拱蓋法車站設(shè)備區(qū)管線夾層設(shè)計(jì)

張 亮

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司, 100045, 北京∥碩士研究生)

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展,越來越多地鐵車站修建在城市繁華地段,為降低施工帶來的影響,在一些巖石地質(zhì)城市,比如青島、大連、重慶等,大多地鐵車站都采用了暗挖法施工,其中拱蓋法是最常用的開挖工法。拱蓋法可充分利用中微風(fēng)化巖體良好的承載能力,在拱蓋形成后即可在拱蓋的保護(hù)下進(jìn)行大面積開挖施工[1-2]。相比于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、PBA(洞樁逆作)法等,拱蓋法更能合理利用圍巖強(qiáng)度,安全高效快速施工[3],因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于拱形結(jié)構(gòu)受力需要,拱蓋法車站的拱蓋矢高通常較大,這就造成站廳層高度會(huì)高達(dá)7～9 m。拱形的頂板結(jié)構(gòu)給車站上部提供了更大的可利用空間。

管線綜合設(shè)計(jì)作為地鐵設(shè)計(jì)及施工過程的重要部分,其合理性直接影響到車站的正常運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)檢修成本。如何充分利用拱蓋法車站站廳層的凈高來解決車站管線綜合設(shè)計(jì)問題,是本文重點(diǎn)探討問題。

青島地鐵1號(hào)線為南北向主干線,全線共設(shè)車站41座,均為地下車站。其中,頂板采用拱頂形式的車站有15座,約占全線車站總數(shù)的1/3。1號(hào)線中段、南段面臨巨大的通車壓力,而車站內(nèi)部的管線安裝是車站機(jī)電安裝施工階段最耗費(fèi)時(shí)間、精力的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文以此為背景條件,結(jié)合部分車站機(jī)電施工進(jìn)度滯后的情況,選取水清溝站、小村莊站作為試驗(yàn)站,在車站主要設(shè)備、管理用房區(qū)一端考慮設(shè)置管線夾層,優(yōu)化管線安裝空間。

1 拱蓋法車站空間特征

由于地層及結(jié)構(gòu)受力計(jì)算需要,采用拱頂形式的地鐵車站通常車站埋深較深。小村莊站、水清溝站車站整體高度約為17.0 m,拱頂中心位置處站廳層高度約為7.5 m,兩側(cè)拱肩處站廳層高度約為3.0 m;圖1為拱蓋法車站斷面示意圖。由圖1可見,車站中部區(qū)域?qū)痈咻^高,遠(yuǎn)超普通明挖車站5.1 m的站廳層高度,且5.1 m以上的空間優(yōu)勢(shì)未得以充分發(fā)揮。

尺寸單位:mm

2 拱蓋法車站常規(guī)管線布置

地鐵車站為地下公共交通建筑,車站內(nèi)設(shè)有大量設(shè)備房間。為了方便統(tǒng)一管理,將主要的設(shè)備、管理用房集中在一端,簡(jiǎn)稱大設(shè)備端。大設(shè)備端管線布置密集,管線交叉嚴(yán)重,是制約工期的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

2.1 管線布置要點(diǎn)

1) 車控室、通信、信號(hào)設(shè)備室、屏蔽門室凈空不低于2.8 m;設(shè)備區(qū)內(nèi)走道管線下方凈空不低于2.6 m;變電所設(shè)備用房及設(shè)備運(yùn)輸通道上,管線下方凈空不低于3.5 m,困難時(shí)不低于3.3 m;無特殊要求的設(shè)備用房,管線下方凈空不低于2.8 m。

2) 應(yīng)預(yù)留管線檢修空間。原則上對(duì)寬度大于等于1 200 mm的管線,應(yīng)考慮從兩側(cè)進(jìn)行檢修;寬度小于1 200 mm的管線可考慮從單側(cè)進(jìn)行檢修。檢修空間一般不小于 600 mm,困難地段不小于400 mm。

3) 在同一區(qū)域多層布置管線時(shí),其主要原則應(yīng)為“小管讓大管,有壓讓無壓”,因此需遵守如下原則:通風(fēng)空調(diào)風(fēng)管在上層布置,電氣管線(指強(qiáng)電電纜橋架、強(qiáng)電電纜)在中間布置,給排水、空調(diào)冷凍冷卻水管和自動(dòng)滅火系統(tǒng)的管線在下層布置,弱電電纜橋架位于風(fēng)管下方和水管上方[4]。

4) 檢修維護(hù)頻繁、擴(kuò)展多的管線應(yīng)放在下方。

2.2 常規(guī)管線布置中存在的問題

1) 根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]第14.2.5.5條,給水管不應(yīng)穿過變電所、通信信號(hào)機(jī)房、控制室、配電室等電器房間。公共區(qū)通風(fēng)風(fēng)管有可能產(chǎn)生冷凝水,因此也必須避開電器房間。為滿足要求,絕大部分管線設(shè)置在走廊上方,這帶來設(shè)備區(qū)間走廊管線眾多、檢修困難等問題。例如走道寬度1.5 m,最上方大系統(tǒng)風(fēng)管寬度為1.0 m,基本無法進(jìn)行設(shè)備檢修。車站設(shè)備區(qū)走廊常規(guī)管線布置如圖2所示。

圖2 車站設(shè)備區(qū)走廊常規(guī)管線布置

2) 根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第28.3.13條,設(shè)置在地下的通信及信號(hào)機(jī)房(含電源室)、變電所(含控制室)、綜合監(jiān)控設(shè)備室、蓄電池室和主變電所,應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)。地鐵電氣設(shè)備房間通常采用惰性氣體自動(dòng)滅火系統(tǒng)。即通信及信號(hào)機(jī)房(含電源室)、變電所(含控制室)、綜合監(jiān)控設(shè)備室、蓄電池室和主變電所房間都有氣密性要求,為滿足這些房間氣密性要求,隔墻需要砌筑到頂。拱蓋法車站站廳層層高一般為7.0～8.0 m,由于結(jié)構(gòu)受力的需要,砌體隔墻厚度需增加至0.3 m,且設(shè)置2道圈梁,施工繁瑣。拱蓋法車站常規(guī)管線布置如圖3所示。

圖3 拱蓋法車站常規(guī)管線布置

3) 通風(fēng)大系統(tǒng)風(fēng)道為了避讓弱電及機(jī)電房間,往往需要多次轉(zhuǎn)折,既降低了通風(fēng)效率也增加了檢修維護(hù)難度。通風(fēng)大系統(tǒng)平面布置如圖4所示。

圖4 通風(fēng)大系統(tǒng)平面布置

3 拱蓋法車站設(shè)備區(qū)管線夾層設(shè)計(jì)理念

目前,管線主要布置在地鐵車站設(shè)備區(qū)走廊上方。實(shí)施過程中存在施工難度大、施工工期長(zhǎng)、管線布置復(fù)雜等弊端。應(yīng)充分利用拱蓋法車站站廳層高大的特點(diǎn),在滿足規(guī)范要求的前提下優(yōu)化管線布置。經(jīng)過多專業(yè)共同深入研究,最終確定通過設(shè)置管線夾層來解決車站設(shè)備區(qū)管線布置困難的問題。設(shè)置管線夾層的車站設(shè)備區(qū)管線布置如圖5所示。

圖5 設(shè)置管線夾層的車站設(shè)備區(qū)管線布置

該方法的優(yōu)點(diǎn)是:

1) 建立了物理分倉的概念,將通風(fēng)系統(tǒng)與強(qiáng)弱電專業(yè)橋架進(jìn)行物理隔離,減少專業(yè)間的交叉。如圖5所示:通過在站廳層設(shè)備區(qū)增加分隔板,將豎向空間一分為二,上部空間主要為通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管,包括公共區(qū)大系統(tǒng)送風(fēng)管、公共區(qū)排煙管、設(shè)備區(qū)小系統(tǒng)送風(fēng)管、設(shè)備區(qū)小系統(tǒng)回風(fēng)管、設(shè)備區(qū)排煙管;下部空間主要為弱電線槽、動(dòng)力照明線槽、氣體滅火管線、消防水管等。

2) 在走廊增加了橫梁,便于煙感、燈具的安裝,管線的排布也更清晰,檢修也更方便。走廊吊頂下凈高由原來的2.70 m提高至2.95 m,檢修空間更加寬裕。采用常規(guī)管線布置時(shí),設(shè)備區(qū)走廊存在大量管線,通常管線下凈高只有2.7 m左右,而且走廊中管線密集,造成后期檢修困難。設(shè)置管線夾層后,在走廊區(qū)上部設(shè)置結(jié)構(gòu)橫梁,一方面可以作為兩側(cè)設(shè)備房間隔墻的水平支撐,另一方面可以作為管線、煙感、燈具等的安裝基座,避免了吊桿需要固定在車站頂板上時(shí)的長(zhǎng)吊桿(長(zhǎng)達(dá)4～5 m)問題。圖6為管線夾層平面圖。

圖6 管線夾層平面圖

3) 增加夾層后,通風(fēng)系統(tǒng)管線可直接設(shè)置在機(jī)電房間上方,無需彎折,走向流暢,減少了后期調(diào)試的時(shí)間,解決了風(fēng)口的風(fēng)速不達(dá)標(biāo)問題。增設(shè)夾層后通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管布置如圖7所示。在沒有管線夾層時(shí),由于大系統(tǒng)送排風(fēng)管有可能產(chǎn)生冷凝水,因此需要避讓強(qiáng)電及弱電設(shè)備房間,以避免冷凝水對(duì)強(qiáng)弱電設(shè)備產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。增加管線夾層后,中間設(shè)備區(qū)房間均設(shè)置混凝土頂板,一方面減小了設(shè)備區(qū)強(qiáng)弱電房間氣體滅火的容積,相應(yīng)減少了氣瓶數(shù)量;另一方面大系統(tǒng)送排風(fēng)管可以順直通達(dá)公共區(qū)。

圖7 增設(shè)夾層后通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管布置圖

4) 管線夾層采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)形式,可降低設(shè)備房間隔墻砌筑高度,隔墻厚度由0.3 m優(yōu)化至0.2 m。管線夾層施工完成后,增加了工作面,使得蓋上機(jī)電管線和走廊弱電管線能夠同步施工,打破了原本走廊區(qū)域由上至下的傳統(tǒng)施工工序,提高了交叉作業(yè)效率。

5) 通過優(yōu)化管線夾層內(nèi)管線路由,在夾層中部形成凈高2 000 mm、寬約3 150 mm的檢修空間,便于后期檢修維護(hù)。

4 拱蓋法車站設(shè)備區(qū)管線夾層實(shí)現(xiàn)

4.1 水清溝站管線夾層設(shè)計(jì)方案

在水清溝站設(shè)備大端中板上方5軸至13軸之間增設(shè)管線夾層,新增夾層采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),夾層結(jié)構(gòu)高度為4.3 m?？蚣苤捎?50 mm×300 mm的鋼筋混凝土柱,縱梁采用250 mm×300 mm的鋼筋混凝土梁,橫梁采用300 mm×300 mm的鋼筋混凝土梁,夾層板板厚150 mm,布置于設(shè)備房間上方;設(shè)備區(qū)走廊上方不設(shè)板,局部增設(shè)30 mm×300 mm的短梁用于懸掛管線托架。

4.2 水清溝站管線夾層現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

設(shè)計(jì)單位于2021年1月底完成水清溝站夾層設(shè)計(jì)補(bǔ)充出圖后,由土建施工單位進(jìn)行管線夾層施工。管線夾層總長(zhǎng)為85 m,施工時(shí)間僅用20多d。在夾層板上和板下同時(shí)進(jìn)行砌筑及管線敷設(shè),大大提高了施工效率。

4.3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1) 目前青島地鐵1號(hào)線小村莊站、水清溝站車站設(shè)備區(qū)管線布置均采用夾層方案。在實(shí)際工程施工配合過程中發(fā)現(xiàn),由于管線夾層板采用鋼筋混凝土形式,管線夾層與房間的連通需通過預(yù)留孔洞,因此對(duì)預(yù)留孔洞的尺寸及位置的準(zhǔn)確性提出了更高的要求。為了避免出現(xiàn)返工及廢棄現(xiàn)象,建議建立綜合管線的BIM(建筑信息模型),通過BIM核對(duì)管線路由,以確?？锥醇疤坠茴A(yù)留預(yù)埋的準(zhǔn)確性。

2) 由于受工期限制,小村莊站、水清溝站的管線夾層均采用了現(xiàn)澆施工。后期工程中可采用預(yù)制裝配式管線夾層(見圖8),可進(jìn)一步加快施工速度,提高施工質(zhì)量。

圖8 預(yù)制裝配式管線夾層剖面圖

5 結(jié)語

拱蓋法車站站廳層設(shè)備區(qū)隔墻高達(dá)6～8 m,墻厚需要0.3 m且需要設(shè)置2道混凝土圈梁,施工繁瑣且風(fēng)險(xiǎn)較大。設(shè)置管線夾層后,框架結(jié)構(gòu)可與車站主體同期施工,并可同時(shí)在板上和板下進(jìn)行管線施工,大大提高了施工效率。

管線夾層方案為拱蓋法車站設(shè)備區(qū)設(shè)計(jì)提供了新型實(shí)用的技術(shù)支撐,設(shè)計(jì)思路巧妙,設(shè)計(jì)手段新穎,應(yīng)用范圍廣闊,可在拱蓋法車站中安全、快速、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行管線及設(shè)備安裝;其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,傳力方式明確,具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合效益,在青島地鐵三期建設(shè)工程的所有拱形車站中得以應(yīng)用。