矩形頂管通道在天津軌道交通中應用與分析

李朋輝

（中鐵上海設計院集團有限公司，天津 300073）

0 引言

天津軌道交通線路逐漸成網，成為居民出行的首選，發揮了公共交通的骨干作用，逐漸實現綠色、低碳出行。隨著建設進程的推進，越來越多的中心城區外圍的車站建設提上日程，天津中心城區外圍區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到60～100m，城市外圍區域乘客的過街通行需求也愈發迫切。隨著軌道交通建設進程的推進，堅持“以人民為中心”的發展理念是做好新建軌道交通工程、提升既有軌道工程服務水平的關鍵。矩形頂管通道技術愈發成熟并在軌道交通行業內得到普遍應用，越來越多頂管通道的實施應用解決了居民出行的難題。

1 工程實例

1.1 工程概況

天津某工程北起北辰區小街，南至東麗區民航大學，為城區西北至東南方向的軌道交通骨干線，正線全長41.4km，設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，起到聯系南北城區的作用。該工程在越過天津中心城區中環的東西半環后，工程北段部分主要沿著京津公路敷設，南段部分主要沿著津濱大道敷設。依據《天津市城市總體規劃（2005—2020 年）》的中心城市道路交通規劃，京津公路、津濱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設置，對道路另一側的客流服務水平就有所下降。為解決上述難題，如果實現出入口通道對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

在國內各大城市，為更好服務居民，實現地鐵過街口及地下通道功能，例如，北京長安街下設置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。受制于長安街的重要性，過街通道并未采用傳統的明挖法施工，而是采用技術復雜、難度大且對地層要求高的“淺埋暗挖法”修建。

但由于天津市地處渤海灣地區，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”，如采用傳統明挖法施工，則需要中斷交通、遷改大量市政管線，社會影響極大。

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明挖施工，一般會翻交分段施工，即將橫穿道路的通道沿縱向分成幾個施工區段，在未施工區段可維持地面交通，但在津濱大道、京津路處如此施工將會對津濱高速上下行車輛造成很大影響。另外，過街通道施工時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合道路翻交同時進行；市政管線的搬遷一般會涉及多個權屬單位，各單位間協調工作復雜且搬遷費用昂貴，某些管線的搬遷工作往往受到一些客觀因素的影響，遲遲不能進行，乃至影響總工期。明挖法施工的優勢往往在于土建造價較低，而矩形頂管法地下通道單位長度造價要高于明挖法。但是，如果將地下管線的改遷費用、道路翻交費用一并考慮，在一般大城市，上述兩種施工工法的綜合經濟成本就相當了，對于地下存在搬遷費用較高管線（信息管、通信管、電力管、大直徑壓力排水管等），則運用矩形頂管法有著顯著優勢。如果將道路通行受阻、施工噪音等社會成本也納入考慮范圍，矩形頂管法相對于明挖法有不可替代的優勢。

2 矩形頂管選型設計

據統計，該工程共設置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用頂管技術最多的一條線路。截至目前該工程有6 處矩形頂管已經建成投入使用，另外13 處目前還在建設過程中。以下結合該工程矩形頂管通道設計過程中的重點、要點進行研究。

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，車站只能設置于城市寬度路的一側[1]；同時，部分車站道路兩側均有客流服務需求，此時從服務功能、客流吸引角度上滿足道路另外一側乘客進出站、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的客流進出站問題，同時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合現場條件考慮頂管始發接收井的設置，其中始發井尺寸受頂管尺寸的限制，頂管尺寸越大，需要的機械尺寸越大，同時頂管的始發接收井的面積越大，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整至站內，從而節省一定工程費，上述方案也在該工程在建頂管通道中廣泛應用。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

《地鐵設計規范》9.3.15 中規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準段寬度為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，同時不降低城市軌道交通的服務水平，并考慮節省部分工程費用，該工程選用結構寬度6m，裝修后凈寬5.5m 的橫向尺寸[4]。

2.3 矩形頂管通道高度

《地鐵設計規范》9.3.15 中規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準段裝修高度為2.6～2.8m。但矩形頂管通道多設置于跨越城市快速道，通道長度較長，《地鐵設計規范》28.4.3 條第2 款，對連續長度大于60m 的出入口通道要求設置機械排煙設施，條文解釋中明確出入口通道長度需計算至出入口敞口段，且通道內坡道及樓扶梯需要計算斜線長度[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，同時不降低城市軌道交通的乘坐舒適度，并考慮通道內排煙設施及其余必須管線的安裝及檢修空間，該工程選用結構高度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、高尺寸僅為復核本工程使用需求的尺寸，未來隨著服務功能需求的提升，客流強度的提高，矩形頂管的尺寸可以隨著不同需求進行優化設計。

隨著軌道交通建設進程的推進，堅持“以人民為中心”的發展理念是做好新建軌道交通工程、提升既有軌道工程服務水平的關鍵。為更好地服務人民出行，天津軌道交通集團結合落實市委、市政府“十項行動”，精準對接社會發展所需和群眾所盼，增建21 個出入口，著力解決快速路兩側等重點區域市民乘車難問題，加快地鐵與周邊商業、醫院等融合。目前已開通順馳橋站、腫瘤醫院站等11 個過街出入口，滿足了周邊近30 萬群眾乘車、購物、就醫等需求，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計

3.1 矩形頂管長度設計

《地鐵設計規范》28.2.10 中第4 條規定地下出入口通道的長度不宜超過100m，當超過時應采取滿足人員消防疏散要求的措施[4]；《地鐵設計防火標準》5.2.6 中出入口通道的長度不宜大于100m[5]；當大于100m 時，應增設安全出口，且該通道內任一點至最近安全出口的疏散距離不應大于50m。結合規范要求，針對出入口長度超100m 情況，設置樓梯間是直接、有效的方式，但在矩形頂管通道中，需要增設中間井來實施樓梯間，樓梯間設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城市快速路兩側人行道、增設中間井而帶來的工程費增加、附屬設施進入道路紅線的規劃審批問題等一系列棘手問題。

《地鐵設計防火標準》2.0.1 中對安全出口有明確的定義：供人員安全疏散，并能直接通向室內外安全區域的車站出口、樓梯或扶梯的出口、聯絡通道的入口、區間風井內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，經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到疏散通道口的最大疏散距離不超過50m，防煙分區的面積不超過2000m2的前提下，出入口通道內的擋煙垂壁位置盡量靠近矩形頂管通道設置。同時在頂管始發井一側設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合設置，并在敞口段設置防火門，該處防火門距離出入口口部距離不小于10m。當通道內發生火災時，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疏散，通過其他出入口出站。

3.2 矩形頂管防排煙設計

上文中提到，出入口通道超過60m 需要設置機械排煙設施，且地鐵出入口通道內自身發生火災的危險性系數較小，主要考慮人為或者意外火災工況，而發生火災時主要是有毒高溫煙氣等，因此考慮出入口通道設置單獨的防煙分區。但由于矩形頂管通道與車站機房較遠，且車站管理用房區域管線較多，出入口排煙風管很難敷設到設備區的排煙機房，因此，超長出入口通道設置排煙機房，煙氣通過排煙風機和排煙風管直接排至室外，排煙機房可與出入口地面廳合建。排煙機房與出入口地面布置示意圖如圖4 所示。

圖4 排煙機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：排煙風管利用樓扶梯、電梯吊頂上方空間延伸至排煙風道人防段，排煙風管若從出入口通道人防門門洞內穿越，后續人防門檢修是需拆除出入口通道內吊頂及該范圍排煙風管等，對車站運營存在一定影響；通過設置排煙風道人防段，將排煙風道路由由吊頂上方調整至人防門門洞中穿越，后續只需拆除小部分風管即可滿足人防門檢修要求。

4 結語

隨著軌道交通建設進程的加快，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用也會越發普遍。同時隨著設計規范的不斷補充完善，施工工法的不斷拓展，施工設備的不斷優化創造，未來的矩形頂管通道的工業也會更加成熟，其實際運用也更加靈活，運用領域也更加廣闊。

采用矩形頂管法實現了在過街通道、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，對地下工程的建設起到了十分積極的作用，矩形頂管將在地下工程的建設中發揮越來越重要的作用。