矩形頂管通道在天津軌道交通中應(yīng)用與分析

李朋輝

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300073）

0 引言

天津軌道交通線路逐漸成網(wǎng)，成為居民出行的首選，發(fā)揮了公共交通的骨干作用，逐漸實(shí)現(xiàn)綠色、低碳出行。隨著建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，越來越多的中心城區(qū)外圍的車站建設(shè)提上日程，天津中心城區(qū)外圍區(qū)域道路多為城市快速路及高度公路，這些城市快速路及高速公路的寬度普遍較寬，有些道路紅線寬度達(dá)到60～100m，城市外圍區(qū)域乘客的過街通行需求也愈發(fā)迫切。隨著軌道交通建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，堅(jiān)持“以人民為中心”的發(fā)展理念是做好新建軌道交通工程、提升既有軌道工程服務(wù)水平的關(guān)鍵。矩形頂管通道技術(shù)愈發(fā)成熟并在軌道交通行業(yè)內(nèi)得到普遍應(yīng)用，越來越多頂管通道的實(shí)施應(yīng)用解決了居民出行的難題。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

天津某工程北起北辰區(qū)小街，南至東麗區(qū)民航大學(xué)，為城區(qū)西北至東南方向的軌道交通骨干線，正線全長41.4km，設(shè)32 座車站，均為地下線。該工程為天津市軌道交通骨干線，線路穿越天津市主城區(qū)，起到聯(lián)系南北城區(qū)的作用。該工程在越過天津中心城區(qū)中環(huán)的東西半環(huán)后，工程北段部分主要沿著京津公路敷設(shè)，南段部分主要沿著津?yàn)I大道敷設(shè)。依據(jù)《天津市城市總體規(guī)劃（2005—2020 年）》的中心城市道路交通規(guī)劃，京津公路、津?yàn)I大道為城市快速道路，道路寬度一般為60～100m，車流量大，地面以下市政管線繁多，且有不少大直徑埋深較大管線，車站只能選擇施工條件較好一側(cè)設(shè)置，對(duì)道路另一側(cè)的客流服務(wù)水平就有所下降。為解決上述難題，如果實(shí)現(xiàn)出入口通道對(duì)城市快速道路的穿越就變得尤為迫切。

1.2 頂管工法的選擇

在國內(nèi)各大城市，為更好服務(wù)居民，實(shí)現(xiàn)地鐵過街口及地下通道功能，例如，北京長安街下設(shè)置27 座過街地道，不僅為居民提供通行便利，還為長安街景觀提升做出了突出貢獻(xiàn)。受制于長安街的重要性，過街通道并未采用傳統(tǒng)的明挖法施工，而是采用技術(shù)復(fù)雜、難度大且對(duì)地層要求高的“淺埋暗挖法”修建。

但由于天津市地處渤海灣地區(qū)，為典型的沖、洪積平原地形，屬于陸海相交互沉積軟弱地層，地下水埋藏較淺，并不適合采用“淺埋暗挖法”，如采用傳統(tǒng)明挖法施工，則需要中斷交通、遷改大量市政管線，社會(huì)影響極大。

施工過街通道最大的困難是“交通”和“管線”。過街通道如采用傳統(tǒng)明挖施工，一般會(huì)翻交分段施工，即將橫穿道路的通道沿縱向分成幾個(gè)施工區(qū)段，在未施工區(qū)段可維持地面交通，但在津?yàn)I大道、京津路處如此施工將會(huì)對(duì)津?yàn)I高速上下行車輛造成很大影響。另外，過街通道施工時(shí)必須將通道上方的市政管線先行搬遷，而且管線切改必須結(jié)合道路翻交同時(shí)進(jìn)行；市政管線的搬遷一般會(huì)涉及多個(gè)權(quán)屬單位，各單位間協(xié)調(diào)工作復(fù)雜且搬遷費(fèi)用昂貴，某些管線的搬遷工作往往受到一些客觀因素的影響，遲遲不能進(jìn)行，乃至影響總工期。明挖法施工的優(yōu)勢(shì)往往在于土建造價(jià)較低，而矩形頂管法地下通道單位長度造價(jià)要高于明挖法。但是，如果將地下管線的改遷費(fèi)用、道路翻交費(fèi)用一并考慮，在一般大城市，上述兩種施工工法的綜合經(jīng)濟(jì)成本就相當(dāng)了，對(duì)于地下存在搬遷費(fèi)用較高管線（信息管、通信管、電力管、大直徑壓力排水管等），則運(yùn)用矩形頂管法有著顯著優(yōu)勢(shì)。如果將道路通行受阻、施工噪音等社會(huì)成本也納入考慮范圍，矩形頂管法相對(duì)于明挖法有不可替代的優(yōu)勢(shì)。

2 矩形頂管選型設(shè)計(jì)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，該工程共設(shè)置19 處矩形頂管過街通道，為天津既有及在建軌道交通線路中運(yùn)用頂管技術(shù)最多的一條線路。截至目前該工程有6 處矩形頂管已經(jīng)建成投入使用，另外13 處目前還在建設(shè)過程中。以下結(jié)合該工程矩形頂管通道設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)、要點(diǎn)進(jìn)行研究。

2.1 矩形頂管通道適用條件

矩形頂管通道適用于車站受制于自身線路條件、道路下方控制性管線、城市快速路道路通行要求等，車站只能設(shè)置于城市寬度路的一側(cè)[1]；同時(shí)，部分車站道路兩側(cè)均有客流服務(wù)需求，此時(shí)從服務(wù)功能、客流吸引角度上滿足道路另外一側(cè)乘客進(jìn)出站、過街出行的通行需求的情形。矩形頂管通道既能解決快速路兩側(cè)的客流進(jìn)出站問題，同時(shí)也能兼顧市政過街通道功能[2]，一舉兩得。

矩形頂管通道在施工中需要結(jié)合現(xiàn)場條件考慮頂管始發(fā)接收井的設(shè)置，其中始發(fā)井尺寸受頂管尺寸的限制，頂管尺寸越大，需要的機(jī)械尺寸越大，同時(shí)頂管的始發(fā)接收井的面積越大，因此合理選擇適合的頂管尺寸，就變得尤為重要[3]。如果在施工過程中遇到施工場地條件困難車站，可結(jié)合車站主體邊跨的寬度，選擇合適的頂管尺寸，可以將接收井由站外調(diào)整至站內(nèi)，從而節(jié)省一定工程費(fèi)，上述方案也在該工程在建頂管通道中廣泛應(yīng)用。矩形頂管通道平面示意圖如圖1 所示。

圖1 矩形頂管通道平面示意圖

2.2 矩形頂管通道寬度

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》9.3.15 中規(guī)定車站各部位的最小寬度和高度，其中通道或天橋的最小寬度為2.4m。天津軌道交通明挖出入口的標(biāo)準(zhǔn)段寬度為6.5～7m，裝修后通道凈寬為5～5.5m，可滿足20000～22000 人次/h。為滿足矩形頂管通道與明挖出入口通道的通行能力相匹配，滿足出入口通道客流疏散要求，同時(shí)不降低城市軌道交通的服務(wù)水平，并考慮節(jié)省部分工程費(fèi)用，該工程選用結(jié)構(gòu)寬度6m，裝修后凈寬5.5m 的橫向尺寸[4]。

2.3 矩形頂管通道高度

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》9.3.15 中規(guī)定車站各部位的最小寬度和高度，其中通道或天橋的最小高度（地面裝飾層至吊頂面）為2.4m，天津軌道交通明挖出入口的標(biāo)準(zhǔn)段裝修高度為2.6～2.8m。但矩形頂管通道多設(shè)置于跨越城市快速道，通道長度較長，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》28.4.3 條第2 款，對(duì)連續(xù)長度大于60m 的出入口通道要求設(shè)置機(jī)械排煙設(shè)施，條文解釋中明確出入口通道長度需計(jì)算至出入口敞口段，且通道內(nèi)坡道及樓扶梯需要計(jì)算斜線長度[4]。

綜上所述，從矩形頂管通道與明挖出入口通道的豎向空間感官相匹配，同時(shí)不降低城市軌道交通的乘坐舒適度，并考慮通道內(nèi)排煙設(shè)施及其余必須管線的安裝及檢修空間，該工程選用結(jié)構(gòu)高度3.2m，裝修后凈高2.4m的豎向尺寸。矩形頂管尺寸示意圖如圖2 所示。

圖2 矩形頂管尺寸示意圖（單位：mm）

上述寬、高尺寸僅為復(fù)核本工程使用需求的尺寸，未來隨著服務(wù)功能需求的提升，客流強(qiáng)度的提高，矩形頂管的尺寸可以隨著不同需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

隨著軌道交通建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，堅(jiān)持“以人民為中心”的發(fā)展理念是做好新建軌道交通工程、提升既有軌道工程服務(wù)水平的關(guān)鍵。為更好地服務(wù)人民出行，天津軌道交通集團(tuán)結(jié)合落實(shí)市委、市政府“十項(xiàng)行動(dòng)”，精準(zhǔn)對(duì)接社會(huì)發(fā)展所需和群眾所盼，增建21 個(gè)出入口，著力解決快速路兩側(cè)等重點(diǎn)區(qū)域市民乘車難問題，加快地鐵與周邊商業(yè)、醫(yī)院等融合。目前已開通順馳橋站、腫瘤醫(yī)院站等11 個(gè)過街出入口，滿足了周邊近30 萬群眾乘車、購物、就醫(yī)等需求，把惠民生、暖民意、順民心的工作做到群眾的心坎上。

3 矩形頂管通道消防疏散設(shè)計(jì)

3.1 矩形頂管長度設(shè)計(jì)

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》28.2.10 中第4 條規(guī)定地下出入口通道的長度不宜超過100m，當(dāng)超過時(shí)應(yīng)采取滿足人員消防疏散要求的措施[4]；《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》5.2.6 中出入口通道的長度不宜大于100m[5]；當(dāng)大于100m 時(shí)，應(yīng)增設(shè)安全出口，且該通道內(nèi)任一點(diǎn)至最近安全出口的疏散距離不應(yīng)大于50m。結(jié)合規(guī)范要求，針對(duì)出入口長度超100m 情況，設(shè)置樓梯間是直接、有效的方式，但在矩形頂管通道中，需要增設(shè)中間井來實(shí)施樓梯間，樓梯間設(shè)置位置往往位于城市快速路中間或中間隔離帶位置，上述方案帶來了人員疏散后如何安全到達(dá)城市快速路兩側(cè)人行道、增設(shè)中間井而帶來的工程費(fèi)增加、附屬設(shè)施進(jìn)入道路紅線的規(guī)劃審批問題等一系列棘手問題。

《地鐵設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》2.0.1 中對(duì)安全出口有明確的定義：供人員安全疏散，并能直接通向室內(nèi)外安全區(qū)域的車站出口、樓梯或扶梯的出口、聯(lián)絡(luò)通道的入口、區(qū)間風(fēng)井內(nèi)直通地面的樓梯間入口[5]。為解決矩形頂管通道超長的問題，本工程集思廣益，搜集全國各地方案，歸納總結(jié)，經(jīng)過多輪專家咨詢討論，最后采用以下方案。方案中矩形頂管平面布置示意圖如圖3 所示。

圖3 矩形頂管平面布置示意圖

在滿足車站站廳層任一點(diǎn)到疏散通道口的最大疏散距離不超過50m，防煙分區(qū)的面積不超過2000m2的前提下，出入口通道內(nèi)的擋煙垂壁位置盡量靠近矩形頂管通道設(shè)置。同時(shí)在頂管始發(fā)井一側(cè)設(shè)置消防疏散通道及防火門，消防疏散通道與出入口通道使用防火墻及防火門進(jìn)行分隔，防火門與擋煙垂壁距離不超過100m，消防疏散通道作為矩形頂管通道的安全出口。消防疏散通道出地面部分與出入口敞口段結(jié)合設(shè)置，并在敞口段設(shè)置防火門，該處防火門距離出入口口部距離不小于10m。當(dāng)通道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，乘客可通過消防疏散通道位置防火門或者反向朝著車站公共區(qū)疏散，通過其他出入口出站。

3.2 矩形頂管防排煙設(shè)計(jì)

上文中提到，出入口通道超過60m 需要設(shè)置機(jī)械排煙設(shè)施，且地鐵出入口通道內(nèi)自身發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性系數(shù)較小，主要考慮人為或者意外火災(zāi)工況，而發(fā)生火災(zāi)時(shí)主要是有毒高溫?zé)煔獾?，因此考慮出入口通道設(shè)置單獨(dú)的防煙分區(qū)。但由于矩形頂管通道與車站機(jī)房較遠(yuǎn)，且車站管理用房區(qū)域管線較多，出入口排煙風(fēng)管很難敷設(shè)到設(shè)備區(qū)的排煙機(jī)房，因此，超長出入口通道設(shè)置排煙機(jī)房，煙氣通過排煙風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)管直接排至室外，排煙機(jī)房可與出入口地面廳合建。排煙機(jī)房與出入口地面布置示意圖如圖4 所示。

圖4 排煙機(jī)房與出入口地面布置示意圖

排煙房管穿越人防段采用如下方案：排煙風(fēng)管利用樓扶梯、電梯吊頂上方空間延伸至排煙風(fēng)道人防段，排煙風(fēng)管若從出入口通道人防門門洞內(nèi)穿越，后續(xù)人防門檢修是需拆除出入口通道內(nèi)吊頂及該范圍排煙風(fēng)管等，對(duì)車站運(yùn)營存在一定影響；通過設(shè)置排煙風(fēng)道人防段，將排煙風(fēng)道路由由吊頂上方調(diào)整至人防門門洞中穿越，后續(xù)只需拆除小部分風(fēng)管即可滿足人防門檢修要求。

4 結(jié)語

隨著軌道交通建設(shè)進(jìn)程的加快，全國各地頂管通道的直徑不斷刷新，矩形頂管通道在軌道交通的運(yùn)用也會(huì)越發(fā)普遍。同時(shí)隨著設(shè)計(jì)規(guī)范的不斷補(bǔ)充完善，施工工法的不斷拓展，施工設(shè)備的不斷優(yōu)化創(chuàng)造，未來的矩形頂管通道的工業(yè)也會(huì)更加成熟，其實(shí)際運(yùn)用也更加靈活，運(yùn)用領(lǐng)域也更加廣闊。

采用矩形頂管法實(shí)現(xiàn)了在過街通道、地鐵過街出入口、管廊等工程施工過程中不影響道路的正常使用，避免了市政管線的改遷，能保障安全，并提高斷面利用率，對(duì)地下工程的建設(shè)起到了十分積極的作用，矩形頂管將在地下工程的建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用。