佛山地鐵3號(hào)線清暉園段線路設(shè)計(jì)方案研究

鄭 翔

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，510010，廣州∥高級(jí)工程師）

1 線路設(shè)計(jì)背景條件

1.1 佛山地鐵3號(hào)線概況

佛山地鐵3號(hào)線（見圖1）是貫通佛山市南北的軌道交通主干線，是中心城區(qū)與大良容桂組團(tuán)、獅山組團(tuán)、北滘陳村組團(tuán)的聯(lián)系線。3號(hào)線線路全長(zhǎng)74.0km，其中高架段11.6 km，地下段62.4 km。共設(shè)35座車站（高架站5座、地下站30座），其中換乘站7座，平均站間距2.15 km。最大站間距為4.0 km，為容山站至德勝站區(qū)間；最小站間距為0.96 km，為桂城至南海廣場(chǎng)區(qū)間。全線設(shè)置1段2場(chǎng)，分別為獅山東車輛段、荔村停車場(chǎng)和容桂停車場(chǎng)。

圖1 佛山地鐵3號(hào)線線路示意圖

1.2 佛山地鐵3號(hào)線清暉園段線路概況

佛山地鐵3號(hào)線東樂路站—大良站區(qū)間（見圖2），自東樂路站出站后，沿東樂路向西行進(jìn)，轉(zhuǎn)向清暉路向北敷設(shè)。清暉路規(guī)劃道路紅線寬25 m。區(qū)間總長(zhǎng)1 894.8 m，采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間在里程AK100＋571～AK100＋744之間穿過清暉園建筑控制區(qū)，盾構(gòu)區(qū)間穿越清暉園建筑控制區(qū)的長(zhǎng)度約為160 m。

如圖3所示，清暉園重點(diǎn)保護(hù)區(qū)與盾構(gòu)區(qū)間的最小凈距約5.4 m；該段區(qū)間頂覆土18.1 m，從上至下的地層依次為＜1＞素填土、＜2－1B＞淤泥質(zhì)土、＜2－4＞粉質(zhì)黏土、＜5N－2＞粉質(zhì)黏土、＜7＞強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、＜8＞中風(fēng)化粉砂巖；區(qū)間從＜7＞強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖中穿過。

1.3 清暉園文物概況

圖3 佛山地鐵3號(hào)線線路與清暉園豎向關(guān)系示意圖

清暉園位于佛山市順德區(qū)大良鎮(zhèn)清暉路，地處市中心；故址原為明末狀元黃士俊所建的黃氏花園，現(xiàn)存建筑主要建于清嘉慶年間。園取名“清暉”，意為和煦普照之日光，喻父母之恩德。已被初步鑒定為國家一級(jí)保護(hù)文物。

在佛山軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中，佛山地鐵3號(hào)線大良段線路主要沿東樂路、清暉路行進(jìn)，地鐵線路西側(cè)比鄰清暉園文物保護(hù)單位，如圖4所示。

2 佛山地鐵3號(hào)線清暉園段線路設(shè)計(jì)方案研究

佛山地鐵3號(hào)線東樂路站至倫教站段線路主要覆蓋大良城區(qū)、順德醫(yī)院以及荔村片區(qū)。因此，為了盡量減少該段線路對(duì)清暉園國家級(jí)文物的影響，同時(shí)也兼顧3號(hào)線在大良站與規(guī)劃地鐵7號(hào)線的換乘條件、對(duì)周邊覆蓋情況以及對(duì)周邊高層的影響等因素，對(duì)清暉園段線路方案進(jìn)行綜合比選，以確定綜合最優(yōu)的方案。

2.1 佛山地鐵3號(hào)線清暉園段線路設(shè)計(jì)方案說明

2.1.1 方案一：清暉路方案

（1）方案基本思想：以線網(wǎng)規(guī)劃為基礎(chǔ)，線路基本沿道路敷設(shè)，主要經(jīng)過大良核心地區(qū)。

（2）方案說明：線路以地下線出東樂路站后沿東樂路一直向西至清暉路轉(zhuǎn)向北，在鳳山路交叉口北側(cè)設(shè)大良站，與規(guī)劃地鐵7號(hào)線換乘；后沿文秀路、蓬萊路一直向北，下穿蓬萊新村部分民居后至環(huán)市北路設(shè)新松站；之后線路沿甲子路向北下穿桂畔海，至龍洲公路順德醫(yī)院西側(cè)設(shè)順德醫(yī)院站；出站后線路至羊大路轉(zhuǎn)向西，在荔奇路交叉口設(shè)荔村站；后繼續(xù)向西至G105國道轉(zhuǎn)向北并由地下敷設(shè)轉(zhuǎn)為高架敷設(shè)，在倫教變電站附近設(shè)倫教站。

圖4 佛山地鐵3號(hào)線清暉園段線路控制性建構(gòu)筑物平面關(guān)系示意圖

（3）方案優(yōu)點(diǎn)：線路覆蓋大良商業(yè)中心，大良站換乘條件好。

（4）方案缺點(diǎn)：線路侵入清暉園建設(shè)控制地段，但避讓清暉園文物保護(hù)核心區(qū)范圍。

2.1.2 方案二：東苑路方案

（1）方案基本思想：以線網(wǎng)規(guī)劃為基礎(chǔ)，完全避讓文物保護(hù)單位，主要經(jīng)過大良核心地區(qū)邊緣。

（2）方案說明：線路以地下線出東樂路站后沿東樂路一直向西至東苑路轉(zhuǎn)向北，在鳳山路交叉口南側(cè)設(shè)大良站，與規(guī)劃地鐵7號(hào)線通過通道換乘；后沿規(guī)劃東苑路一直向北至環(huán)城路轉(zhuǎn)向西，然后至蓬萊路轉(zhuǎn)向北，下穿蓬萊新村部分民居后至環(huán)市北路設(shè)新松站；之后的線路及站位方案同方案一。

（3）方案優(yōu)點(diǎn)：遠(yuǎn)離清暉園文物保護(hù)單位。

（4）方案缺點(diǎn)：大量下穿東苑小區(qū)民房，下穿順德一中；大良站換乘距離較遠(yuǎn)；線型條件較差。

2.1.3 方案三：環(huán)市路方案

（1）方案基本思想：改變線網(wǎng)規(guī)劃路線，完全避讓文物保護(hù)單位，線路基本沿道路敷設(shè)。

（2）方案說明：線路以地下線出東樂路站后沿東樂路一直向西至環(huán)市路轉(zhuǎn)向北，至云良路交叉口設(shè)大良站；后沿環(huán)市路一直向西北行進(jìn)，在錦巖街交叉口設(shè)新松站；之后轉(zhuǎn)向北沿甲子橋東側(cè)過桂畔海，一直向北至龍洲公路順德醫(yī)院西側(cè)設(shè)順德醫(yī)院站；出站后線路至羊大路轉(zhuǎn)向西，在荔奇路交叉口設(shè)荔村站；后繼續(xù)向西至G105國道轉(zhuǎn)向北并由地下敷設(shè)轉(zhuǎn)為高架敷設(shè)，在倫教變電站附近設(shè)倫教站。

（3）方案優(yōu)點(diǎn)：遠(yuǎn)離清暉園文物保護(hù)單位。

（4）方案缺點(diǎn)：下穿多棟高層建筑以及大量中低層建筑，不能覆蓋大良中心區(qū)客流，影響與規(guī)劃地鐵7號(hào)線換乘關(guān)系，需進(jìn)行線網(wǎng)調(diào)整。

2.1.4 方案四：G105國道方案

（1）方案基本思想：改變線網(wǎng)規(guī)劃路線，盡量遠(yuǎn)離文物保護(hù)單位，線路基本沿G105國道敷設(shè)。

（2）方案說明：線路以地下線出東樂路站后沿東樂路一直向西，過清暉路后繼續(xù)向西至鳳華大街設(shè)大良站；之后線路轉(zhuǎn)向北，下穿大良區(qū)金榜社區(qū)部分民居后進(jìn)入新寧路，在鳳山路交叉口設(shè)鳳山路站；后沿新寧路向西北敷設(shè)進(jìn)入G105 國道，在新滘橋處過倫教大涌后線路由地下敷設(shè)轉(zhuǎn)為高架敷設(shè)，并設(shè)新滘橋站；之后線路沿G105國道東側(cè)繼續(xù)向西北，過廣州繞城高速和順德立交后設(shè)順德立交北站；后繼續(xù)沿105國道向西北行進(jìn)至倫教變電站附近設(shè)倫教站。

（3）優(yōu)點(diǎn)：遠(yuǎn)離清暉園文物保護(hù)單位。

（4）缺點(diǎn)：下穿部分高層建筑及大量中低層建筑，高架段上跨順德立交橋并需要拆除多棟中低層建筑，不能覆蓋大良中心區(qū)客流，影響與規(guī)劃地鐵7號(hào)線換乘關(guān)系，需進(jìn)行線網(wǎng)調(diào)整。

表1為東樂路站—倫教站段線路設(shè)計(jì)方案比較說明表。

2.2 佛山地鐵3號(hào)線清暉園段線路設(shè)計(jì)方案比選

對(duì)上述4個(gè)線路設(shè)計(jì)方案從車站周邊城市現(xiàn)狀與規(guī)劃及客流吸引、線網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響、對(duì)文物保護(hù)單位影響、方案實(shí)施難度等4個(gè)方面進(jìn)行比選。

2.2.1 車站周邊城市現(xiàn)狀與規(guī)劃及客流吸引

方案一：大良站位于大良中心區(qū)，現(xiàn)狀周邊商業(yè)較多，客流吸引好；新松站周邊以居住用地為主，客流吸引較好。

方案二：大良站位于大良中心區(qū)邊緣，規(guī)劃以居住和商業(yè)用地為主，客流吸引較好；新松站周邊以居住用地為主，客流吸引較好。

方案三：大良站周邊主要為居住用地，客流吸引較好，但對(duì)大良中心區(qū)覆蓋較差；新松站周邊以居住用地為主，客流吸引較好

表1 東樂路站—倫教站段線路設(shè)計(jì)方案比較說明表

方案四：大良站周邊主要為綠地、商業(yè)用地及文物古跡用地，客流吸引一般，對(duì)大良中心區(qū)覆蓋較差；調(diào)整后的線路主要沿G105國道行進(jìn)，兩側(cè)主要以工業(yè)為主，不能覆蓋新松地區(qū)客流。

2.2.2 線網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響

方案一：沿線網(wǎng)規(guī)劃路由敷設(shè)，可以與規(guī)劃地鐵7號(hào)線換乘，能夠較好地覆蓋大良城區(qū)、順德醫(yī)院及荔村片區(qū)，符合城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃。

方案二：主要沿線網(wǎng)規(guī)劃路由敷設(shè)，局部調(diào)整；可以與規(guī)劃地鐵7號(hào)線換乘，但換乘距離較遠(yuǎn)；能夠較好地覆蓋大良城區(qū)、順德醫(yī)院及荔村片區(qū)；符合城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃。

方案三：局部路由調(diào)整；未覆蓋大良中心區(qū)，可以串聯(lián)順德醫(yī)院與荔村片區(qū)，但不利于與規(guī)劃地鐵7號(hào)線換乘；影響城市軌道交通高效率網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的發(fā)揮。

方案四：較大范圍路由調(diào)整；不能覆蓋大良城區(qū)、順德醫(yī)院及荔村片區(qū)；沿線主要以低矮民房及工業(yè)為主，不利于客流吸引及城市軌道交通串聯(lián)主城區(qū)和大型客流集散點(diǎn)的需要，同時(shí)不利于與規(guī)劃地鐵7號(hào)線換乘；影響城市軌道交通高效率網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的發(fā)揮。

2.2.3 與文物保護(hù)單位的關(guān)系

（1）方案一：進(jìn)入清暉園文物建設(shè)控制地帶約160 m，距離保護(hù)范圍邊線最小距離為5.4 m。

（2）方案二：不進(jìn)入清暉園文物建設(shè)控制地帶。

（3）方案三：不進(jìn)入清暉園文物建設(shè)控制地帶。

（4）方案四：進(jìn)入清暉園文物建設(shè)控制地帶約110 m，距離保護(hù)范圍邊線最小距離為35 m。

2.2.4 方案實(shí)施難度

（1）方案一：基本沿道路敷設(shè)，下穿建構(gòu)筑物較少，實(shí)施難度相對(duì)小。

（2）方案二：線路較為曲折，轉(zhuǎn)彎處下穿大量建構(gòu)筑物，實(shí)施難度相對(duì)大。

（3）方案三：線路較為曲折，轉(zhuǎn)彎處下穿大量建構(gòu)筑物，實(shí)施難度相對(duì)大。

（4）方案四：基本沿道路敷設(shè)，下穿建構(gòu)筑物較少，實(shí)施難度相對(duì)小。

經(jīng)綜合比選，推薦采用方案一。圖5為佛山地鐵3號(hào)線推薦方案與清暉園平面關(guān)系示意圖。

圖5 佛山地鐵3號(hào)線推薦方案與清暉園平面關(guān)系示意圖

3 佛山地鐵3號(hào)線施工對(duì)清暉園的影響及評(píng)價(jià)

3.1 文物保護(hù)單位對(duì)地鐵施工的控制要求和標(biāo)準(zhǔn)

在軟土地層中開挖隧道，會(huì)產(chǎn)生地層運(yùn)動(dòng)，引起隧道周圍土體的松動(dòng)和沉陷，直觀表現(xiàn)就是地表不均勻沉降，從而可能導(dǎo)致對(duì)清暉園產(chǎn)生一定的影響?？刂频孛娉两?，成為控制整個(gè)工程成敗的關(guān)鍵因素。參考GB50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中建筑物的地基變形允許值，并考慮國家級(jí)保護(hù)文物清暉園較之普通建筑物的特殊性，地基基礎(chǔ)變形應(yīng)采用更嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)：清暉園暫定地基最大沉降采用不超過20 mm，基礎(chǔ)傾斜不超過0.001 mm 的沉降變形做為其控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 地鐵施工對(duì)清暉園文物保護(hù)單位影響分析

本區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)法具有不影響地面交通、對(duì)周圍建（構(gòu)）筑物影響小、適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件、施工速度快等眾多優(yōu)點(diǎn)。但盾構(gòu)法隧道工程是在巖土體內(nèi)部進(jìn)行的，開挖施工都不可避免地會(huì)對(duì)周圍土層產(chǎn)生擾動(dòng)，從而引起地面沉降。從地面沉降產(chǎn)生原因上講，盾構(gòu)施工產(chǎn)生地面沉降主要來源于開挖面的應(yīng)力釋放、附加應(yīng)力等引起地層產(chǎn)生的彈塑性變形。盾構(gòu)法隧道在施工期的地面沉降可認(rèn)為主要由開挖沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降組成。盾構(gòu)施工引起的地層損失和隧道周圍受擾動(dòng)或剪切破壞引起的土體再固結(jié)，是造成盾構(gòu)法隧道工程性地面沉降的根本原因。

3.3 三維有限元模型計(jì)算分析

通過三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析，邊界條件設(shè)定為：模型底部位移為Z方向約束，模型前后面位移為Y方向約束，模型左右面位移為X方向約束。

從盾構(gòu)施工完成后地面沉降結(jié)果來看，施工完成后清暉園建筑物各角點(diǎn)的沉降結(jié)果在0.64～2.72 mm之間，最大地面沉降為2.72 mm，最大沉降差為2.08 mm。建筑物寬度范圍約30 m，整體最大沉 降 傾 斜 僅 為 （（2.72 mm －0.64 mm）／30 000 mm）＝0.000 069 mm；局部最大傾斜發(fā)生在東側(cè)，最大局部?jī)A斜為（（2.72 mm－2.23 mm）／16 000 mm）＝0.000 031 mm，遠(yuǎn)小于0.001 mm的局部?jī)A斜限值。

4 佛山地鐵3號(hào)線運(yùn)營對(duì)清暉園的影響及評(píng)價(jià)

4.1 文物保護(hù)單位對(duì)地鐵運(yùn)營的控制要求和標(biāo)準(zhǔn)

地鐵運(yùn)營中產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)引起清暉園建筑產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，從而可能引起清暉園的疲勞破壞。清暉園為全國重點(diǎn)文物保護(hù)建筑，木材為其主要承重骨架。按照GB／T50452—2008《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》及沿線文物結(jié)構(gòu)特征，地鐵運(yùn)行對(duì)其振動(dòng)影響執(zhí)行木結(jié)構(gòu)的容許振動(dòng)速度限值標(biāo)準(zhǔn)。作為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位的清暉園，其承重結(jié)構(gòu)最高處容許振動(dòng)速度采取最嚴(yán)格的速度指標(biāo)0.18 mm／s作為控制指標(biāo)。

4.2 地鐵運(yùn)營對(duì)清暉園文物保護(hù)單位振動(dòng)影響分析

清暉園古建筑距振源中心直線距離5.4 m，內(nèi)插計(jì)算得出運(yùn)營期于清暉園文物處的水平向地面振動(dòng)速度值為0.45 mm／s，結(jié)構(gòu)最大速度響應(yīng)0.531 mm／s，相對(duì)于承重結(jié)構(gòu)最高處容許振動(dòng)速度標(biāo)準(zhǔn)值0.18 mm／s，超標(biāo)量達(dá)到0.351 mm／s。這就意味在不采用減振措施的情況下，地鐵運(yùn)營對(duì)清暉園文物的振動(dòng)影響將超出規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 地鐵運(yùn)營采用減振措施方案分析

為減緩地鐵運(yùn)營對(duì)國家級(jí)保護(hù)文物清暉園的干擾，建議采用特殊減振措施——鋼彈簧浮置板道床，其減振效果可達(dá)20～25 dB。通過工程類比及其他工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，對(duì)采取鋼彈簧浮置板后文物振動(dòng)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明，在采取了鋼彈簧浮置板后，地鐵運(yùn)營對(duì)清暉園文物的振動(dòng)影響可以滿足規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)。

表2 采取鋼彈簧浮置板后文物振動(dòng)預(yù)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)語

清暉園建筑物距離地鐵隧道最近距離約5.4 m，隧道頂覆土約18.1 m，文物建筑距隧道邊約1倍洞徑。結(jié)合隧道的地質(zhì)條件和文物建筑現(xiàn)狀，地鐵隧道采用盾構(gòu)法施工時(shí)，計(jì)算結(jié)果表明：隧道施工引起的最大沉降及局部?jī)A斜值均小于規(guī)范要求，不會(huì)影響文物安全。

在施工過程中，建議對(duì)清暉園的關(guān)鍵位置布置監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在關(guān)鍵工況下加大監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)做好監(jiān)測(cè)結(jié)果的綜合分析和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)；根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋信息、地層巖性的變化及施工條件，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)和施工，并對(duì)清暉園進(jìn)行跟蹤注漿或補(bǔ)充注漿，做到信息化設(shè)計(jì)及施工。通過以上工程措施可以確保地鐵隧道施工期間清暉園文物的安全。

采用無縫線路、鋼彈簧浮置板道床以及一定的加固措施，并且在地鐵運(yùn)營期間加強(qiáng)對(duì)線路和車輛的維護(hù)保養(yǎng)，這些措施可以保證地鐵運(yùn)營期間清暉園的振動(dòng)、噪聲等指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

［1］GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］建標(biāo)104—108 城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.2008.

［3］GB50007—2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB／T50452—2008 古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司.佛山市城市軌道交通3號(hào)線工程可行性研究報(bào)告［R］.廣州：廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，2013.

［6］廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司.佛山市城市軌道交通3號(hào)線工程清暉園文物保護(hù)設(shè)計(jì)方案研究［R］.廣州：廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，2013.