝潭等近期重點發(fā)展區(qū)域,增加了廣州重點建設地區(qū)的交通覆蓋范圍。

廣州市中心城區(qū)地下綜合管廊工程如圖1所示。

圖1 廣州市中心城區(qū)地下綜合管廊工程示意圖

中心城區(qū)綜合管廊主要需求之一為220 kV和110 kV電力電纜,以連接已建及規(guī)劃建設的220 kV/110 kV主變電站,滿足中心城區(qū)的電力供應以及架空線下地要求?？祈嵚分Ь€綜合管廊需求為220 kV和110 kV電力電纜,以滿足金融城的電力供應以及科韻路段的架空線下地。

綜合管廊的另一主要需求為供水管道。綜合管廊主線將串聯(lián)南洲水廠、西村水廠及石門水廠,能起到供水保障的作用,使周邊地塊的用水安全及舒適度大幅增加。

廣州市中心城區(qū)地下綜合管廊工程處于廣州市中心城區(qū),且綜合管廊大部分線路沿11號線路由敷設。廣州市中心城區(qū)地下綜合管廊工程采用與在建11號線合建的形式,與11號線同步設計、同步建設。綜合管廊區(qū)間采用盾構法施工;綜合管廊工作井采用明挖法施工,且部分工作井同11號線車站的出入口、風亭合建。綜合管廊工程線路長度約為45.7 km,其中主線長42.6 km,支線長3.1 km;全線共設44座工作井(主線40座,支線4座),其中有12座工作井與11號線車站合建(包括共用場地但結構分離的工作井)。各工作井的平均間距為1.04 km。

為滿足遠期管線接入數(shù)量增多的可能性需求,按照經(jīng)濟合理、規(guī)?？煽氐脑瓌t,結合盾構施工工藝成熟度及施工機械數(shù)量等相關因素,確定綜合管廊采用內(nèi)徑5.4 m的單個圓形斷面。這樣即可直接利用成熟的盾構施工工藝、相關機械設備及管片模具,降低建設成本。

1.2 合建的必要性與建設原則

由于中心城區(qū)用地緊張,若綜合管廊單獨實施需征用大量土地,耗費大量資金。綜合管廊斷面面積較大,出地面檢修口及通風口規(guī)模均相對較大,因此在老城區(qū)土地資源匱乏、施工用地緊張、管線遷改難度大的情況下,新建綜合管廊這種體量的構筑物十分困難。若與地鐵建設結合,則可合并大量環(huán)節(jié),大大減少相關費用。

本工程緊密結合11號線新線同步設計、同步建設,具有以下幾點明顯的優(yōu)勢:①綜合管廊大部分線路與11號線共用地下走廊,提高了地鐵沿線地下空間的利用率,減少對其他路由地下空間的占用。②綜合管廊與地鐵的地質(zhì)勘察、征借地、交通疏解、管線遷改和房屋拆遷等若干前期工作合并,大量減少了前期協(xié)調(diào)工作及相關費用,大幅減少了土地資源占用,削弱了對現(xiàn)狀交通及地下管線的影響;據(jù)初步估算,可節(jié)約各項費用約7億元。③11號線在綜合管廊項目之前已開展了前期征拆工作,結合建設也保證了綜合管廊工程的可實施性和工期保障。

綜合管廊布置及與地下車站、區(qū)間隧道的交叉節(jié)點建設原則: ①綜合管廊列入近期實施內(nèi)容時,應明確綜合管廊、11號線地下車站及區(qū)間隧道的建設時序,并注意綜合管廊與地下車站交叉節(jié)點宜采用合建方案。②地下綜合管廊與地鐵工程的前期工程及土建工程同步招標,并一次建設到位,管廊所納入的各類公用管線可根據(jù)發(fā)展需要逐步敷設。③綜合管廊工程應緊密結合地鐵工程建設同步實施,出地面口應盡量結合車站附屬結構設計。

2 綜合管廊與地鐵合建型式

合建型式可分為共建共構和共建非共構兩大類。11號線合建管廊項目選擇共建共構型式,即綜合管廊與結構結合。該型式還可以分為與車站主體結構結合、與車站附屬結構結合和與區(qū)間隧道結合三類。其中,綜合管廊與區(qū)間隧道結合的共建共構型式相對簡單,但協(xié)調(diào)統(tǒng)籌難度大,故本項目未采用該型式。

2.1 型式一

型式一即綜合管廊與地鐵車站主體結構結合型式。型式一的典型結構如圖2所示。由圖2可見,型式一的地鐵車站部分采用了多跨多層主體結構,并與綜合管廊結合為一體。

圖2 型式一的典型結構示意圖

型式一的優(yōu)點:綜合管廊與地鐵車站結構結合為一體,能大幅減少對土地資源的占用,減小拆遷征地壓力,還能減少地下結構的開挖量,進而減少對周圍建筑結構的影響,從而避免二者分別施工時對周邊結構的二次擾動。

型式一的缺點:地鐵設備與管廊設備密集布置,對設備安裝的要求提高;設備相互干擾的可能性增大。為保障運營安全,當建設此型式綜合管廊時,天然氣管道及蒸汽介質(zhì)熱力管道不應納入綜合管廊。此外,由于地鐵與綜合管廊分屬不同的運營單位,還需要合理劃分建設費用與運營費用,并合理分配二者的管理區(qū)域,以免出現(xiàn)責任不清的情況。

2.2 型式二

型式二即綜合管廊與地鐵車站附屬結構結合的型式。綜合管廊工作井布置位置可以與風亭和出入口等附屬結構結合,布置在附屬結構口部內(nèi)側、外側或者下方。型式二中綜合管廊工作井布置在附屬結構口部內(nèi)側的典型結構如圖3所示。在圖3的車站節(jié)點,綜合管廊工作井與地鐵車站附屬結構相結合,綜合管廊工作井施工場地與車站附屬施工場地也相結合。

圖3 型式二的典型結構示意圖

型式二的優(yōu)點:在空間上,型式二的綜合管廊工作井與地鐵車站主體脫離,與附屬結構共構,對車站影響較小;在時間上,綜合管廊工作井施工與地鐵施工總體同步,可利用地鐵車站先期的施工準備條件,能節(jié)省大量的前期準備工作。

型式二的缺點:與型式一相比,型式二的開挖量與占地面積較大;后期的施工會受到先期建成結構的影響。

2.3 合建型式的比選

綜合管廊與地鐵車站合建型式的對比如表1所示。11號線管廊合建項目考慮到前期協(xié)同籌劃不足,為了減少相互干擾,又為了很好地利用地鐵建設的優(yōu)勢、實現(xiàn)同步建設,沿11號線敷設的綜合管廊除少量節(jié)點采用與車站主體結構結合型式外,主要采用了與地鐵車站附屬結構相結合的型式。

表1 綜合管廊與地鐵車站合建型式的對比

3 不同合建型式的部分典型案例

3.1 采用型式一的典型案例

11號線梓元崗站與綜合管廊采用型式一合建。梓元崗站為東西走向,位于老城區(qū)三元里大道與機場路交匯處,且毗鄰梓元崗社區(qū),拆遷征地極困難。鄰近社區(qū)的房屋使用時間均超過40年,房屋外墻已出現(xiàn)較多貫穿性裂縫,自身穩(wěn)定性極差。梓元崗站為地下4層島式車站,全長280.8 m,站臺標準段寬為43.2 m。梓元崗站分東站廳、西站廳及暗挖部分等3大部分,設置5個出入口和2個風亭組。梓元崗站采用明挖順做法,站臺層隧道為暗挖法施工。車站附屬結構采用明暗挖結合施工。

結合現(xiàn)場實際情況確定,11號線管廊合建項目的梓元崗站合建最終方案為:只在西端站廳局部同綜合管廊21#工作井及其管廊結構共構,管廊其他部分采用盾構施工。該方案總體上對車站主體結構影響較小。21#工作井為4層兩端始發(fā)井,深約36.8 m,采用明挖法施工。21#工作井與梓元崗站的位置關系如圖4所示。

與僅建設地鐵車站的方案相比,11號線管廊合建項目的梓元崗站永久用地僅增加550 m2,小于梓元崗站拆遷面積的1/10;與非共構型式對比,采用型式一后,梓元崗站用地減少約1/2,而且減小了二次施工對周邊老舊房屋的影響,降低了施工風險。

3.2 型式二的典型案例

型式二是常用建設型式,其車站與管廊共建布置的靈活性強[7]。型式二的典型合建平面如圖5所示。

a) 工作井位于附屬外側

相比主體結構,出入口及風亭等車站附屬結構的尺寸小,且覆土厚度一般僅為4.6～5.0 m。位于附屬外側的工作井與區(qū)間獨立工作井基本一致,僅出地面的通風口及人員出入口同地鐵出入口等附屬結構相結合。這樣工作井可不受車站附屬埋深影響。工作井的尺寸按照滿足盾構始發(fā)、過站、吊出的要求設置。管廊人員出入口與地鐵出入口之間設置防火墻及防火門分隔;風口設置應保證與地鐵出入口的防火防煙間距。位于車站附屬內(nèi)側的工作井區(qū)間需下穿車站附屬結構,會受車站附屬結構埋深影響。

3.2.1 綜合管廊與附屬結構結合于內(nèi)側

廣州東站站為廣州地鐵1、3、11及18號線的換乘站,共有3條既有線與1條在建線路通過,地下空間緊張。該站于1998年完成1號線站層相關建設,于2005年開通運行3號線。目前已有結構已建成多年?？梢?若綜合管廊與廣州東站站主體結合,則協(xié)調(diào)難度較大;而且管廊過于靠近已有線路會大幅增加施工風險。由此廣州東站采用了型式二的合建方案。為滿足11號線管廊合建項目需求,廣州東站站在東端新建擴大段。與附屬結構結合于內(nèi)側,工作井結構受車站附屬埋深影響,施工難度增加,但相對與附屬結構結合于外側,對施工用地的節(jié)省較大,管廊與車站結構的距離也在可控范圍。且采用與附屬結構結合于內(nèi)側方案,該工作井建設沒有新增拆遷。因此,綜合管廊14#工作井采用與廣州東站站1號出入口結構結合于內(nèi)側的方案。

14#工作井與廣州東站站1號出入口位置關系如圖6所示。1號出入口位于廣園路北側燕嶺公園內(nèi),平行14#工作井設置。14#工作井長度為28.7 m,標準段寬度為13.9 m,覆土厚度為0.40 m～3.22 m,為地下四層單跨箱形混凝土結構,出入口為地下一層結構,與管廊主體結構合建。頂、中、底板與內(nèi)襯墻形成為一閉合框架,頂、中、底板設計為梁板體系;圍護結構與風井主體結構采用復合式結構,主體結構采用明挖順筑法施工;管廊井兩端均接盾構區(qū)間。

a) 平面圖

3.2.2 綜合管廊與附屬結構結合于外側

11號線鶴洞東站主體結構比綜合管廊盾構晚1年施工,難以采用綜合管廊與主體結構的共建共構型式。若采用綜合管廊與附屬結構結合于內(nèi)側的方案,則需采用暗挖施工,施工難度較大。綜合考慮土地征遷可行性、施工難度和施工安全等因素,以及對周圍建筑及城市交通的影響,最終采用綜合管廊與附屬結構結合于外側的方案。

綜合管廊34#工作井位于荔灣區(qū)芳村大道南西側,與11號線鶴洞東站1號出入口合建,并與廣州鶴洞東站主體共用圍護結構。34#工作井與鶴洞東站1號出入口位置關系如圖7所示。鶴洞東站為地下三層島式車站。工作井為地下5層,全長19.25 m,寬19.3 m,基坑開挖深度為32.5～35.5 m。34#工作井需在管廊通過一年后方可開挖。33#工作井為始發(fā)井,已施工至底板;34#工作井為過站井。為了不影響綜合管廊的施工,需在盾構到達前完成34#工作井的圍護樁,待盾構通過后再開挖34#工作井,即“先隧后井”施工。綜合管廊34#工作井圍護樁施工時,已完成鶴洞東主體圍護結構施工。

a) 平面圖

4 結論

1) 城市中心城區(qū)綜合管廊的地面實施條件及地下空間受到較大限制。綜合管廊與地鐵相結合,同步規(guī)劃、同步設計和同步實施,統(tǒng)一布局、統(tǒng)籌考慮,可有效減少對地上和地下資源的占用,合理利用地下空間資源。管廊與地鐵結合建設需要在前期項目規(guī)劃中充分考慮,避免因后期線路更改、站點更換導致合建難度大幅提升,甚至無法合建。

2) 管廊與地鐵結合建設宜優(yōu)先采用共建共構的結合型式,可以大幅節(jié)省造價,最大程度地發(fā)揮共同建設的優(yōu)點,若受空間、地質(zhì)和施工時序等條件限制時,可以靈活運用與車站附屬結構的共建共構或共建非共構方案,充分發(fā)揮車站主體結構和附屬結構建設的時間和空間轉換條件。

3) 針對局部節(jié)點,需因地制宜,進行管廊(井)與主體和附屬結構的不同位置結合方式的方案比選,分析不同合建方案的用地、施工和協(xié)調(diào)難度等因素,選擇合理的結合方案。