武漢地鐵王家灣站設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

劉建芳

(武漢地鐵集團(tuán)有限公司，430074，武漢//高級(jí)工程師)

隨著軌道交通建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，以及換乘站點(diǎn)的不斷增加，車站規(guī)模不斷擴(kuò)大，車站功能更趨復(fù)雜化[1-3]。大規(guī)模地鐵車站在總體布局設(shè)計(jì)及防火設(shè)計(jì)中有一些特別之處。

1 武漢地鐵王家灣站建設(shè)背景

王家灣區(qū)域是漢陽最耀眼的商業(yè)中心，是繼漢口武廣、武昌中南漢街之后的“武漢商圈第三極”。根據(jù)武漢地鐵線網(wǎng)規(guī)劃，3號(hào)線由沌口開發(fā)區(qū)出發(fā)經(jīng)過王家灣后穿越漢江敷設(shè)至漢口宏圖大道，4號(hào)線由武漢火車站出發(fā)穿越長(zhǎng)江經(jīng)過王家灣后敷設(shè)至漢陽黃金口，地鐵3、4號(hào)線分別穿越漢江、長(zhǎng)江聯(lián)通武漢三鎮(zhèn)，是武漢地鐵鎮(zhèn)間骨架線路。3、4號(hào)線在漢陽大道與龍陽大道交叉口處的王家灣核心區(qū)域設(shè)置王家灣站，車站周邊商業(yè)林立，周邊客流量大，地下商業(yè)開發(fā)價(jià)值顯著，因此，除設(shè)置大型換乘站外還設(shè)計(jì)了大型物業(yè)開發(fā)，并設(shè)置連通道或出入口與周邊商業(yè)無縫對(duì)接。

2 大規(guī)模車站設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

2.1 總體設(shè)計(jì)布局

王家灣站位于武漢市漢陽區(qū)，漢陽大道與龍陽大道交匯處，為4號(hào)線二期工程與3號(hào)線一期工程的“十字換乘車站”，采用“上側(cè)下島十字節(jié)點(diǎn)”換乘形式。3號(hào)線為地下兩層，采用側(cè)式站臺(tái)，4號(hào)線為地下三層，采用島式站臺(tái)，兩線通過地下二層4號(hào)線轉(zhuǎn)換層兼換乘廳實(shí)現(xiàn)站臺(tái)-站臺(tái)便捷換乘。4號(hào)線車站長(zhǎng)234.0 m，最大寬度為68 m；3號(hào)線車站站線長(zhǎng)488.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為44.5 m，車站總建筑面積為65 416 m2(其中包括物業(yè)開發(fā)部分建筑面積為9 667 m2)。物業(yè)開發(fā)位于車站地下一層，其中包括3號(hào)線配線上方區(qū)域及4號(hào)線外掛區(qū)域，與車站公共區(qū)及周邊商業(yè)融會(huì)貫通，大大提高了站點(diǎn)所在王家灣商圈的商業(yè)品質(zhì)和用地效率。

本站共設(shè)置12個(gè)出入口：其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號(hào)5個(gè)出入口為連接站廳層，分別位于交叉路口4個(gè)象限內(nèi)。其他出入口連接物業(yè)開發(fā)。Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ號(hào)出入口為3號(hào)線物業(yè)開發(fā)出入口，Ⅳ號(hào)出入口為4號(hào)線物業(yè)開發(fā)出入口，物業(yè)區(qū)與站廳層公共區(qū)連通，連通處設(shè)置防火卷簾。另外，車站東北角預(yù)留與數(shù)碼港商業(yè)接口，西南角預(yù)留與現(xiàn)代家具廣場(chǎng)商業(yè)接口。

本站共設(shè)置12組風(fēng)亭，2組冷卻塔。其中，2、3、4、5、6、8、11號(hào)風(fēng)亭為車站風(fēng)亭，1、7、9、10、12號(hào)風(fēng)亭為物業(yè)開發(fā)預(yù)留風(fēng)亭；兩線車站合用冷卻塔位于3號(hào)線車站北端9號(hào)風(fēng)亭處，商業(yè)冷卻塔位于3號(hào)線車站南端。

2.2 與市政高架同步規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工

王家灣站是國內(nèi)首例市政高架與地鐵同步設(shè)計(jì)、同步建設(shè)的地上三層地下三層的大型立體交叉交通樞紐工程。地鐵車站與高架橋項(xiàng)目遵循同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)、同步施工的原則。為避免資源浪費(fèi)及重復(fù)占道、破壞路面，確保王家灣地鐵車站與高架橋項(xiàng)目均在2015年年底竣工，通過優(yōu)化地鐵車站各施工作業(yè)面與高架橋橋面架設(shè)的設(shè)計(jì)、施工步序及協(xié)同作業(yè)空間，以及采用特殊的鋼箱梁頂拉架橋工藝，解決了橋梁施工荷載控制地鐵頂板設(shè)計(jì)的難題，解決了市政高架與地鐵交叉施工的相互干擾問題，避免了由于建設(shè)不同步造成的工程浪費(fèi)，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)城市市政與軌道交通和諧共建具有深遠(yuǎn)意義。圖1為王家灣站站域空間關(guān)系圖。

圖1 王家灣站站域空間關(guān)系圖

2.3 首次將預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)用于地下車站交叉換乘廳

王家灣站是漢陽地區(qū)重要的特色換乘站，交叉換乘區(qū)采用了大跨度、高凈空的設(shè)計(jì)方案，頂板凈跨達(dá)到26.6 m×23.1 m。常規(guī)結(jié)構(gòu)型式難以實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)結(jié)構(gòu)的抗裂性、抗?jié)B性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性、施工便利性進(jìn)行論證比較，在地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首次采用大跨度地下預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，是國內(nèi)真正意義上將預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)引入地鐵的首個(gè)地鐵車站。

2.4 高架橋樁基礎(chǔ)與車站結(jié)構(gòu)采用分離式設(shè)計(jì)

王家灣地處商業(yè)中心地帶，考慮地面交通出行，將沿龍陽大道與漢陽大道的高架橋橋墩均設(shè)于路中。為解決高架橋基礎(chǔ)與地鐵車站結(jié)構(gòu)的受力及變形協(xié)調(diào)問題，經(jīng)多方案比選，創(chuàng)造性地提出了隔離墻的概念，通過設(shè)置隔離墻將高架橋結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)與地鐵車站完全脫離，很好地解決了高架橋與地鐵結(jié)構(gòu)的受力及不均勻沉降問題。

3 大規(guī)模車站防火設(shè)計(jì)

大規(guī)模車站設(shè)計(jì)中一個(gè)核心的問題就是滿足消防的要求。根據(jù)《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》的要求，“多線換乘車站共用一個(gè)站廳公共區(qū)，且面積超過單線標(biāo)準(zhǔn)車站站廳公共區(qū)面積2.5倍時(shí)，應(yīng)通過消防性能化設(shè)計(jì)分析，采取必要的消防措施”[4]。通過FDS+Pathfinder軟件分別對(duì)火災(zāi)發(fā)展過程及煙氣控制過程進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)火災(zāi)發(fā)生情況下的車站中人員疏散行動(dòng)時(shí)間進(jìn)行模擬計(jì)算。

3.1 火災(zāi)場(chǎng)景模擬

利用FDS軟件對(duì)火災(zāi)發(fā)展進(jìn)行模擬，驗(yàn)證是否達(dá)到防火的性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)[5]。根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的CAD圖紙以及火災(zāi)場(chǎng)景的設(shè)置情況，建立王家灣站的整體FDS模型[6]，見圖2。

圖2 王家灣站FDS模型

分別設(shè)置了地下一層站廳、地下二層和地下三層站臺(tái)發(fā)生火災(zāi)后的煙氣發(fā)展過程，通過對(duì)有人員活動(dòng)的地面2 m高處的能見度、溫度和CO濃度的結(jié)果分析，確定了各火災(zāi)場(chǎng)景下的煙氣危險(xiǎn)來臨時(shí)間[7]，見表1。

表1 火災(zāi)情況下不同場(chǎng)景危險(xiǎn)來臨時(shí)間

3.2 人員疏散模擬

人員疏散安全研究的具體判定準(zhǔn)則是人員疏散時(shí)間tRSET小于危險(xiǎn)來臨時(shí)間tASET，則疏散是安全的，疏散設(shè)計(jì)合理[8]；反之則不安全，需要修改設(shè)計(jì)?；馂?zāi)中各種時(shí)間關(guān)系如圖3所示。

(1) 疏散場(chǎng)景A：火災(zāi)發(fā)生在地下一層站廳層Ⅱ出口附近[9]。該場(chǎng)景下，Ⅱ號(hào)出入口受到火災(zāi)的影響無法用于人員疏散。地下二層和地下三層的乘客及工作人員通過自動(dòng)扶梯與樓梯疏散到站廳層，然后與地下一層候車乘客及工作人員通過Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號(hào)站廳出口疏散到室外。

圖3 火災(zāi)中各種時(shí)間關(guān)系圖

(2)疏散場(chǎng)景B：火災(zāi)發(fā)生在地下二層站臺(tái)或地下三層站臺(tái)。該場(chǎng)景下，火災(zāi)并未對(duì)疏散路徑造成影響，地下二層和地下三層的乘客及工作人員通過自動(dòng)扶梯與樓梯疏散到站廳層，然后與地下一層候車乘客及工作人員通過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號(hào)出入口疏散到室外。

(3)疏散場(chǎng)景C：火災(zāi)發(fā)生在地下三層4號(hào)線的列車內(nèi)[10]。該場(chǎng)景下，這時(shí)列車緊急?？吭谡九_(tái)旁，列車上所有乘客下到站臺(tái)后與站臺(tái)候車乘客及工作人員通過自動(dòng)扶梯與樓梯疏散到地下一層，然后與地下一層候車乘客及工作人員通過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號(hào)站廳出口疏散到室外。

利用人員疏散軟件Pathfinder對(duì)王家灣站進(jìn)行了人員疏散時(shí)間的計(jì)算與分析，得到3個(gè)疏散場(chǎng)景中各區(qū)域需要的疏散行動(dòng)時(shí)間taction，將疏散行動(dòng)時(shí)間的安全系數(shù)k取為1.5，于是tRSET=+tresp+1.5×taction[11]。其中地鐵火災(zāi)確認(rèn)時(shí)間talarm和人員預(yù)動(dòng)作時(shí)間tresp之和為120 s。通過計(jì)算最終得到3個(gè)疏散場(chǎng)景中的人員疏散出站廳的時(shí)間，結(jié)果如表2所示。

3.3 結(jié)果分析

(1)由于王家灣站內(nèi)可燃物較少，并且站廳具有較大的蓄煙空間，因此當(dāng)站廳公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，車站內(nèi)的人員能在危險(xiǎn)來臨前逃離危險(xiǎn)區(qū)域，能夠保障人員安全疏散。當(dāng)站廳內(nèi)開啟所有排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙后，能夠有效阻止站廳內(nèi)的煙氣蔓延到出入口通道內(nèi)。

表2 不同火災(zāi)場(chǎng)景下人員疏散所需時(shí)間

(2)由于王家灣站內(nèi)可燃物較少，并且站臺(tái)具有較大的蓄煙空間，因此當(dāng)站臺(tái)公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，車站內(nèi)的人員能在危險(xiǎn)來臨前逃離危險(xiǎn)區(qū)域，能夠保障人員安全疏散。當(dāng)開啟站臺(tái)所有排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙后，能夠保證站廳到站臺(tái)的樓扶梯口處具有不小于1.5 m/s 的向下氣流，有效阻止站臺(tái)內(nèi)的煙氣蔓延到站廳內(nèi)。

(3)當(dāng)列車發(fā)生火災(zāi)行駛到王家灣站時(shí)，且當(dāng)隧道排煙風(fēng)機(jī)有效動(dòng)作時(shí)，具有較大排風(fēng)量，能有效阻止煙氣蔓延到上一層，可以保障初期火災(zāi)的人員安全疏散；當(dāng)隧道排煙風(fēng)機(jī)失效時(shí)，由于火災(zāi)功率較大及列車人數(shù)較多，部分人員的疏散安全無法保證，因此，地鐵運(yùn)營管理部門應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)排煙系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)，使得火災(zāi)時(shí)可以有效動(dòng)作。

(4)按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)以及本報(bào)告提出的消防性能化措施，武漢地鐵王家灣站在發(fā)生較為不利的火災(zāi)時(shí)，站內(nèi)人員能夠在危險(xiǎn)來臨前疏散到安全區(qū)域，其消防設(shè)計(jì)能夠滿足人員安全疏散的要求。

4 結(jié)語

大規(guī)模地鐵車站的建設(shè)能夠在有限的土地上最大限度地集約化利用土地，充分開發(fā)地下空間[12]。不同車站需要根據(jù)實(shí)際建設(shè)情況調(diào)整設(shè)計(jì)方案，本文以武漢地鐵王家灣站為例，為大規(guī)模地鐵車站的建設(shè)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。