石家莊正定新區地鐵1號線二期市政預留工程設計

王琦 牛斌

(北京城建設計發展集團股份有限公司，100037，北京∥第一作者，高級工程師)

為了緩解城市中心城區的壓力，很多城市規劃了新區，并在新區規劃城市軌道交通線路。由于這些線路并不在近期建設規劃實施范圍內，如果不預留軌道交通土建工程，則在新區道路、市政管線、綜合管廊實施后［1］，后期再實施軌道交通工程時可能會導致土建實施困難、管線二次遷改，以及道路破復等情況發生［2-4］。目前，北京、南京、鄭州、石家莊、河北雄安新區等城市與地區均進行了部分車站和區間的預留。城市軌道交通預留工程的建設需進行綜合統籌、充分論證，確定軌道交通工程預留的原則與標準、近期封堵措施，以及與后期的接駁等內容，真正做到預留工程“埋而可用”。

文獻［2］闡述了在城市高架路和立交橋建設時有效預留軌道交通節點方案。文獻［5］結合北京地鐵14號線紅廟站預留改造工程實例，對因外部條件導致的全線局部車站無法建成的工程進行分析，在研究周邊條件的基礎上，對站位設置、預留方式、遠期實施可行性、既有車站的改造、改造后工程的防火及疏散、機電設備系統改造及人防等問題進行了深入探討。文獻［6］對地鐵車站給排水土建預留工程進行了探討。

以石家莊正定新區地鐵1號線(以下簡為“1號線”)二期市政預留工程4站、3區間為例，對車站和區間的預留、封堵，設備預留及運輸路徑等進行了研究，可為后續工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 1號線二期工程概況

1號線二期工程(見圖1)全長13.5 km，設置車站8座，其中換乘站2座。該線路在行政中心站與規劃M4線(見圖1中④)進行換乘，在天元湖站與規劃M2線(見圖1中②)換乘。本次預留工程包含4站(會展中心站、行政中心站、園博園站、天元湖站)、3區間(會展中心站—行政中心站區間、行政中心站—園博園站區間、園博園站—天元湖站區間)。

圖1 1號線二期工程示意圖Fig.1 Diagram of the reserved phase II project of Line 1

1.2 正定新區市政預留工程概況

正定新區是石家莊市都市區的組成部分，在2020年城市總體規劃中屬于“一城三區”的重要一區。該區總占地面積為135 km2，總人口規模為140萬人。其中，正定新區起步區占地面積為27 km2，居住人口規模為30萬人。

正定新區起步區范圍內規劃有道路、綜合管廊、直埋市政管線、橋梁、地下過街通道等市政工程，需要與1號線預留的地鐵車站或區間同步設計與實施。車站為標準兩層車站，覆土厚3.0 m;綜合管廊寬9.3 m、高5.4 m，覆土厚2.5 m，管廊在車站出入口范圍下沉至出入口底板下方。1號線預留的地鐵車站與綜合管廊、市政管線的位置關系，如圖2所示。

圖2 1號線預留的地鐵車站與綜合管廊、市政管線的位置關系示意圖Fig.2 Diagram of positional relationship between the reserved metro station，integrated pipe gallery and municipal pipeline on Line 1

車站及區間范圍內的地層主要為雜填土、黃土狀粉質黏土、粉土、粉細砂、中粗砂、粉質黏土層、中粗砂含卵石層等。車站結構底板位于粉質黏土層及中粗砂層，區間底板大部分位于中粗砂含卵石層;地下水位埋深約39 m，位于車站及區間底板下方，故施工時不需要降水。

2 城市軌道交通市政預留工程設計的原則與標準

城市軌道交通市政預留工程一般由省或市行政主管部門審批建設，雖然建設手續與常規軌道交通工程不同，但后期仍作為軌道交通工程使用。因此，除了遵循一般軌道交通設計的原則和標準外，還應滿足其工程特點。

1)預留工程設計的原則是“埋而可用”，故須參考已建地鐵線路，并對全線進行研究。由于本工程涉及與1號線一期工程的銜接，以及下穿滹沱河等情況，因此，對該工程進行了預可行性研究、客流預測、地震安全性評價等專題研究。

2)結合正定新區市政設施建設進程，按照“先地下、后地上”的實施原則，預留軌道交通土建工程，且預留工程與市政道路、直埋管線、綜合管廊、地下過街通道、橋梁等進行統籌設計與施工。

3)應明確所采用的設備系統類型，雖近期只實施土建工程，但相應的設備孔洞及設備基礎也應進行預留。根據1號線二期工程整體建設進度，本工程預留年限為5年，因此，設備系統選型參照已建成的1號線一期工程即可。

4)應對預留工程兩側的車站和區間進行深入研究，確保后續線路與預留工程車站連接的可實施性;同時與規劃對接，對周邊建設進行控制，且應將軌道交通預留工程周邊一定的范圍納入控制性詳細規劃。

5)針對換乘車站的預留，除對近期實施的車站進行設計外，對于換乘車站的后期銜接也應進行充分論證。換乘節點是否同期實施應根據地層、周邊規劃、市政設施、后續線路建設進度等綜合確定。

6)土建實施時要預留設備專業相關的孔洞，設備雖近期不安裝，也應明確預留工程所采用的系統形式，使設備孔洞及其基礎的預留盡量準確，且后期設備安裝、運輸路徑亦應充分考慮。

7)預留工程附屬與市政管線的接駁預留也應同步設計，避免道路及管線敷設完成后，后期管線接入車站時對道路和管線造成影響。

3 地鐵車站封堵及預留措施

3.1 盾構吊裝孔的預留與封堵

如圖3所示，除需實施的預留工程4站、3區間外，還需在會展中心站南端及天元湖站北端預留盾構接收吊裝孔。盾構吊裝孔封堵原則是既便于后期打開，減少對道路、管線等的影響，又不破壞既有結構、便于后期永久性封堵。本工程采用如圖3所示的預制板封堵方案。

圖3 盾構吊裝孔封堵圖Fig.3 Shield lifting hole blocking

在盾構吊裝孔周邊預留環框梁，并在環框梁上設鋼筋混凝土結構墻。預制板可在工地預制，其長度滿足搭接要求，寬度宜為1.2～1.5 m;并在預制板上方現澆部分混凝土(內置單層鋼筋網片)，以滿足防水要求。上述做法有以下優點:

1)不在原頂板處封堵，避免后期頂板位置鑿除及恢復對結構的破壞。

2)采用預制板封堵，避免現澆混凝土封堵時從底板進行“高支模”的困難。

4)在中板位置的盾構孔邊梁跨中設置寬800 mm、高400 mm的梁，以減小孔邊梁的受力。

3.2 盾構進出洞位置處的封堵

車站端墻處盾構進出洞位置處的封堵原則為:①便于施工;②確保水不進入車站;③對盾構預埋鋼環無影響或影響較小。

本工程地下水位較低，且由于外側存在圍護樁，可有效抵抗外側土壓力。但考慮到降雨、管線滲漏等原因，可采用混凝土墻封堵、鋼筋與預留鋼環焊接等措施。

3.3 盾構端頭加固

車站實施完成后，管線和市政道路的實施，使后期從地面進行盾構端頭加固較困難，且對地面交通干擾較大。本工程在盾構進出洞位置處，車站圍護樁采用玻璃纖維筋樁，并在其外側設置2排梅花型素樁，用于盾構接收。

3.4 車站附屬封堵措施

3.4.1 附屬封堵

車站出入口、風井風孔的封堵方案與盾構吊裝孔處的封堵方案相同。

3.4.2 附屬穿墻管線的封堵方案

附屬風道和附屬出入口存在穿墻管線預留孔洞，需要對其進行臨時封堵。封堵時間較長，封堵時既要保證外側水不進入車站，還要方便后期打開。

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本文以現場試驗的方式對附屬穿墻管線的封堵方案進行了比選。

1)方案1:在鋼板上焊接鋼筋爪，同時采用防水膠進行固定(見圖4)。鋼板長120 mm、寬100 mm、厚10 mm。在鋼板上焊接3根鋼筋爪，鋼筋爪采用6 mm的鋼筋，長100 mm，端頭彎折180°;3根鋼筋爪焊接位置可調整，彎鉤外徑略小于預埋管內徑，使其能夠卡緊管壁;鋼板鋼筋爪一側涂抹防水膠，使其和混凝土墻壁密貼，防止滲漏水，鋼板外側再粘貼防水卷材。

圖4 鋼板焊接封堵Fig.4 Steel plate welding blocking

2)方案2:法蘭盤封堵(見圖5)。

圖5 法蘭盤封堵Fig.5 Flange blocking

3)方案3:鋼板焊接封堵(見圖6)。

圖6 鋼板焊接封堵Fig.6 Steel plate welding blocking

4)方案4:預制橡膠塞封堵(見圖7)。

圖7 預制橡膠塞封堵Fig.7 Prefabricated rubber plug blocking

設置蓄水池樣板件。蓄水池內部長1 200 mm、寬600 mm、高700 mm、壁厚150 mm，在其側壁上各預留4個DN 100 mm、4個DN 80 mm(DN為公稱直徑)的鍍鋅鋼管穿墻管。蓄水池試驗如圖8所示。

圖8 蓄水池試驗Fig.8 Reservoir test

蓄水池內預埋管按照4種試驗方案進行封堵，池壁標注好刻度，池內蓄水24 h后，觀察池內水位變化及墻壁外側預埋管處滲漏水情況。根據蓄水試驗記錄，4種封堵方案在防水效果上均能滿足設計要求。考慮耐久性等要求，本工程采用方案2進行孔洞臨時封堵，后期實施時對于多預留的孔洞采用方案1進行永久封堵，并填充混凝土。

3.4.3 附屬與市政管線的連接預留

附屬與市政管線，如管廊內的管線或者直埋管線，應做好充分的對接與預留，同時做好相應的管線接口，以及管線敷設及管井的預留，避免后期與市政管線連接時破壞管線及市政道路，如消防水管、污水管、供電管線等。

3.4.4 附屬與周邊商業開發接口的預留

由于車站土建實施時出入口周邊尚未開發，應進行充分預留。對周邊商業或辦公用地存在與車站接駁可能性的位置應預留暗梁、暗柱，便于后期打開，在近期投資較小的情況下大幅減少后期改造的費用及風險。

由于無相關接駁資料及商業對接方，預留接口的寬度可根據周邊規劃情況確定，通常不宜小于出入口通道寬度。

4 換乘站的預留

4.1 同期實施換乘節點

1號線行政中心站與4號線換乘時，考慮到正定新區的規劃發展及4號線的建設進度，換乘節點應與1號線行政中心站同期實施。由于道路東側預留綜合管廊空間，此車站采用T型換乘方案［7］，如圖9所示。

圖9 換乘節點斷面圖Fig.9 Cross-section diagram of the transfer node

1)將遠期換乘站接口位置的結構側墻適當外放，減少后期鑿墻對運營產生影響。

2)若近期實施車站采用圓柱時，此方案不影響側墻處圓柱的實施。

3)后期車站鋼筋連接方便，避免在側墻梁柱節點鋼筋較多處預留鋼筋接駁器無法連接的情況。

4)區間范圍內的車站圍護樁宜采用玻璃纖維筋樁，便于后期盾構施工。

5)換乘節點處預留區間接口。由于換乘車站一般位于主要的交通路口，后期區間施工時，不具備明挖或者節點處盾構始發或接收的條件。如果采用盾構法施工，換乘節點處的地下三層車站結構應考慮盾構過站條件(一般僅在換乘節點處過站，通過換乘節點后將盾構機從遠期車站吊出)。因此，換乘節點處側墻應加寬，底板應適當下沉，以滿足后期盾構通過的條件。

4.2 非同期實施換乘節點的預留措施

天元湖站與2號線二期工程換乘。考慮到2號線二期工程的建設進度，以及天元湖站位于正定新區起步區的邊緣，2號線二期工程天元湖站站位存在一定的不確定性，故本期不同期實施換乘節點，僅實施近期車站，但在車站底板下方需預留一定的后期實施條件。在車站底板下方預留3排 0.8 m、間距1.3 m圍護樁，并在上部設置冠梁，后期采用暗挖通過條件。

5 地鐵車站設備的預留預埋

5.1 人防門

出入口和風道處的人防門在預留工程實施時應同期安裝完成，避免后期實施困難，但區間隔斷門近期實施會對后期盾構施工產生影響，故此處人防門無法安裝。由于人防門尺寸及質量較大，后期從區間或者風井吊入困難，因此，需要將人防門提前從盾構吊裝孔吊入車站，并放置在安裝位置附近，待后期盾構區間實施完成后再進行安裝。同時人防門應做好防腐防銹蝕措施。

5.2 車站孔洞及設備基礎的預留

設備專業應進行與土建專業同等深度的設計，充分考慮設備系統變化的可能性，并預留靈活的條件。設備孔洞預留應充分、靈活，減少后期改造［7-8］。對于較大的孔洞，應在孔洞周邊預留鋼筋，若孔洞后期不使用，可便于后期封堵，減少植筋。

設備基礎應做好鋼筋的預留及防銹措施。預留設備基礎的范圍宜適當放大，充分考慮設備基礎放置的不確定性。

5.3 設備運輸路徑

由于設備近期不安裝，車站需預留可行的設備運輸通道，特別是變壓器、風機、消聲器、空調機組等大型設備。后期設備運輸存在2條路徑［9］:

1)風井→風道→中板吊裝孔→站臺層安裝位置;

2)車輛段(車輛綜合維修基地)→區間→中板吊裝孔→站廳層安裝位置。

針對變壓器、風機等重型設備，應考慮運輸路徑的荷載、吊裝孔的預埋吊鉤等問題。

6 結語

1)預留工程應明確設計原則與標準、預留年限，預留設計的依據文件應充分、詳實。

2)車站主體工程包含盾構吊裝孔、出土孔，盾構進出洞位置封堵，端頭加固的預留，以及該線路與其他線路節點的預留。

3)車站附屬工程包含出入口、風井風孔、穿墻管線的封堵，以及與市政管線的連接預留、周邊商業開發的預留。封堵及預留的原則是節約造價、易于施工、對既有結構的影響小、便于后期使用等。

4)設備的預留、預埋包含人防門、車站孔洞的預留，設備基礎的預留，以及設備運輸路徑的預留等。