矩形顶管通道在天津轨道交通中应用与分析

2024-02-02李朋辉

建材与装饰 2024年5期

李朋辉

（中铁上海设计院集团有限公司，天津 300073）

0 引言

天津轨道交通线路逐渐成网，成为居民出行的首选，发挥了公共交通的骨干作用，逐渐实现绿色、低碳出行。随着建设进程的推进，越来越多的中心城区外围的车站建设提上日程，天津中心城区外围区域道路多为城市快速路及高度公路，这些城市快速路及高速公路的宽度普遍较宽，有些道路红线宽度达到60～100m，城市外围区域乘客的过街通行需求也愈发迫切。随着轨道交通建设进程的推进，坚持“以人民为中心”的发展理念是做好新建轨道交通工程、提升既有轨道工程服务水平的关键。矩形顶管通道技术愈发成熟并在轨道交通行业内得到普遍应用，越来越多顶管通道的实施应用解决了居民出行的难题。

1 工程实例

1.1 工程概况

天津某工程北起北辰区小街，南至东丽区民航大学，为城区西北至东南方向的轨道交通骨干线，正线全长41.4km，设32 座车站，均为地下线。该工程为天津市轨道交通骨干线，线路穿越天津市主城区，起到联系南北城区的作用。该工程在越过天津中心城区中环的东西半环后，工程北段部分主要沿着京津公路敷设，南段部分主要沿着津滨大道敷设。依据《天津市城市总体规划（2005—2020 年）》的中心城市道路交通规划，京津公路、津滨大道为城市快速道路，道路宽度一般为60～100m，车流量大，地面以下市政管线繁多，且有不少大直径埋深较大管线，车站只能选择施工条件较好一侧设置，对道路另一侧的客流服务水平就有所下降。为解决上述难题，如果实现出入口通道对城市快速道路的穿越就变得尤为迫切。

1.2 顶管工法的选择

在国内各大城市，为更好服务居民，实现地铁过街口及地下通道功能，例如，北京长安街下设置27 座过街地道，不仅为居民提供通行便利，还为长安街景观提升做出了突出贡献。受制于长安街的重要性，过街通道并未采用传统的明挖法施工，而是采用技术复杂、难度大且对地层要求高的“浅埋暗挖法”修建。

但由于天津市地处渤海湾地区，为典型的冲、洪积平原地形，属于陆海相交互沉积软弱地层，地下水埋藏较浅，并不适合采用“浅埋暗挖法”，如采用传统明挖法施工，则需要中断交通、迁改大量市政管线，社会影响极大。

施工过街通道最大的困难是“交通”和“管线”。过街通道如采用传统明挖施工，一般会翻交分段施工，即将横穿道路的通道沿纵向分成几个施工区段，在未施工区段可维持地面交通，但在津滨大道、京津路处如此施工将会对津滨高速上下行车辆造成很大影响。另外，过街通道施工时必须将通道上方的市政管线先行搬迁，而且管线切改必须结合道路翻交同时进行；市政管线的搬迁一般会涉及多个权属单位，各单位间协调工作复杂且搬迁费用昂贵，某些管线的搬迁工作往往受到一些客观因素的影响，迟迟不能进行，乃至影响总工期。明挖法施工的优势往往在于土建造价较低，而矩形顶管法地下通道单位长度造价要高于明挖法。但是，如果将地下管线的改迁费用、道路翻交费用一并考虑，在一般大城市，上述两种施工工法的综合经济成本就相当了，对于地下存在搬迁费用较高管线（信息管、通信管、电力管、大直径压力排水管等），则运用矩形顶管法有着显著优势。如果将道路通行受阻、施工噪音等社会成本也纳入考虑范围，矩形顶管法相对于明挖法有不可替代的优势。

2 矩形顶管选型设计

据统计，该工程共设置19 处矩形顶管过街通道，为天津既有及在建轨道交通线路中运用顶管技术最多的一条线路。截至目前该工程有6 处矩形顶管已经建成投入使用，另外13 处目前还在建设过程中。以下结合该工程矩形顶管通道设计过程中的重点、要点进行研究。

2.1 矩形顶管通道适用条件

矩形顶管通道适用于车站受制于自身线路条件、道路下方控制性管线、城市快速路道路通行要求等，车站只能设置于城市宽度路的一侧[1]；同时，部分车站道路两侧均有客流服务需求，此时从服务功能、客流吸引角度上满足道路另外一侧乘客进出站、过街出行的通行需求的情形。矩形顶管通道既能解决快速路两侧的客流进出站问题，同时也能兼顾市政过街通道功能[2]，一举两得。

矩形顶管通道在施工中需要结合现场条件考虑顶管始发接收井的设置，其中始发井尺寸受顶管尺寸的限制，顶管尺寸越大，需要的机械尺寸越大，同时顶管的始发接收井的面积越大，因此合理选择适合的顶管尺寸，就变得尤为重要[3]。如果在施工过程中遇到施工场地条件困难车站，可结合车站主体边跨的宽度，选择合适的顶管尺寸，可以将接收井由站外调整至站内，从而节省一定工程费，上述方案也在该工程在建顶管通道中广泛应用。矩形顶管通道平面示意图如图1 所示。

图1 矩形顶管通道平面示意图

2.2 矩形顶管通道宽度

《地铁设计规范》9.3.15 中规定车站各部位的最小宽度和高度，其中通道或天桥的最小宽度为2.4m。天津轨道交通明挖出入口的标准段宽度为6.5～7m，装修后通道净宽为5～5.5m，可满足20000～22000 人次/h。为满足矩形顶管通道与明挖出入口通道的通行能力相匹配，满足出入口通道客流疏散要求，同时不降低城市轨道交通的服务水平，并考虑节省部分工程费用，该工程选用结构宽度6m，装修后净宽5.5m 的横向尺寸[4]。

2.3 矩形顶管通道高度

《地铁设计规范》9.3.15 中规定车站各部位的最小宽度和高度，其中通道或天桥的最小高度（地面装饰层至吊顶面）为2.4m，天津轨道交通明挖出入口的标准段装修高度为2.6～2.8m。但矩形顶管通道多设置于跨越城市快速道，通道长度较长，《地铁设计规范》28.4.3 条第2 款，对连续长度大于60m 的出入口通道要求设置机械排烟设施，条文解释中明确出入口通道长度需计算至出入口敞口段，且通道内坡道及楼扶梯需要计算斜线长度[4]。

综上所述，从矩形顶管通道与明挖出入口通道的竖向空间感官相匹配，同时不降低城市轨道交通的乘坐舒适度，并考虑通道内排烟设施及其余必须管线的安装及检修空间，该工程选用结构高度3.2m，装修后净高2.4m的竖向尺寸。矩形顶管尺寸示意图如图2 所示。

图2 矩形顶管尺寸示意图（单位：mm）

上述宽、高尺寸仅为复核本工程使用需求的尺寸，未来随着服务功能需求的提升，客流强度的提高，矩形顶管的尺寸可以随着不同需求进行优化设计。

随着轨道交通建设进程的推进，坚持“以人民为中心”的发展理念是做好新建轨道交通工程、提升既有轨道工程服务水平的关键。为更好地服务人民出行，天津轨道交通集团结合落实市委、市政府“十项行动”，精准对接社会发展所需和群众所盼，增建21 个出入口，着力解决快速路两侧等重点区域市民乘车难问题，加快地铁与周边商业、医院等融合。目前已开通顺驰桥站、肿瘤医院站等11 个过街出入口，满足了周边近30 万群众乘车、购物、就医等需求，把惠民生、暖民意、顺民心的工作做到群众的心坎上。

3 矩形顶管通道消防疏散设计

3.1 矩形顶管长度设计

《地铁设计规范》28.2.10 中第4 条规定地下出入口通道的长度不宜超过100m，当超过时应采取满足人员消防疏散要求的措施[4]；《地铁设计防火标准》5.2.6 中出入口通道的长度不宜大于100m[5]；当大于100m 时，应增设安全出口，且该通道内任一点至最近安全出口的疏散距离不应大于50m。结合规范要求，针对出入口长度超100m 情况，设置楼梯间是直接、有效的方式，但在矩形顶管通道中，需要增设中间井来实施楼梯间，楼梯间设置位置往往位于城市快速路中间或中间隔离带位置，上述方案带来了人员疏散后如何安全到达城市快速路两侧人行道、增设中间井而带来的工程费增加、附属设施进入道路红线的规划审批问题等一系列棘手问题。

《地铁设计防火标准》2.0.1 中对安全出口有明确的定义：供人员安全疏散，并能直接通向室内外安全区域的车站出口、楼梯或扶梯的出口、联络通道的入口、区间风井内直通地面的楼梯间入口[5]。为解决矩形顶管通道超长的问题，本工程集思广益，搜集全国各地方案，归纳总结，经过多轮专家咨询讨论，最后采用以下方案。方案中矩形顶管平面布置示意图如图3 所示。

图3 矩形顶管平面布置示意图

在满足车站站厅层任一点到疏散通道口的最大疏散距离不超过50m，防烟分区的面积不超过2000m2的前提下，出入口通道内的挡烟垂壁位置尽量靠近矩形顶管通道设置。同时在顶管始发井一侧设置消防疏散通道及防火门，消防疏散通道与出入口通道使用防火墙及防火门进行分隔，防火门与挡烟垂壁距离不超过100m，消防疏散通道作为矩形顶管通道的安全出口。消防疏散通道出地面部分与出入口敞口段结合设置，并在敞口段设置防火门，该处防火门距离出入口口部距离不小于10m。当通道内发生火灾时，乘客可通过消防疏散通道位置防火门或者反向朝着车站公共区疏散，通过其他出入口出站。

3.2 矩形顶管防排烟设计

上文中提到，出入口通道超过60m 需要设置机械排烟设施，且地铁出入口通道内自身发生火灾的危险性系数较小，主要考虑人为或者意外火灾工况，而发生火灾时主要是有毒高温烟气等，因此考虑出入口通道设置单独的防烟分区。但由于矩形顶管通道与车站机房较远，且车站管理用房区域管线较多，出入口排烟风管很难敷设到设备区的排烟机房，因此，超长出入口通道设置排烟机房，烟气通过排烟风机和排烟风管直接排至室外，排烟机房可与出入口地面厅合建。排烟机房与出入口地面布置示意图如图4 所示。

图4 排烟机房与出入口地面布置示意图

排烟房管穿越人防段采用如下方案：排烟风管利用楼扶梯、电梯吊顶上方空间延伸至排烟风道人防段，排烟风管若从出入口通道人防门门洞内穿越，后续人防门检修是需拆除出入口通道内吊顶及该范围排烟风管等，对车站运营存在一定影响；通过设置排烟风道人防段，将排烟风道路由由吊顶上方调整至人防门门洞中穿越，后续只需拆除小部分风管即可满足人防门检修要求。