佛山地鐵3號線清暉園段線路設計方案研究

鄭 翔

（廣州地鐵設計研究院有限公司，510010，廣州∥高級工程師）

1 線路設計背景條件

1.1 佛山地鐵3號線概況

佛山地鐵3號線（見圖1）是貫通佛山市南北的軌道交通主干線，是中心城區(qū)與大良容桂組團、獅山組團、北滘陳村組團的聯(lián)系線。3號線線路全長74.0km，其中高架段11.6 km，地下段62.4 km。共設35座車站（高架站5座、地下站30座），其中換乘站7座，平均站間距2.15 km。最大站間距為4.0 km，為容山站至德勝站區(qū)間；最小站間距為0.96 km，為桂城至南海廣場區(qū)間。全線設置1段2場，分別為獅山東車輛段、荔村停車場和容桂停車場。

圖1 佛山地鐵3號線線路示意圖

1.2 佛山地鐵3號線清暉園段線路概況

佛山地鐵3號線東樂路站—大良站區(qū)間（見圖2），自東樂路站出站后，沿東樂路向西行進，轉向清暉路向北敷設。清暉路規(guī)劃道路紅線寬25 m。區(qū)間總長1 894.8 m，采用盾構法施工。區(qū)間在里程AK100＋571～AK100＋744之間穿過清暉園建筑控制區(qū)，盾構區(qū)間穿越清暉園建筑控制區(qū)的長度約為160 m。

如圖3所示，清暉園重點保護區(qū)與盾構區(qū)間的最小凈距約5.4 m；該段區(qū)間頂覆土18.1 m，從上至下的地層依次為＜1＞素填土、＜2－1B＞淤泥質土、＜2－4＞粉質黏土、＜5N－2＞粉質黏土、＜7＞強風化粉砂巖、＜8＞中風化粉砂巖；區(qū)間從＜7＞強風化粉砂巖中穿過。

1.3 清暉園文物概況

圖3 佛山地鐵3號線線路與清暉園豎向關系示意圖

清暉園位于佛山市順德區(qū)大良鎮(zhèn)清暉路，地處市中心；故址原為明末狀元黃士俊所建的黃氏花園，現(xiàn)存建筑主要建于清嘉慶年間。園取名“清暉”，意為和煦普照之日光，喻父母之恩德。已被初步鑒定為國家一級保護文物。

在佛山軌道交通線網規(guī)劃中，佛山地鐵3號線大良段線路主要沿東樂路、清暉路行進，地鐵線路西側比鄰清暉園文物保護單位，如圖4所示。

2 佛山地鐵3號線清暉園段線路設計方案研究

佛山地鐵3號線東樂路站至倫教站段線路主要覆蓋大良城區(qū)、順德醫(yī)院以及荔村片區(qū)。因此，為了盡量減少該段線路對清暉園國家級文物的影響，同時也兼顧3號線在大良站與規(guī)劃地鐵7號線的換乘條件、對周邊覆蓋情況以及對周邊高層的影響等因素，對清暉園段線路方案進行綜合比選，以確定綜合最優(yōu)的方案。

2.1 佛山地鐵3號線清暉園段線路設計方案說明

2.1.1 方案一：清暉路方案

（1）方案基本思想：以線網規(guī)劃為基礎，線路基本沿道路敷設，主要經過大良核心地區(qū)。

（2）方案說明：線路以地下線出東樂路站后沿東樂路一直向西至清暉路轉向北，在鳳山路交叉口北側設大良站，與規(guī)劃地鐵7號線換乘；后沿文秀路、蓬萊路一直向北，下穿蓬萊新村部分民居后至環(huán)市北路設新松站；之后線路沿甲子路向北下穿桂畔海，至龍洲公路順德醫(yī)院西側設順德醫(yī)院站；出站后線路至羊大路轉向西，在荔奇路交叉口設荔村站；后繼續(xù)向西至G105國道轉向北并由地下敷設轉為高架敷設，在倫教變電站附近設倫教站。

圖4 佛山地鐵3號線清暉園段線路控制性建構筑物平面關系示意圖

（3）方案優(yōu)點：線路覆蓋大良商業(yè)中心，大良站換乘條件好。

（4）方案缺點：線路侵入清暉園建設控制地段，但避讓清暉園文物保護核心區(qū)范圍。

2.1.2 方案二：東苑路方案

（1）方案基本思想：以線網規(guī)劃為基礎，完全避讓文物保護單位，主要經過大良核心地區(qū)邊緣。

（2）方案說明：線路以地下線出東樂路站后沿東樂路一直向西至東苑路轉向北，在鳳山路交叉口南側設大良站，與規(guī)劃地鐵7號線通過通道換乘；后沿規(guī)劃東苑路一直向北至環(huán)城路轉向西，然后至蓬萊路轉向北，下穿蓬萊新村部分民居后至環(huán)市北路設新松站；之后的線路及站位方案同方案一。

（3）方案優(yōu)點：遠離清暉園文物保護單位。

（4）方案缺點：大量下穿東苑小區(qū)民房，下穿順德一中；大良站換乘距離較遠；線型條件較差。

2.1.3 方案三：環(huán)市路方案

（1）方案基本思想：改變線網規(guī)劃路線，完全避讓文物保護單位，線路基本沿道路敷設。

（2）方案說明：線路以地下線出東樂路站后沿東樂路一直向西至環(huán)市路轉向北，至云良路交叉口設大良站；后沿環(huán)市路一直向西北行進，在錦巖街交叉口設新松站；之后轉向北沿甲子橋東側過桂畔海，一直向北至龍洲公路順德醫(yī)院西側設順德醫(yī)院站；出站后線路至羊大路轉向西，在荔奇路交叉口設荔村站；后繼續(xù)向西至G105國道轉向北并由地下敷設轉為高架敷設，在倫教變電站附近設倫教站。

（3）方案優(yōu)點：遠離清暉園文物保護單位。

（4）方案缺點：下穿多棟高層建筑以及大量中低層建筑，不能覆蓋大良中心區(qū)客流，影響與規(guī)劃地鐵7號線換乘關系，需進行線網調整。

2.1.4 方案四：G105國道方案

（1）方案基本思想：改變線網規(guī)劃路線，盡量遠離文物保護單位，線路基本沿G105國道敷設。

（2）方案說明：線路以地下線出東樂路站后沿東樂路一直向西，過清暉路后繼續(xù)向西至鳳華大街設大良站；之后線路轉向北，下穿大良區(qū)金榜社區(qū)部分民居后進入新寧路，在鳳山路交叉口設鳳山路站；后沿新寧路向西北敷設進入G105 國道，在新滘橋處過倫教大涌后線路由地下敷設轉為高架敷設，并設新滘橋站；之后線路沿G105國道東側繼續(xù)向西北，過廣州繞城高速和順德立交后設順德立交北站；后繼續(xù)沿105國道向西北行進至倫教變電站附近設倫教站。

（3）優(yōu)點：遠離清暉園文物保護單位。

（4）缺點：下穿部分高層建筑及大量中低層建筑，高架段上跨順德立交橋并需要拆除多棟中低層建筑，不能覆蓋大良中心區(qū)客流，影響與規(guī)劃地鐵7號線換乘關系，需進行線網調整。

表1為東樂路站—倫教站段線路設計方案比較說明表。

2.2 佛山地鐵3號線清暉園段線路設計方案比選

對上述4個線路設計方案從車站周邊城市現(xiàn)狀與規(guī)劃及客流吸引、線網結構影響、對文物保護單位影響、方案實施難度等4個方面進行比選。

2.2.1 車站周邊城市現(xiàn)狀與規(guī)劃及客流吸引

方案一：大良站位于大良中心區(qū)，現(xiàn)狀周邊商業(yè)較多，客流吸引好；新松站周邊以居住用地為主，客流吸引較好。

方案二：大良站位于大良中心區(qū)邊緣，規(guī)劃以居住和商業(yè)用地為主，客流吸引較好；新松站周邊以居住用地為主，客流吸引較好。

方案三：大良站周邊主要為居住用地，客流吸引較好，但對大良中心區(qū)覆蓋較差；新松站周邊以居住用地為主，客流吸引較好

表1 東樂路站—倫教站段線路設計方案比較說明表

方案四：大良站周邊主要為綠地、商業(yè)用地及文物古跡用地，客流吸引一般，對大良中心區(qū)覆蓋較差；調整后的線路主要沿G105國道行進，兩側主要以工業(yè)為主，不能覆蓋新松地區(qū)客流。

2.2.2 線網結構影響

方案一：沿線網規(guī)劃路由敷設，可以與規(guī)劃地鐵7號線換乘，能夠較好地覆蓋大良城區(qū)、順德醫(yī)院及荔村片區(qū)，符合城市軌道交通線網規(guī)劃。

方案二：主要沿線網規(guī)劃路由敷設，局部調整；可以與規(guī)劃地鐵7號線換乘，但換乘距離較遠；能夠較好地覆蓋大良城區(qū)、順德醫(yī)院及荔村片區(qū)；符合城市軌道交通線網規(guī)劃。

方案三：局部路由調整；未覆蓋大良中心區(qū)，可以串聯(lián)順德醫(yī)院與荔村片區(qū)，但不利于與規(guī)劃地鐵7號線換乘；影響城市軌道交通高效率網絡化運營的發(fā)揮。

方案四：較大范圍路由調整；不能覆蓋大良城區(qū)、順德醫(yī)院及荔村片區(qū)；沿線主要以低矮民房及工業(yè)為主，不利于客流吸引及城市軌道交通串聯(lián)主城區(qū)和大型客流集散點的需要，同時不利于與規(guī)劃地鐵7號線換乘；影響城市軌道交通高效率網絡化運營的發(fā)揮。

2.2.3 與文物保護單位的關系

（1）方案一：進入清暉園文物建設控制地帶約160 m，距離保護范圍邊線最小距離為5.4 m。

（2）方案二：不進入清暉園文物建設控制地帶。

（3）方案三：不進入清暉園文物建設控制地帶。

（4）方案四：進入清暉園文物建設控制地帶約110 m，距離保護范圍邊線最小距離為35 m。

2.2.4 方案實施難度

（1）方案一：基本沿道路敷設，下穿建構筑物較少，實施難度相對小。

（2）方案二：線路較為曲折，轉彎處下穿大量建構筑物，實施難度相對大。

（3）方案三：線路較為曲折，轉彎處下穿大量建構筑物，實施難度相對大。

（4）方案四：基本沿道路敷設，下穿建構筑物較少，實施難度相對小。

經綜合比選，推薦采用方案一。圖5為佛山地鐵3號線推薦方案與清暉園平面關系示意圖。

圖5 佛山地鐵3號線推薦方案與清暉園平面關系示意圖

3 佛山地鐵3號線施工對清暉園的影響及評價

3.1 文物保護單位對地鐵施工的控制要求和標準

在軟土地層中開挖隧道，會產生地層運動，引起隧道周圍土體的松動和沉陷，直觀表現(xiàn)就是地表不均勻沉降，從而可能導致對清暉園產生一定的影響。控制地面沉降，成為控制整個工程成敗的關鍵因素。參考GB50007—2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》中建筑物的地基變形允許值，并考慮國家級保護文物清暉園較之普通建筑物的特殊性，地基基礎變形應采用更嚴格標準：清暉園暫定地基最大沉降采用不超過20 mm，基礎傾斜不超過0.001 mm 的沉降變形做為其控制標準。

3.2 地鐵施工對清暉園文物保護單位影響分析

本區(qū)間采用盾構法施工。盾構法具有不影響地面交通、對周圍建（構）筑物影響小、適應復雜地質條件、施工速度快等眾多優(yōu)點。但盾構法隧道工程是在巖土體內部進行的，開挖施工都不可避免地會對周圍土層產生擾動，從而引起地面沉降。從地面沉降產生原因上講，盾構施工產生地面沉降主要來源于開挖面的應力釋放、附加應力等引起地層產生的彈塑性變形。盾構法隧道在施工期的地面沉降可認為主要由開挖沉降、固結沉降和次固結沉降組成。盾構施工引起的地層損失和隧道周圍受擾動或剪切破壞引起的土體再固結，是造成盾構法隧道工程性地面沉降的根本原因。

3.3 三維有限元模型計算分析

通過三維有限元模型進行計算分析，邊界條件設定為：模型底部位移為Z方向約束，模型前后面位移為Y方向約束，模型左右面位移為X方向約束。

從盾構施工完成后地面沉降結果來看，施工完成后清暉園建筑物各角點的沉降結果在0.64～2.72 mm之間，最大地面沉降為2.72 mm，最大沉降差為2.08 mm。建筑物寬度范圍約30 m，整體最大沉 降 傾 斜 僅 為 （（2.72 mm －0.64 mm）／30 000 mm）＝0.000 069 mm；局部最大傾斜發(fā)生在東側，最大局部傾斜為（（2.72 mm－2.23 mm）／16 000 mm）＝0.000 031 mm，遠小于0.001 mm的局部傾斜限值。

4 佛山地鐵3號線運營對清暉園的影響及評價

4.1 文物保護單位對地鐵運營的控制要求和標準

地鐵運營中產生的振動會引起清暉園建筑產生動應力，從而可能引起清暉園的疲勞破壞。清暉園為全國重點文物保護建筑，木材為其主要承重骨架。按照GB／T50452—2008《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》及沿線文物結構特征，地鐵運行對其振動影響執(zhí)行木結構的容許振動速度限值標準。作為全國重點文物保護單位的清暉園，其承重結構最高處容許振動速度采取最嚴格的速度指標0.18 mm／s作為控制指標。

4.2 地鐵運營對清暉園文物保護單位振動影響分析

清暉園古建筑距振源中心直線距離5.4 m，內插計算得出運營期于清暉園文物處的水平向地面振動速度值為0.45 mm／s，結構最大速度響應0.531 mm／s，相對于承重結構最高處容許振動速度標準值0.18 mm／s，超標量達到0.351 mm／s。這就意味在不采用減振措施的情況下，地鐵運營對清暉園文物的振動影響將超出規(guī)范要求標準。

4.3 地鐵運營采用減振措施方案分析

為減緩地鐵運營對國家級保護文物清暉園的干擾，建議采用特殊減振措施——鋼彈簧浮置板道床，其減振效果可達20～25 dB。通過工程類比及其他工程現(xiàn)場實測，對采取鋼彈簧浮置板后文物振動結果進行預測，結果如表2所示。結果表明，在采取了鋼彈簧浮置板后，地鐵運營對清暉園文物的振動影響可以滿足規(guī)范要求標準。

表2 采取鋼彈簧浮置板后文物振動預測結果

5 結語

清暉園建筑物距離地鐵隧道最近距離約5.4 m，隧道頂覆土約18.1 m，文物建筑距隧道邊約1倍洞徑。結合隧道的地質條件和文物建筑現(xiàn)狀，地鐵隧道采用盾構法施工時，計算結果表明：隧道施工引起的最大沉降及局部傾斜值均小于規(guī)范要求，不會影響文物安全。

在施工過程中，建議對清暉園的關鍵位置布置監(jiān)測網絡，在關鍵工況下加大監(jiān)測頻率，及時做好監(jiān)測結果的綜合分析和風險預測；根據監(jiān)測反饋信息、地層巖性的變化及施工條件，及時調整設計和施工，并對清暉園進行跟蹤注漿或補充注漿，做到信息化設計及施工。通過以上工程措施可以確保地鐵隧道施工期間清暉園文物的安全。

采用無縫線路、鋼彈簧浮置板道床以及一定的加固措施，并且在地鐵運營期間加強對線路和車輛的維護保養(yǎng)，這些措施可以保證地鐵運營期間清暉園的振動、噪聲等指標達標。

［1］GB50157—2003 地鐵設計規(guī)范［S］.

［2］建標104—108 城市軌道交通工程項目建設標準［S］.2008.

［3］GB50007—2011 建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.

［4］GB／T50452—2008 古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范［S］.

［5］廣州地鐵設計研究院有限公司.佛山市城市軌道交通3號線工程可行性研究報告［R］.廣州：廣州地鐵設計研究院有限公司，2013.

［6］廣州地鐵設計研究院有限公司.佛山市城市軌道交通3號線工程清暉園文物保護設計方案研究［R］.廣州：廣州地鐵設計研究院有限公司，2013.