城际轨道交通浅埋区间隧道结构形式比选
曹勇
【摘 要】以南京至高淳城际轨道交通工程金龙路站-无想山站区间为例,对浅埋区间隧道覆土深度、速度目标值进行了比较.根据区间隧道不同的通风模式,提出了三种浅埋区间隧道结构形式方案并进行了方案比选.建议金龙路站-无想山站区间采用路中浅埋全封闭方案,区间隧道最小覆土深度取2m,采用单箱双室结构,常规机械通风模式.
【期刊名称】《城市轨道交通研究》
【年(卷),期】2014(017)010
【总页数】4页(P107-109,134)
【关键词】城际轨道交通;浅埋区间隧道;结构形式;通风;方案比选
【作 者】曹勇
【作者单位】中铁上海设计院集团有限公司,200070,上海
【正文语种】中 文
【中图分类】U452.2
南京至高淳城际轨道交通禄口机场至溧水段工程金龙路站—无想山站区间位于溧水区秦淮大道规划段，长度约1.2 km，现状为农田荒地及拆迁区，场地开阔。区域地层主要为④－1a+b1－2硬塑黏土、粉质黏土、强风化安山质凝灰岩和中风化安山质凝灰岩，工程性质均较好，且地下水不发育。考虑到场地及地层等诸多有利因素，通过经济技术比较，区间采用路中浅埋敷设方案，金龙路站及无想山站均采用地下一层侧式站方案。本文依据经济上合理、技术上可行的原则，进行浅埋区间覆土深度、速度目标值、区间结构形式等的研究。
1 浅埋区间隧道覆土深度研究
对于浅埋隧道，一般采用明挖法施工，宜接近地面，可减少土方工程量，简化施工条件;同时要考虑抗浮、在隧道上面设置城市地下管道线、利用土壤层隔热使隧道内不受地面温度变化等因素设置必要的埋深。通常浅埋区间隧道衬砌顶部至地面的距离不小于2 m。
经抗浮检算，当区间隧道采用单箱双室框架结构时，满足抗浮要求的最小覆土深度为1.3 m。由于本区域秦淮大道地势较高，规划雨、污水管可向道路两侧引排，故可不控制区间隧道埋深。
区间隧道沿规划道路路中敷设。由于轨道交通与道路工程的设计使用年限不同，在轨道交通运营期间，道路不可避免地会出现多次大范围翻浇维修的情况，为保证区间结构及防水措施安全，区间埋深不宜过小。
经综合考虑，本段区间的最小覆土深度取为2 m。
2 浅埋区间隧道速度目标值比选
区间隧道采用单箱双室框架结构时，若速度目标值为100 km/h，明挖区间隧道内轮廓由设备限界确定，有效净空面积约为21 m2;若速度目标值为120 km/h，明挖区间隧道内轮廓由可缓解空气动力学效应的内净空面积确定，该净空面积不小于26 m2。金龙路站—无想山站区间速度目标值和走行时间、土建投资的关系分析见表1。
表1 金龙路站—无想山站区间不同设计行车速度下走行时间和土建投资关系表万元1 464 100 82.50 82.站间距/m设计行车速度/(km/h)下行方向走行时间/s上行方向走行时间/s比100 km/h增加的区间土建投资/42 120 80.91 80.78 1 455
考虑到提高行车速度目标值对区间的运行时间提高不显著，但投资增加明显，运营能耗提高，故本线明挖区间采用一般矩形隧道断面时，速度目标值推荐为100 km/h，结构内轮廓由设备限界确定。
3 浅埋区间隧道结构形式比选
区间隧道采用明挖法施工时，一般采用矩形框架结构。当采用不同的通风模式时，区间结构形式又有所不同，可归纳为全封闭(机械通风模式)、小敞口(自然通风模式)及全敞开(自然通风模式)等三种。
3.1 全封闭方案
区间隧道通风系统一般由设于区间端部的隧道风机和相应的风阀、消声器等组成。轨道交通明挖区间多采用全封闭的矩形框架结构，根据线间距可采用单箱单室、单箱双室和单箱三室。由于本区间两端车站均为地下一层侧式站，区间宜采用单箱双室结构，线间距取5.1 m，如图1所示。
图1 全封闭结构横断面图
3.2 小敞口方案
地铁区间自然通风是指在区间隧道的顶部每隔一定距离开设与外界大气直接接触的通风竖井，使外界的空气与隧道内的空气实现交换，以达到控制地下空间空气温度、湿度，以及空气流速、品质的目的。列车正常运行时，隧道内的空气直接和外界的大气接触，排除余热、余湿;列车发生火灾时，烟气直接从列车顶部附近的通风竖井排出隧道，同时通风竖井为乘客和消防人员提供必要的新鲜空气，并形成一定的迎面风速，引导乘客安全迅速地撤离火灾现场。
小敞口方案的具体做法是:在区间隧道顶部设置1.0 m高的通风竖井，对于普通的区间隧道，通风竖井的间距为 32.5 m，口部面积为 25 m2，口部为敞口式格栅风口;当浅埋区间隧道跨越宽路面，通风竖井间距大于60 m时，设置射流风机进行辅助通风。如图2所示。
图2 小敞口结构横断面图
目前，国内地铁区间隧道基本都采用机械通风来实现在列车阻塞和火灾工况下的排热、排烟，仅成都地铁部分浅埋区间采用了在隧道结构顶部开孔的自然通风模式，尚未推广。但采用自然通风可为每个地铁站节约200多万元的设备经费。
3.3 全敞开方案
全敞开方案是小敞口方案的一个极端情况。即在道路交叉口处仍采用矩形隧道结构，在道路交叉口外全部采用U型槽结构，如图3所示。
3.4 三种结构形式的比较
(1)各影响因素下优缺点比较:见表2。
图3 全敞开结构横断面图
表2 浅埋区间隧道结构形式优缺点比较影响因素 全封闭方案 小敞口方案 全敞开方案安全性 区间隧道上方有一定厚度的覆土，地面活动对其影响较小通风竖井外露，交通事故及人为破坏对其影响较大 结构外露最多，该问题最为严重对规划的影响 仅对部分埋置深度较大的横向规划管线有影响的中分带对景观的影响 对景观无影响 需对竖井顶盖进行艺术处理，否则景观效果较差除对规划管线有影响外，路中敷设时需设置约6 m的中分带仅在交叉口范围内可通过埋深较浅的横向规划管线，路中敷设时需设置约13 m对景观影响较大对环境影响 路中敷设，振动对周边环境影响较小 噪声对周边环境有一定影响 噪声对周边环境有较大影响火灾救援通过两侧车站的风机控制火灾烟雾方向，该模式已广泛应用于各城市轨道交通工程区间火灾烟雾通过通风竖井排出，需加大结构净高度并合理设置开孔尺寸和开孔间隔，由于类似工程经验较少，需消防论证结构敞开，火灾烟雾排出较为便利区间排水 区间隧道仅可能出现极少量渗漏水如通风竖井顶盖破损后遭遇暴雨，区间隧道可能出现积水，需加大区间排水泵站容量需根据汇水面积，在区间内设置多处排水泵站人防工程 可兼做人防工程 不可兼做人防工程 不可兼做人防工程
(2)各方案的经济比较:见表3。
表3 浅埋区间结构形式方案投资比较表全敞开方案区间土建费用/万元项目 全封闭方案小敞口方案11 320 12 640 13 840车站土建费用/万元 28 740 27 340 27 340通风设备费用/万元 2 000 1 950 1 950总计/万元42 060 41 930 43 130
采用自然通风模式时，可节省一定的车站土建费用和设备费用，但由于小敞口方案和全敞开方案需考虑防撞、排水等因素，附属结构较多，且需采取抗浮措施，综合比较后，小敞口方案较全封闭方案土建成本略低，全敞开方案土建成本最高。
自然通风方案可降低一定的运营能耗，但由于通风口外露地表，为保证运营安全，杜绝人为破坏等因素，需加大监管维修力度。该成本难以估算，但不可小觑。
4 结论
全敞开方案尽管可降低运营能耗，但在安全性方面存在较大隐患，对规划要求高，对景观影响大，不符合秦淮大道作为城市景观主轴的定位，土建成本高。小敞口方案在安全性方面同样存在较大隐患，对规划和景观有一定影响，土建成本较全封闭方案略低。全封闭方案在安全、规划、景观等方面均具有优势，但土建成本较小敞口方案略高。经综合比较，全封闭方案更适合本区间的特点，小敞口方案更适合沿路侧敷设。
通过分析论证，建议南京至高淳城际轨道交通线金龙路站—无想山站区间采用路中浅埋全封闭方案，区间隧道最小覆土深度取2 m，采用单箱双室结构，常规机械通风模式。
参考文献
［1］GB 50157—2013地铁设计规范［S］.
［2］于波，陈中.自然通风模式在成都地铁中的应用［J］.都市快轨交通，2009，22(3):28.
［3］陈中，张良焊.地铁区间隧道火灾自然排烟模式的研究与应用［J］现代隧道技术，2006，43(3):62.
《城际轨道交通浅埋区间隧道结构形式比选》相关文档：
城际轨道交通浅埋区间隧道结构形式比选06-11
