同步實(shí)施地鐵三線換乘車站結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)

【摘 要】成都地鐵首座立體三線換乘車站——太平園站的結(jié)構(gòu)在非常困難的外部條件下同步實(shí)施完成。本站涵蓋的地鐵施工的工法有明挖和蓋挖法。實(shí)施過程中對220 kV電力隧道的托換、保護(hù)措施的設(shè)計(jì)，與市政橋梁的同步設(shè)計(jì)和實(shí)施以及35 kV電纜通道的設(shè)計(jì)等方面更是在地鐵設(shè)計(jì)中較為少見，為將來的地鐵建設(shè)提供了極有價值的參考。

【關(guān)鍵詞】三線換乘車站; 220 kV電力隧道; 蓋挖法; 市政橋梁; 35 kV電力隧道

【中圖分類號】U231.4【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

成都地鐵太平園站為3號、7號、10號線立體交叉換乘車站，也是成都已實(shí)施完成并通車的首座立體三線換乘車站。車站位于佳靈路與武陽大道交匯十字路口，3號、10號線車站走向?yàn)槟媳毕?，分別布置在佳靈路兩側(cè)，7號線車站走向?yàn)闁|西向，布置在武陽大道南側(cè)。3號線為地下兩層島式站臺車站，10號線為地下兩側(cè)側(cè)式站臺車站，7號線為地下三層島式站臺車站。3號、7號、10號線車站總體布置為“H”型。車站地處川西平原岷江水系Ⅰ級階地，為沖洪積地貌，地形平坦，地面高程變化為500.47～502.52 m，絕對高差為2.05 m。車站周邊無地表水系流過，地下水賦存于卵石層中，對車站工程基本影響較大，地下水及場地土對混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。車站范圍內(nèi)主要為主干道、居民房屋等。車站西側(cè)為老川藏跨線橋及220 kV斷面為2 200 mm×2 000 mm的鋼筋混凝土電力隧道，車站東側(cè)為加油站（圖1）。

在車站范圍內(nèi)存在三條既有220 kV電力隧道。該電力隧道沿佳靈路方向?yàn)? 200 mm×2 000 mm矩形混凝土框，埋深3.8～4.0 m，橫跨3號、10號線車站換乘廳;沿武陽大道方向?yàn)閮蓷l2 200 mm×2 000 mm矩形混凝土框，埋深5～6 m，縱向侵入7號線車站的局部地下一層。經(jīng)與電力部門協(xié)調(diào)，由于電力隧道內(nèi)電纜數(shù)量眾多且承載成都市的重要供電，要求車站實(shí)施過程中供電不能中斷也不能鑿除矩形混凝土框。本車站設(shè)計(jì)時，要重點(diǎn)考慮在保護(hù)電力隧道及交通通行正常情況下如何實(shí)施車站結(jié)構(gòu)（圖2）。

1 采用蓋挖頂板對220 kV電力隧道進(jìn)行保護(hù)

220 kV電力隧道體量很大，保護(hù)要求較高，采用普通的懸吊保護(hù)措施難以滿足電力部門要求，經(jīng)綜合研究，電力隧道范圍車站結(jié)構(gòu)采用蓋挖順作法施工，通過蓋挖頂板承托電力隧道實(shí)現(xiàn)對其保護(hù)。為保證蓋挖頂板的實(shí)施以及車站內(nèi)柱網(wǎng)的規(guī)整，結(jié)構(gòu)柱在電力隧道范圍外，采用永久鋼管柱一次性形成永久受力結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)柱在電力隧道范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮先期在可施作的范圍做臨時鋼管柱，待后期頂板形成后，通過由下至上順作混凝土永久柱替換臨時鋼管柱。在臨時鋼管柱使用期間，結(jié)構(gòu)跨度較大，同時還需保證車輛通行，局部蓋挖頂板范圍采用輕型的泡沫混凝土減輕頂板上部荷載以保證結(jié)構(gòu)受力（圖3～圖6）。

蓋挖頂板施工期間對電力隧道采用型鋼梁進(jìn)行臨時保護(hù)。在電力隧道兩側(cè)2 m處設(shè)置1.5 m×1.5 m×1 m混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)作為臨時支撐。車站頂板采用分段同步施工，分兩次澆筑頂板，頂板分段長度為3.5 m。板與板之間電力隧道下設(shè)置I50c工字鋼作為臨時支撐，工字鋼置于混凝土基礎(chǔ)上。支撐寬度為4 m。每支撐范圍內(nèi)設(shè)置兩榀工字鋼，工字鋼支撐間原土保留。原土與工字鋼同時起臨時支撐作用（圖7）。

2 車站與規(guī)劃橋梁同步設(shè)計(jì)，同體工程同步施工

在位于佳靈路方向的10號線車站范圍，需預(yù)留市政橋梁的實(shí)施條件。佳靈路道路總寬50 m，為盡量避免對車站的影響，在佳靈路方向橋梁跨度設(shè)計(jì)為45 m+67 m+45 m，有一處墩柱位于3號、10號線車站的換乘廳中（圖8、圖9）。

由于是67 m處為大跨主橋墩，墩柱的尺寸為2.5 m×2.5 m，橋墩荷載也較大。該墩柱與車站結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆一起共同受力，同時車站結(jié)構(gòu)和橋墩的位置關(guān)系比較復(fù)雜，橋梁結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)分別為兩套計(jì)算體系，為確保受力合理，計(jì)算準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)采用兩套計(jì)算理論對上部橋梁結(jié)構(gòu)和地下車站結(jié)構(gòu)合在一起的整體三維模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析（圖10）。

經(jīng)過計(jì)算分析得出在標(biāo)準(zhǔn)組合、結(jié)構(gòu)規(guī)范組合、橋梁規(guī)范組合下的地鐵車站結(jié)構(gòu)受力及變形，詳見表1、表2。

通過對結(jié)構(gòu)規(guī)范及橋梁規(guī)范的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，選擇內(nèi)力包羅圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配筋，做到車站及橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、安全。

3 三線共用的35 kV電纜通道設(shè)計(jì)方案

紅牌樓南主變電所負(fù)責(zé)對地鐵3號、7號、10號線共3條線路供電，需要敷設(shè)的電纜較多，主變電所距離太平園站800 m左右，電纜通道的設(shè)置方案不合理將會對城市道路規(guī)劃及城市環(huán)境造成較大影響。經(jīng)過和規(guī)劃部門的反復(fù)研究和溝通，最終確定電纜通道的設(shè)置原則：

（1）為提高地鐵運(yùn)營的安全性、可靠性和方便后期的維護(hù)檢修，減少對地下市政管線布置的影響，地鐵電纜通道盡量采用能夠起到綜合管廊作用的電力隧道，埋深比普通管線略深，并根據(jù)現(xiàn)狀及規(guī)劃預(yù)留地下管線的需求和地下建、構(gòu)筑物的情況調(diào)整電力隧道的埋深和坡度。

（2）為減少對地下空間的占用，在條件具備的地段盡量利用地鐵車站或區(qū)間隧道敷設(shè)電纜，不再單獨(dú)修建電力隧道。

（3）電力隧道的平面布置及風(fēng)亭的布置要充分考慮對地下管線及規(guī)劃道路的影響，并從長遠(yuǎn)角度預(yù)留道路拓寬的條件。

（4）風(fēng)亭的數(shù)量應(yīng)盡量少，減少對地面景觀及規(guī)劃的影響。

根據(jù)3條線路的建設(shè)工期安排，地鐵3號線計(jì)劃2016年4月開通，地鐵10號線計(jì)劃2017年10月開通，地鐵7號線計(jì)劃2017年12月開通。根據(jù)太平園站現(xiàn)場的施工條件及各線工籌安排，先施工3號線部分車站結(jié)構(gòu)，后施工7號線車站部分，最后施工10號線車站及明挖區(qū)間部分。

結(jié)合電纜通道的布置原則、主變電所到太平園站的周邊環(huán)境、3條線路太平園站及區(qū)間的布置和各條線路的建設(shè)及開通工期來綜合研究確定3條線路的電纜敷設(shè)路徑如下，詳見圖11。

（1）3號線是最先開通的線路，且和7號、10號線工期相差較多，故電纜通道的布置首先要考慮3號線的接入。根據(jù)主變電所和3號線太平園站之間的周邊環(huán)境，將電力通道設(shè)置在沿鐵路西環(huán)線路基外側(cè)的空地范圍，至核桃堰路后沿路側(cè)敷設(shè)，至佳靈路后加深埋深通過頂管下穿既有市政通道及地下管線，然后通過垂直豎井接入已修建完成的地鐵3號線區(qū)間，電纜進(jìn)入3號線區(qū)間后通過區(qū)間隧道敷設(shè)，直至進(jìn)入車站的變電所設(shè)備房。

（2）10號線比3號線工期稍晚，但上面確定的電力隧道上跨10號線明挖區(qū)間，故在10號線的電纜同樣在上述電力隧道敷設(shè)至10號線明區(qū)間上方后，再既有電力隧道側(cè)邊開口接入10號線明挖區(qū)間，然后沿10號線明挖區(qū)間接入10號線車站，并通過10號線站臺板下空間接入10號線變電所設(shè)備房。

（3）7號線開通最晚，且7、10號線之間的聯(lián)絡(luò)線和10號線土建同步完成，故7號線的電纜和10號線的敷設(shè)方式完全相同，通過電力隧道、10號線明挖區(qū)間及10號線車站站臺板下空間敷設(shè)至10號線車站的7、10號線聯(lián)絡(luò)線洞口，然后再通過聯(lián)絡(luò)線接入7號線，最終接入7號線變電所設(shè)備房。

太平園站涉及到3條線路的35kV電纜通道的布置方式，充分遵循了地鐵電纜通道的布置原則，最大限度的節(jié)約了工程投資和減少對城市規(guī)劃及道路地下空間的影響，充分考慮了地鐵電纜運(yùn)營期間維護(hù)和檢修的方便，同時電力隧道的方案有以下難點(diǎn)及創(chuàng)新。

3.1 35 kV供電電纜通過地鐵正線區(qū)間接入

為了減少對地下空間的占用，電力隧道路徑選擇最短且對規(guī)劃影響最小的路徑，同時到達(dá)地鐵3號線已完工的左、右線正線區(qū)間隧道后，在兩線隧道之間新增豎井然后設(shè)置橫通道分別接入左、右線區(qū)間隧道。該電纜通道接入方式為成都地鐵首次采用，前提是結(jié)合正線隧道內(nèi)的管線綜合布置充分考慮35 kV電纜在正線隧道內(nèi)的敷設(shè)方案，以免影響正線隧道的限界。由于正線隧道已經(jīng)實(shí)施，為了確保既有隧道的安全，在隧道上方一定范圍采取了注漿加固措施和在隧道內(nèi)部采取了一定的臨時支撐加固措施，詳見圖12。

3.2 頂管法施工過佳靈路段電力隧道

電力隧道通過佳靈路段，由于道路范圍有老川藏立交、市政下穿道、200 kV電力隧道，各種直徑和埋深的雨、污水管以及3號線既有區(qū)間隧道，實(shí)施條件困難，經(jīng)綜合比選后采用頂管法施工該段隧道，且頂管接收井和左、右線之間的豎井結(jié)合布置，詳見圖13。

3.3 隧道通風(fēng)模式及風(fēng)井的布置

以往的地鐵電力隧道采用自然通風(fēng)或類似地鐵模式的機(jī)械通風(fēng)，但采用自然通風(fēng)模式時風(fēng)亭需要60 m左右設(shè)置一個，對市政道路及規(guī)劃的影響非常大，采用地鐵模式的機(jī)械通風(fēng)時，需要設(shè)置單獨(dú)的風(fēng)機(jī)房，工程規(guī)模大且設(shè)置條件困難。該電力隧道的設(shè)置充分考慮了上述問題，借鑒了市政電力隧道的機(jī)械通風(fēng)模式，也就是在風(fēng)亭頂部采用小型臥式安裝的軸流風(fēng)機(jī)，這樣風(fēng)亭的間距就可以達(dá)到200 m，且其中1/2的風(fēng)亭設(shè)置風(fēng)機(jī)排風(fēng)，剩余1/2作為進(jìn)風(fēng)亭自然進(jìn)風(fēng)即可。該電力隧道共設(shè)置了4個風(fēng)亭，2臺風(fēng)機(jī)，大大減小了對市政道路及規(guī)劃的影響，節(jié)省了工程投資。風(fēng)機(jī)采用實(shí)測隧道溫度進(jìn)行控制，隧道溫度大于40 ℃開啟風(fēng)機(jī)通風(fēng)，低于35 ℃關(guān)閉風(fēng)機(jī)，大大改善了夏季隧道內(nèi)供電電纜的運(yùn)行環(huán)境。為方便現(xiàn)場檢修，風(fēng)機(jī)附近設(shè)置就地控制箱，可就地檢查設(shè)備狀態(tài)和方便進(jìn)入隧道內(nèi)部巡視前開啟風(fēng)機(jī)以改善隧道內(nèi)空氣環(huán)境，詳見圖14。

4 結(jié)束語

太平園站是成都地鐵首座立體三線換乘車站，周邊環(huán)境復(fù)雜，實(shí)施條件極為困難，本文僅選取以往在成都地鐵沒有遇到過的情況進(jìn)行介紹，提出了很多有價值的設(shè)計(jì)思路及建議，為以后成都地鐵類似工程的設(shè)計(jì)提供了很好的參考。

[定稿日期]2021-04-15

[作者簡介]喻濤（1981～），男，本科，高級工程師，從事結(jié)構(gòu)方面設(shè)計(jì)及研究的技術(shù)工作。