跨江臨界條件下長大區(qū)間風(fēng)井設(shè)置研究

趙 陽

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043）

1 項(xiàng)目概況

南寧地鐵 5 號線為聯(lián)系南寧市西南—東北方向的輔助線，線路先后途徑江南片區(qū)、江北片區(qū)、金橋片區(qū)、三塘片區(qū)，規(guī)劃線路全長 32.5 km[1]。全線分兩期建設(shè)，一期工程由那洪至金橋客運(yùn)站，全長 20.214 km，設(shè)站17座且全部為地下站。線路在旱塘至新陽路區(qū)間穿越邕江（圖 1），站間距 2 271 m，屬長大區(qū)間。由于本線采用最高 80 km/h 的設(shè)計(jì)速度，初設(shè)階段經(jīng)測算后上下行運(yùn)行時間超過 2 min（車站中心至車站中心）[2]，存在區(qū)間中同時出現(xiàn) 2 列車的可能性，按設(shè)置區(qū)間風(fēng)井方案進(jìn)行考慮。鑒于區(qū)間風(fēng)井投資較大（約 4 000 萬元）且邕江兩岸建筑密集、道路狹窄，因此施工圖設(shè)計(jì)階段有必要從線路、行車、環(huán)控、建筑、結(jié)構(gòu)等角度，重新對設(shè)置區(qū)間風(fēng)井的必要性和可行性進(jìn)行綜合研究。

圖1 5 號線一期工程跨邕江段線路平面示意圖

2 線站位方案穩(wěn)定性分析

線路在旱塘至新陽路區(qū)間穿過邕江，其中旱塘站位于邕江以南五一中路南側(cè)空地內(nèi)，與規(guī)劃地鐵 6 號線節(jié)點(diǎn)換乘，新陽路站位于江北新陽路與明秀西路路口，與規(guī)劃地鐵 7 號線換乘，并根據(jù)線網(wǎng)資源共享方案設(shè)置聯(lián)絡(luò)線。線路出旱塘站后即下穿多層住宅小區(qū)，隨后穿越邕江進(jìn)入明秀西路，最終行至新陽路路口到達(dá)新陽路站。經(jīng)過分析，2 座車站均為換乘站，站位穩(wěn)定；線路在該段也已盡量取直，2 座車站中心直線距離S= 2 242 m，實(shí)際距離L= 2 271 m，繞行系數(shù)僅為 1.01（L/S）[3]。綜上所述，該段線站位方案穩(wěn)定，站間距已基本無進(jìn)一步縮小的可能。

縱斷面方面，旱塘站為地下 2 層站，線路自旱塘站出站后，先以 29‰（850 m）、5‰（250 m）的下坡到達(dá)線路最低點(diǎn)，隨后以 24‰（930 m）的坡度爬升至新陽路站，車站仍為地下 2 層。區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)距現(xiàn)狀江底最小凈距 9.30 m，其中邕江百年沖刷深度 2.99 m[4]，另外下穿南寧市自行車總廠家屬區(qū)、地寶小區(qū)等居民樓處，隧道結(jié)構(gòu)距小區(qū)基礎(chǔ)凈距為 9～22 m。鑒于目前 2 座車站均為地下 2 層，且下穿邕江處扣除沖刷僅6.31 m，約等于 1 倍隧道直徑，因此縱斷面已基本為最優(yōu)方案。

3 列車運(yùn)行參數(shù)

3.1 車輛選型及列車編組

本線列車采用鋼輪鋼軌 B 型車，初、近、遠(yuǎn)期均為6 輛編組，動力配置為 4 動 2 拖，列車長度 120 m，站立標(biāo)準(zhǔn)為 5 人/m2。

3.2 列車最高運(yùn)行速度

列車最高運(yùn)行速度為 80 km/h，在正常運(yùn)行狀態(tài)下，車輛技術(shù)條件可以滿足列車以該速度在區(qū)間連續(xù)運(yùn)行，80 km/h 可作為正常運(yùn)行速度。土建、軌道、限界、設(shè)備系統(tǒng)等各相關(guān)設(shè)計(jì)均需滿足 80 km/h 運(yùn)營速度要求。但實(shí)際運(yùn)營與設(shè)計(jì)之間難免有差別，為給列車實(shí)際運(yùn)行調(diào)整留有余量，非趕點(diǎn)運(yùn)行的列車正常最高運(yùn)行速度一般宜取 75 km/h，故本次最高限速取值分別按 80 km/h 和75 km/h 考慮。

3.3 行車間隔

一期工程初、近期全線采用 1 個大列車運(yùn)行交路，即那洪—金橋客運(yùn)站；遠(yuǎn)期全線采用大、小交路套跑方案，大交路為那洪—四塘站，小交路為旱塘—九曲灣。系統(tǒng)規(guī)模按高峰小時開行 30 對列車，列車最小行車間隔為 2 min。

3.4 旱塘—新陽路區(qū)間運(yùn)行時分

在正常滿載運(yùn)行情況下（AW2），當(dāng)最高限速為 80 km/h 時，兩站站中心里程之間的行車上下行運(yùn)行時間分別為 127 s、128 s；最高限速為 75 km/h 時，上下行運(yùn)行時間均為 133 s。

4 區(qū)間風(fēng)井設(shè)置必要性分析

4.1 區(qū)間風(fēng)井設(shè)置原則

根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范，當(dāng)列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)背著乘客主要疏散方向組織排煙，乘客迎著新風(fēng)方向疏散。為便于有效組織排煙，需保證在區(qū)間隧道端頭的活塞風(fēng)井之間不出現(xiàn) 2 列車的情況；若出現(xiàn) 2 列車的情況，則需設(shè)置區(qū)間風(fēng)井[5]。

在事故狀態(tài)下，為了保證區(qū)間在發(fā)生火災(zāi)或阻塞時，區(qū)間能夠有效地組織排煙及通風(fēng)，需滿足：

（1）下行線前行列車車尾駛出旱塘站大里程端活塞風(fēng)孔前，后行列車車頭不能駛?cè)胄玛柭氛拘±锍潭嘶钊L(fēng)孔；

（2）上行線前行列車車尾駛出新陽路站小里程端活塞風(fēng)孔前，后行列車車頭不能駛?cè)牒堤琳敬罄锍潭嘶钊L(fēng)孔。

若不能滿足上述 2 種情況，則均需設(shè)置區(qū)間風(fēng)井。

4.2 區(qū)間風(fēng)井設(shè)置必要性

根據(jù)初步設(shè)計(jì)階段車站方案，區(qū)間兩端活塞風(fēng)孔位置分別位于CK18+243（旱塘站大里程端）、CK20+363（新陽路站小里程端），風(fēng)孔間距 2 120 m，經(jīng)模擬牽引計(jì)算分析后，上下行方向情況如下。

（1）上行方向（旱塘站—新陽路站）最為不利的情況如圖 2 所示（最高速度取 75 km/h）。若前行列車發(fā)生火災(zāi)后，列車尾部運(yùn)行至新陽路站風(fēng)孔（YCK20+363）位置一停車，此時后行列車中心在位置二（YCK18+236），速度為 39.10 km/h。根據(jù)信號專業(yè)提供列車信息系統(tǒng)更新間隔時間為 3～5 s[6]，本次按 3 s系統(tǒng)刷新時間核算（即 3 s 后才能收到前車故障信息），3 s 后后行列車中心運(yùn)行至位置三（YCK18+271），速度為 45.36 km/h。在該處后行列車檢測到隧道區(qū)間阻塞后制動停車，實(shí)施常用制動停車后，后車中心停在位置四（YCK18+370），位置四列車位于 2 個風(fēng)孔之間，列車頭部已越過旱塘站風(fēng)孔（YCK18+243）187 m，兩站活塞風(fēng)孔之間存在 2 列車。

（2）下行方向（新陽路站—旱塘站）最為不利的情況如圖 3 所示（最高速度取 75 km/h）。如前行列車發(fā)生火災(zāi)后，列車尾部運(yùn)行至旱塘站風(fēng)孔（ZCK18+243）位置一停車，此時后行列車中心在位置二（ZCK20+369），速度為 37.9 km/h。根據(jù)信號專業(yè)提供列車信息系統(tǒng)更新間隔時間為 3～5 s，本次按 3 s系統(tǒng)刷新時間核算（即 3 s 后才能收到前車故障信息），3 s 后后行列車中心運(yùn)行至位置三（ZCK20+334），速度為 47.5 km/h。在該處后行列車檢測到隧道區(qū)間阻塞后制動停車，實(shí)施常用制動后后車中心停在位置四（ZCK20+238），位置四列車位于風(fēng)井區(qū)間內(nèi)，列車頭部已越過新陽路站風(fēng)孔（ZCK20+363）185 m，兩站活塞風(fēng)孔之間存在 2列車。

綜上所述，上下行方向在最不利情況下均存在相鄰兩活塞風(fēng)孔之間存在 2 列車的情況，需要設(shè)置區(qū)間風(fēng)井以滿足火災(zāi)工況排煙要求[7]。

5 取消區(qū)間風(fēng)井方案研究

目前旱塘—新陽路區(qū)間線站位穩(wěn)定，線路平面已盡量取直，站間距無法繼續(xù)縮小。如需拉近車站兩端活塞風(fēng)孔距離只能從加長車站、縮減區(qū)間長度入手。主要研究思路有 2 種，即將旱塘站大里程端活塞風(fēng)孔向新陽路站移動，或?qū)⑿玛柭氛拘±锍潭嘶钊L(fēng)孔向旱塘站移動。

5.1 旱塘站活塞風(fēng)孔北移

旱塘站為地下 2 層島式車站，南側(cè)設(shè)單渡線，車站主體部分長 256 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.1 m，位于五一中路南側(cè)地塊內(nèi)并采用明挖工法（圖 4）。該地塊周邊情況較為復(fù)雜，其中南側(cè)為陡坡，坡頂距車站所在位置高差達(dá) 30 m，北側(cè)緊鄰的五一中路為邕江南側(cè)主要交通干道，道路紅線寬50 m，現(xiàn)狀已達(dá)紅線寬度，車流、人流均較大，尤其早晚高峰擁堵現(xiàn)象較為突出[8]。目前，旱塘站北側(cè)結(jié)構(gòu)已緊貼道路紅線，施做圍護(hù)結(jié)構(gòu)時甚至需要占用部分既有人行道，車站若北移將對交通導(dǎo)改造成較大困難。另外根據(jù)管線資料，該段五一路下方雨污水管線密布，其中有 4 條埋深在 2.8～5 m、直徑大于 1 m 的混凝土雨污水重力管，遷改十分困難。經(jīng)過綜合分析，車站已無繼續(xù)北移可能，即無法移動旱塘站大里程端活塞風(fēng)孔。

5.2 新陽路站活塞風(fēng)孔南移

5.2.1 車站方案

根據(jù)行車專業(yè)對最高限速分別按 80 km/h 和 75 km/h上下行進(jìn)行模擬牽引計(jì)算后的結(jié)果，若取消區(qū)間風(fēng)井，則新陽路站南側(cè)活塞風(fēng)孔需要向旱塘站移動的最小距離如表 1 所示。

圖2 上行方向最不利場景示意圖

圖3 下行方向最不利場景示意圖

圖4 旱塘站車站總平面圖

考慮為實(shí)際運(yùn)營提供一定的余量，故從行車角度建議按較不利條件考慮[9]，即按最高限速 75 km/h 考慮，若取消區(qū)間風(fēng)井，建議新陽路站風(fēng)孔向旱塘站至少移動240 m。

為不影響與規(guī)劃 7 號線換乘的便捷性，5 號線新陽路站在向南加長車站輪廓時保持原站臺位置不變，有效站臺中心里程仍為YCK20 + 437.534，將 5 號、7 號線聯(lián)絡(luò)線由東北象限調(diào)整為東南象限，原車站北側(cè)單渡線配合聯(lián)絡(luò)線的使用相應(yīng)調(diào)整至南側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)車站大小端的對調(diào)[10]（圖5）。車站起點(diǎn)里程為 YCK20 +102.224，終點(diǎn)里程為 YCK20+537.134，總長度為434.20 m，總建筑面積為 24 899.63 m2；其中車站主體 19 148.70 m2，車站附屬面積 5 750.93 m2。主體需拆遷 1 棟 2 層沿街門面房、1 棟 4 層郵政生產(chǎn)樓、1 棟 7 層辦公樓及寧秀加油站，總拆遷面積為6 417.75 m2。

本站設(shè) 7 個出入口、3 組風(fēng)亭、1 組冷卻塔、1 個緊急疏散口。Ⅰ～Ⅳ號為地鐵出入口，Ⅴ～Ⅶ號為物業(yè)出入口。

5.2.2 交通疏解方案

車站加長前交通疏解分 2 期，無鋪蓋，車站主體一次圍擋，施工方便，工期較短。加長后車站主體部分進(jìn)入明秀西路，受道路較窄且車流量較大的影響，交通疏解分4 期，其中主體結(jié)構(gòu)分 4 部分，須分段進(jìn)行圍擋施工（圖 6），另外有 3 段鋪蓋（包括半幅鋪蓋倒邊施工），施工難度與風(fēng)險(xiǎn)加大，施工組織困難，工期延長。

5.2.3 管線遷改方案

該方案隔斷了沿新陽路由西向東的雨污水管線，包括埋深 3.5 m 左右混凝土 2 000 mm×1 700 mm 雨水管和D1 200 mm 雨水渠以及污水管。若沿車站端部繞行路由過長，坡度無法滿足要求，只能從車站上方通過。車站主體頂板覆土3.5 m 左右，再考慮車站頂板防水層以及防水層保護(hù)層厚度等，與管線埋深沖突。需調(diào)整線路縱剖，將車站埋深加深至少 1 m 以上。本站素填土較厚[11]，基坑加深將進(jìn)一步增加施工風(fēng)險(xiǎn)。

5.3 投資對比

經(jīng)計(jì)算，若考慮取消區(qū)間風(fēng)井，將新陽路車站加長 240 m 后，車站總造價增加約 1.143 億元。區(qū)間長度則由原方案的 2 090 m 變?yōu)?1 840 m，加之取消了區(qū)間風(fēng)井，土建費(fèi)用減少 7 602.78 萬元。車站加長前后該區(qū)間總造價對比見表 2。

經(jīng)過比較，通過加長車站的方法取消區(qū)間風(fēng)井后土建總投資反而增加約 3 825.13 萬元，經(jīng)濟(jì)性較差，且車站交通疏解、管線遷改難度增加，因此推薦車站維持原方案，并保留該區(qū)間風(fēng)井。

6 風(fēng)井選址方案研究

根據(jù) GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第 13.2.10 條要求：“當(dāng)需要設(shè)置區(qū)間通風(fēng)道時，通風(fēng)道應(yīng)設(shè)于區(qū)間隧道長度的 1/2 處，困難情況下，其距車站站臺端部的距離可移至不小于該區(qū)間隧道長度的 1/3 處，但不宜小于 400 m”。經(jīng)過測算，本段區(qū)間 1/2 位置基本位于邕江中心處，不具備實(shí)施條件。距旱塘、新陽路站端不小于區(qū)間隧道 1/3 長度，即約 700 m 的位置也基本位于邕江江面范圍，亦無法設(shè)置區(qū)間風(fēng)井。因此，只能在距旱塘及新陽路站站端 400～700 m 的范圍內(nèi)對區(qū)間風(fēng)井的位置進(jìn)行選擇。

表1 新陽路站風(fēng)孔向旱塘站移動距離 m

圖5 新陽路站活塞風(fēng)孔南移 240 m 后車站總平面圖

圖6 交通疏解方案（一期）示意圖

6.1 旱塘站大里程端 400～700 m 范圍內(nèi)設(shè)風(fēng)井

旱塘站大里程端區(qū)間在 400～700 m 范圍內(nèi)均在既有住宅小區(qū)下方走行（圖 7），選址困難且基本不具備工程實(shí)施條件。因此不考慮在該范圍內(nèi)設(shè)置風(fēng)井。

6.2 新陽路站小里程端 400～700 m 范圍內(nèi)設(shè)風(fēng)井

區(qū)間出新陽路站小里程端后向南約 500 m 均沿明秀西路走行，受道路條件限制亦無法設(shè)置區(qū)間風(fēng)井；繼續(xù)向南進(jìn)入邕江二橋橋頭綠化帶內(nèi)，該綠帶長 200 m，寬20～30 m，場地開闊，施工條件較好，距離新陽路站站端約 600 m，滿足規(guī)范要求，經(jīng)過綜合比選后推薦在該綠化帶內(nèi)設(shè)置區(qū)間風(fēng)井（圖 8）。

旱塘站—新陽路站區(qū)間中心里程為YDK19+754.448，與 3# 聯(lián)絡(luò)通道合建，聯(lián)絡(luò)通道中心里程為YDK19+753.148。主體豎井為地下 5 層結(jié)構(gòu)，外包尺寸16.20 m×26.15 m，主體基坑深度約 36.15 m；附屬部分為地下 2 層結(jié)構(gòu)，外包尺寸 38.89 m×9.50 m，基坑深度約16.38 m，設(shè)置 1 組高風(fēng)亭[12]。

表2 新陽路站加長前后總造價變化對比 萬元

圖7 旱塘站北側(cè)區(qū)間穿越小區(qū)情況

圖8 旱塘站—新陽路站區(qū)間線路平縱斷面及區(qū)間風(fēng)井位置示意圖（單位：m）

7 結(jié)論

通過上述對旱塘—新陽路區(qū)間的研究，區(qū)間風(fēng)井的設(shè)置是必要且可行的。對于一個長大區(qū)間是否需要設(shè)置區(qū)間風(fēng)井，應(yīng)至少從如下幾個方面進(jìn)行充分論證。

（1）線路平縱方案應(yīng)為最優(yōu)，即平面應(yīng)盡量取直以縮短區(qū)間長度。另外若線路下穿河流或鐵路、公路等控制點(diǎn)，縱斷面應(yīng)在滿足工程安全的前提下盡量減小埋深[13]，以盡量避免出現(xiàn)深基坑并可減少工程投資。

（2）對于是否需要設(shè)置區(qū)間風(fēng)井的評判標(biāo)準(zhǔn)不能僅依據(jù)相鄰車站間運(yùn)行時間是否超過遠(yuǎn)期列車最小追蹤間隔判斷，還要精確分析事故工況時前車恰好阻塞活塞風(fēng)孔、后車收到信號并采取制動直到完全停止的全過程中是否出現(xiàn)車站風(fēng)孔之間存在 2 列車的情況。如有，則必須設(shè)置區(qū)間風(fēng)井。

（3）如出現(xiàn)深埋風(fēng)井或風(fēng)井選址困難的情況，可采取適當(dāng)加長車站的方法縮減區(qū)間長度，以達(dá)到取消風(fēng)井的目的。但要注意從車站使用功能、拆遷、交通疏解等多方面進(jìn)行綜合比選分析，避免因取消風(fēng)井產(chǎn)生新的問題。