石家庄正定新区地铁1号线二期市政预留工程设计

王琦 牛斌

(北京城建设计发展集团股份有限公司，100037，北京∥第一作者，高级工程师)

为了缓解城市中心城区的压力，很多城市规划了新区，并在新区规划城市轨道交通线路。由于这些线路并不在近期建设规划实施范围内，如果不预留轨道交通土建工程，则在新区道路、市政管线、综合管廊实施后［1］，后期再实施轨道交通工程时可能会导致土建实施困难、管线二次迁改，以及道路破复等情况发生［2-4］。目前，北京、南京、郑州、石家庄、河北雄安新区等城市与地区均进行了部分车站和区间的预留。城市轨道交通预留工程的建设需进行综合统筹、充分论证，确定轨道交通工程预留的原则与标准、近期封堵措施，以及与后期的接驳等内容，真正做到预留工程“埋而可用”。

文献［2］阐述了在城市高架路和立交桥建设时有效预留轨道交通节点方案。文献［5］结合北京地铁14号线红庙站预留改造工程实例，对因外部条件导致的全线局部车站无法建成的工程进行分析，在研究周边条件的基础上，对站位设置、预留方式、远期实施可行性、既有车站的改造、改造后工程的防火及疏散、机电设备系统改造及人防等问题进行了深入探讨。文献［6］对地铁车站给排水土建预留工程进行了探讨。

以石家庄正定新区地铁1号线(以下简为“1号线”)二期市政预留工程4站、3区间为例，对车站和区间的预留、封堵，设备预留及运输路径等进行了研究，可为后续工程提供借鉴。

1 工程概况

1.1 1号线二期工程概况

1号线二期工程(见图1)全长13.5 km，设置车站8座，其中换乘站2座。该线路在行政中心站与规划M4线(见图1中④)进行换乘，在天元湖站与规划M2线(见图1中②)换乘。本次预留工程包含4站(会展中心站、行政中心站、园博园站、天元湖站)、3区间(会展中心站—行政中心站区间、行政中心站—园博园站区间、园博园站—天元湖站区间)。

图1 1号线二期工程示意图Fig.1 Diagram of the reserved phase II project of Line 1

1.2 正定新区市政预留工程概况

正定新区是石家庄市都市区的组成部分，在2020年城市总体规划中属于“一城三区”的重要一区。该区总占地面积为135 km2，总人口规模为140万人。其中，正定新区起步区占地面积为27 km2，居住人口规模为30万人。

正定新区起步区范围内规划有道路、综合管廊、直埋市政管线、桥梁、地下过街通道等市政工程，需要与1号线预留的地铁车站或区间同步设计与实施。车站为标准两层车站，覆土厚3.0 m;综合管廊宽9.3 m、高5.4 m，覆土厚2.5 m，管廊在车站出入口范围下沉至出入口底板下方。1号线预留的地铁车站与综合管廊、市政管线的位置关系，如图2所示。

图2 1号线预留的地铁车站与综合管廊、市政管线的位置关系示意图Fig.2 Diagram of positional relationship between the reserved metro station，integrated pipe gallery and municipal pipeline on Line 1

车站及区间范围内的地层主要为杂填土、黄土状粉质黏土、粉土、粉细砂、中粗砂、粉质黏土层、中粗砂含卵石层等。车站结构底板位于粉质黏土层及中粗砂层，区间底板大部分位于中粗砂含卵石层;地下水位埋深约39 m，位于车站及区间底板下方，故施工时不需要降水。

2 城市轨道交通市政预留工程设计的原则与标准

城市轨道交通市政预留工程一般由省或市行政主管部门审批建设，虽然建设手续与常规轨道交通工程不同，但后期仍作为轨道交通工程使用。因此，除了遵循一般轨道交通设计的原则和标准外，还应满足其工程特点。

1)预留工程设计的原则是“埋而可用”，故须参考已建地铁线路，并对全线进行研究。由于本工程涉及与1号线一期工程的衔接，以及下穿滹沱河等情况，因此，对该工程进行了预可行性研究、客流预测、地震安全性评价等专题研究。

2)结合正定新区市政设施建设进程，按照“先地下、后地上”的实施原则，预留轨道交通土建工程，且预留工程与市政道路、直埋管线、综合管廊、地下过街通道、桥梁等进行统筹设计与施工。

3)应明确所采用的设备系统类型，虽近期只实施土建工程，但相应的设备孔洞及设备基础也应进行预留。根据1号线二期工程整体建设进度，本工程预留年限为5年，因此，设备系统选型参照已建成的1号线一期工程即可。

4)应对预留工程两侧的车站和区间进行深入研究，确保后续线路与预留工程车站连接的可实施性;同时与规划对接，对周边建设进行控制，且应将轨道交通预留工程周边一定的范围纳入控制性详细规划。

5)针对换乘车站的预留，除对近期实施的车站进行设计外，对于换乘车站的后期衔接也应进行充分论证。换乘节点是否同期实施应根据地层、周边规划、市政设施、后续线路建设进度等综合确定。

6)土建实施时要预留设备专业相关的孔洞，设备虽近期不安装，也应明确预留工程所采用的系统形式，使设备孔洞及其基础的预留尽量准确，且后期设备安装、运输路径亦应充分考虑。

7)预留工程附属与市政管线的接驳预留也应同步设计，避免道路及管线敷设完成后，后期管线接入车站时对道路和管线造成影响。

3 地铁车站封堵及预留措施

3.1 盾构吊装孔的预留与封堵

如图3所示，除需实施的预留工程4站、3区间外，还需在会展中心站南端及天元湖站北端预留盾构接收吊装孔。盾构吊装孔封堵原则是既便于后期打开，减少对道路、管线等的影响，又不破坏既有结构、便于后期永久性封堵。本工程采用如图3所示的预制板封堵方案。

图3 盾构吊装孔封堵图Fig.3 Shield lifting hole blocking

在盾构吊装孔周边预留环框梁，并在环框梁上设钢筋混凝土结构墙。预制板可在工地预制，其长度满足搭接要求，宽度宜为1.2～1.5 m;并在预制板上方现浇部分混凝土(内置单层钢筋网片)，以满足防水要求。上述做法有以下优点:

1)不在原顶板处封堵，避免后期顶板位置凿除及恢复对结构的破坏。

2)采用预制板封堵，避免现浇混凝土封堵时从底板进行“高支模”的困难。

4)在中板位置的盾构孔边梁跨中设置宽800 mm、高400 mm的梁，以减小孔边梁的受力。

3.2 盾构进出洞位置处的封堵

车站端墙处盾构进出洞位置处的封堵原则为:①便于施工;②确保水不进入车站;③对盾构预埋钢环无影响或影响较小。

本工程地下水位较低，且由于外侧存在围护桩，可有效抵抗外侧土压力。但考虑到降雨、管线渗漏等原因，可采用混凝土墙封堵、钢筋与预留钢环焊接等措施。

3.3 盾构端头加固

车站实施完成后，管线和市政道路的实施，使后期从地面进行盾构端头加固较困难，且对地面交通干扰较大。本工程在盾构进出洞位置处，车站围护桩采用玻璃纤维筋桩，并在其外侧设置2排梅花型素桩，用于盾构接收。

3.4 车站附属封堵措施

3.4.1 附属封堵

车站出入口、风井风孔的封堵方案与盾构吊装孔处的封堵方案相同。

3.4.2 附属穿墙管线的封堵方案

附属风道和附属出入口存在穿墙管线预留孔洞，需要对其进行临时封堵。封堵时间较长，封堵时既要保证外侧水不进入车站，还要方便后期打开。

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本文以现场试验的方式对附属穿墙管线的封堵方案进行了比选。

1)方案1:在钢板上焊接钢筋爪，同时采用防水胶进行固定(见图4)。钢板长120 mm、宽100 mm、厚10 mm。在钢板上焊接3根钢筋爪，钢筋爪采用6 mm的钢筋，长100 mm，端头弯折180°;3根钢筋爪焊接位置可调整，弯钩外径略小于预埋管内径，使其能够卡紧管壁;钢板钢筋爪一侧涂抹防水胶，使其和混凝土墙壁密贴，防止渗漏水，钢板外侧再粘贴防水卷材。

图4 钢板焊接封堵Fig.4 Steel plate welding blocking

2)方案2:法兰盘封堵(见图5)。

图5 法兰盘封堵Fig.5 Flange blocking

3)方案3:钢板焊接封堵(见图6)。

图6 钢板焊接封堵Fig.6 Steel plate welding blocking

4)方案4:预制橡胶塞封堵(见图7)。

图7 预制橡胶塞封堵Fig.7 Prefabricated rubber plug blocking

设置蓄水池样板件。蓄水池内部长1 200 mm、宽600 mm、高700 mm、壁厚150 mm，在其侧壁上各预留4个DN 100 mm、4个DN 80 mm(DN为公称直径)的镀锌钢管穿墙管。蓄水池试验如图8所示。

图8 蓄水池试验Fig.8 Reservoir test

蓄水池内预埋管按照4种试验方案进行封堵，池壁标注好刻度，池内蓄水24 h后，观察池内水位变化及墙壁外侧预埋管处渗漏水情况。根据蓄水试验记录，4种封堵方案在防水效果上均能满足设计要求。考虑耐久性等要求，本工程采用方案2进行孔洞临时封堵，后期实施时对于多预留的孔洞采用方案1进行永久封堵，并填充混凝土。

3.4.3 附属与市政管线的连接预留

附属与市政管线，如管廊内的管线或者直埋管线，应做好充分的对接与预留，同时做好相应的管线接口，以及管线敷设及管井的预留，避免后期与市政管线连接时破坏管线及市政道路，如消防水管、污水管、供电管线等。

3.4.4 附属与周边商业开发接口的预留

由于车站土建实施时出入口周边尚未开发，应进行充分预留。对周边商业或办公用地存在与车站接驳可能性的位置应预留暗梁、暗柱，便于后期打开，在近期投资较小的情况下大幅减少后期改造的费用及风险。

由于无相关接驳资料及商业对接方，预留接口的宽度可根据周边规划情况确定，通常不宜小于出入口通道宽度。

4 换乘站的预留

4.1 同期实施换乘节点

1号线行政中心站与4号线换乘时，考虑到正定新区的规划发展及4号线的建设进度，换乘节点应与1号线行政中心站同期实施。由于道路东侧预留综合管廊空间，此车站采用T型换乘方案［7］，如图9所示。

图9 换乘节点断面图Fig.9 Cross-section diagram of the transfer node

1)将远期换乘站接口位置的结构侧墙适当外放，减少后期凿墙对运营产生影响。

2)若近期实施车站采用圆柱时，此方案不影响侧墙处圆柱的实施。

3)后期车站钢筋连接方便，避免在侧墙梁柱节点钢筋较多处预留钢筋接驳器无法连接的情况。

4)区间范围内的车站围护桩宜采用玻璃纤维筋桩，便于后期盾构施工。

5)换乘节点处预留区间接口。由于换乘车站一般位于主要的交通路口，后期区间施工时，不具备明挖或者节点处盾构始发或接收的条件。如果采用盾构法施工，换乘节点处的地下三层车站结构应考虑盾构过站条件(一般仅在换乘节点处过站，通过换乘节点后将盾构机从远期车站吊出)。因此，换乘节点处侧墙应加宽，底板应适当下沉，以满足后期盾构通过的条件。

4.2 非同期实施换乘节点的预留措施

天元湖站与2号线二期工程换乘。考虑到2号线二期工程的建设进度，以及天元湖站位于正定新区起步区的边缘，2号线二期工程天元湖站站位存在一定的不确定性，故本期不同期实施换乘节点，仅实施近期车站，但在车站底板下方需预留一定的后期实施条件。在车站底板下方预留3排 0.8 m、间距1.3 m围护桩，并在上部设置冠梁，后期采用暗挖通过条件。

5 地铁车站设备的预留预埋

5.1 人防门

出入口和风道处的人防门在预留工程实施时应同期安装完成，避免后期实施困难，但区间隔断门近期实施会对后期盾构施工产生影响，故此处人防门无法安装。由于人防门尺寸及质量较大，后期从区间或者风井吊入困难，因此，需要将人防门提前从盾构吊装孔吊入车站，并放置在安装位置附近，待后期盾构区间实施完成后再进行安装。同时人防门应做好防腐防锈蚀措施。

5.2 车站孔洞及设备基础的预留

设备专业应进行与土建专业同等深度的设计，充分考虑设备系统变化的可能性，并预留灵活的条件。设备孔洞预留应充分、灵活，减少后期改造［7-8］。对于较大的孔洞，应在孔洞周边预留钢筋，若孔洞后期不使用，可便于后期封堵，减少植筋。

设备基础应做好钢筋的预留及防锈措施。预留设备基础的范围宜适当放大，充分考虑设备基础放置的不确定性。

5.3 设备运输路径

由于设备近期不安装，车站需预留可行的设备运输通道，特别是变压器、风机、消声器、空调机组等大型设备。后期设备运输存在2条路径［9］:

1)风井→风道→中板吊装孔→站台层安装位置;

2)车辆段(车辆综合维修基地)→区间→中板吊装孔→站厅层安装位置。

针对变压器、风机等重型设备，应考虑运输路径的荷载、吊装孔的预埋吊钩等问题。

6 结语

1)预留工程应明确设计原则与标准、预留年限，预留设计的依据文件应充分、详实。

2)车站主体工程包含盾构吊装孔、出土孔，盾构进出洞位置封堵，端头加固的预留，以及该线路与其他线路节点的预留。

3)车站附属工程包含出入口、风井风孔、穿墙管线的封堵，以及与市政管线的连接预留、周边商业开发的预留。封堵及预留的原则是节约造价、易于施工、对既有结构的影响小、便于后期使用等。

4)设备的预留、预埋包含人防门、车站孔洞的预留，设备基础的预留，以及设备运输路径的预留等。