软土地层中盾构隧道地震反应分析

软土地层中盾构隧道地震反应分析 作者 来源 时间 2005 11 4 22 11 26 提要 采用动力有限元 双渐近多向透射边界方法计算了软土地层中盾构隧道的地震响 应 分析了洞体参数 包括洞径 埋深及衬砌弹模 对盾构隧道地震响应的影响 得出的规律可 为地铁抗震分析提供依据 关键词 动力有限元 双渐近多向透射边界 软土盾构隧道 地震响应 SEISMIC RESPONSE ANALYSIS OF SHIELD TUNNEL IN SOFT SOIL Sun Haitao Department of Geotechnical Engineering Tongji University Shanghai 20092 Abstract Based on dynamic finite element doubly asymptotic multi directional transmitting boundary method the seismic response of shield tunnel in soft soil is calculated The influence of some parameters such as diameter depth of tunnel Young s module of lining is analyzed The results can be the basis of seismic analysis of subway Keywords Dynamic finite element doubly asymptotic multi directional transmitting boundary shield tunnel in soft soil Seismic response 1 引言 随着城市建设的不断发展 城市规模不断扩大 人口也日益聚集和增多 城市的交通成为 制约城市全方位发展的 瓶颈 道路面积的紧张促使人们对地下空间这一重要资源进行开发 兴建城市地下交通已成为解决城市交通问题的一个十分有效的手段 近年来地铁在我国得到迅 速的发展 北京 上海 广州相继开通了地铁 另外重庆 青岛 深圳 南京等大中城市都已 经正在建造或筹建地铁 由于我国大部分地区为地震设防区 地铁又是生命线工程的重要组成 部分 因此地铁的抗震分析及其安全性评价成为重要的研究课题 目前 地铁建设大多采用盾构法施工 盾构隧道的抗震分析方法主要采用地震系数法和反 应位移法 地震系数法基本思想是将作用在地下结构上的地震等效为静力 其作用的位置为构 件的重心 大小为结构重量乘以设计地震系数 反应位移法 即不考虑地下结构本身的惯性力 和阻尼项 而仅把地下结构看作一根弹性地基梁 通过一系列弹簧与地层连接 这样地下结构 所受的地震力由周围土层的位移所决定 通过土层变形来计算结构的地震响应 这两种方法其 实都是拟静力法 它们的优点是计算简便 但不能很好地处理介质中的非均匀性 各向异性 非线性及复杂的几何形状及边界条件 因此具有一定的局限性 而采用动力有限元法则可避免 这些缺点 并且在计算精度上较为可靠 1 2 3 本文将动力有限元方法与双渐近多向透射边界相结合 形成动力有限元一双渐近多向透射 边界计算方法 利用该方法计算了盾构隧道的地震响应 分析了洞体参数对其地震响应的影响 得出的规律可为地铁的抗震分析和安全性评价提供依据 2 动力有限元一双渐近多向透射边界方法基本原理 2 1 动力平衡方程 在地震作用下 有限元体系在 t t 时刻的运动平衡方程 4 为 Mt t Ct t Kut t MI g t t 式中 M 为体系中的总质量矩阵 K 为体系的总刚度矩阵 t t 为体系的结点加速度向量 t t 为体系的结点速度向量 ut t 为体系的结点位移向量 g t t 为基岩面加速度 I 为 单位激振矢量 C 为体系的总阻尼矩阵 在本文分析中采用瑞利阻尼 其式如下 C M K 2 式中 和 按下式确定 2 i j j i 2j 2i i j 2 j i i j 2j 2i 3 其中 i j 为阻尼比 i j 为固有频率 2 2 单元类型及积分方法 对土 隧道体系进行有限元离散时 衬砌用二结点六自由度的梁单元弹性模型来模拟 土体用四结点平面单元弹塑性模型来模拟 本文采用 Newmark 逐步积分法求解运动平衡方程 式 1 它使用了下列假定 t t t 1 t t t t 4 ut t ut t t 0 5 t t t t2 5 式中 为积分常数 当 0 5 0 25 时该方法是无条件稳定的 5 联立方程 4 5 可得由未知位移 ut t 表示的 t t 和 t t 的方程 将这些 t t 的 关系式代入方程 1 以求解位移 ut t 最后由式 4 即可解出 t t 和 t t 2 3 边界条件 在进行动态分析之前 必须先对土 隧道体系进行静态分析 以得到该体系的初始状态 然后将其加入到动态分析的数据中去 对于静力计算 采用底端固定 两侧水平向固定 竖直 方自由的边界条件 由于本文只考虑水平方向地震加速度 故对于动力计算则采用底部水平向自由 坚直向固 定 两侧竖直向固定 而水平向为透射边界的边界条件 这是为表示没有被明显模拟的从人工 边界直到无限远处的那部分介质的影响 水平向的透射边界是基于 J P Wolf 和 C Song 于 1995 年提出的动力无限介质 结构相互 作用分析的双渐近多向透射边界 6 其基本原理如下述 假设边界在理念上被移动到第 j 列 如图 1 所示 向量 uj 表示离透射边界第 j 列上所有节 点的位移 Rj 表示相应总的相互作用力 第 n 时点人工边界的条件可列式为 R0n K0 u0 n C0 u0 t n Q0 n 式中 Q0 n 表示由多向边界条件基于前一时步的 Qj 预测的 剩余 相互作用力 式 6 直接参与有限元列式得 Qon 2 a1 Qon 1 1 a1 a2 Qon 2 a1Q1n 1 a1 2a2 Q1n 2 a2Q2n 2 7 式中 a1 t x cs cos 1 cs cos 2 8 a2 t2 x2 cs cos 1 cs cos 2 9 x 为有限单元长度 独立计算出 Q0 n 中的每个分量后 人工边界条件式 6 参与整个动力系统有限单元的列 式 其解得出所有节点上的位移 速度和加速度 这允许和有限元的刚度和质量矩阵来计算其 节点力 通过将边界移动到 j 1 和 2 列 可以利用平衡方程由节点力确定相互作用力 Rj j 1 2 剩余相互作用力方程可类似于式 6 列式 Qjn Rjn Kj ujn Cj uj t n j 1 2 10 Qj j 1 2 用在下一时步 根据上述基本原理 笔者编制了相应的计算程序 SAST Seismic Analysis of Shield Tunnel 该程序具有以下特点 1 适用于由平面单元和梁单元形成的混合体系 2 考虑了材料非线性 采用关联流动法则和多种屈服准则 3 采用 Newmark 隐式时间积分法求解运动方程 4 边界条件可采用普通边界或双渐近多向透射边界条件 5 地震加速度可根据需要输给体系中任何部分 6 土体和衬砌可采用不同的阻尼系数 7 可求解平面应力 应变和轴对称的动态瞬变问题 3 实例分析 3 1 土层 衬砌参数及地震动输入 本文计算的土层参数采用的是上海地区典型土层参数 衬砌参数采用上海地铁二号线的相 关参数 土层及衬砌参数见表 1 将土 隧道体系进行有限元离散得图 3 所示的有限元网格 计算时 只考虑水平地震加速度 按地震烈度为 7 度生成的人工地震波的波形如图 4 所示 3 2 盾构隧道的地震响应 对于图 3 所示的土 隧道离散体系 其参数与表 1 同 受地震波的作用 利用 SAST 进 行计算 计算采用的时间步长为 0 01 秒 每隔 0 1 秒输出衬砌的位移以及衬砌的内力 经计算 得洞顶的位移 弯矩 只受地震作用 时程曲线 可看出 动位移和动弯矩的时程曲线的振动周 期基本相同 由于 10 秒后地震作用减弱 二者也出现了衰减趋势 给出土 隧道体系分别在纯静力 只受重力作用 纯动力 只受地震作用 的衬砌内力以 及地震时衬砌的真实内力 最大内力包络图 图中的数字大小及位置表示最大内力的大小及位 置 可看出 当土 隧道只受重力作用时 衬砌的左 右两侧轴力 弯矩都最大 但剪力最 小 由于地震作用引起的内力在拱肩方向增加较多 从而使地震时衬砌的最大内力位置相对只 受重力作用时衬砌的最大内力位置发生了变化 序 号土层名称埋深 m 密度 g cm3 弹模 MPa 静止侧 压力系数内聚力 KPa 内摩擦 角 波速 m s 1填土1 6 1 80 5 0 0 53 5 0 15 0 74 2黄褐色粉质粘土1 6 1 80 5 0 0 53 5 0 15 0 74 3灰色淤泥质粉质粘土2 1 1 73 3 2 0 45 18 5 20 5 89 4灰色淤泥质粘土7 5 1 83 3 1 0 53 11 0 20 0 89 5灰色粉质粘土17 7 1 71 5 0 0 65 14 0 10 05110 6暗绿色粉质粘土28 5 1 99 16 7 0 35 27 0 1 0 191 7 1 灰绿色砂质粘土32 0 1 87 21 3 0 31 2 0 24 6 369 7 2 灰绿色粉细砂65 0 1 90 53 3 0 31 0 0 25 6 230 9灰色细砂76 0 1 88 4 0 0 31 0 0 28 5 220 衬 砌内径 m 厚度 m 埋深 m 弹模 MPa 5 5 0 35 1630000 3 3 洞体参数对盾构隧道地震响应影响 根据上述的计算原理 下面分别研究洞体参数对盾构隧道的地震响应的影响 计算中 首 先改变相关参数以得到相应的位移时程曲线 然后根据位移时程曲线找出整个时程内洞顶位移 的最大值 从而绘出洞顶最大位移与相应参数之间的关系图 1 改变洞体的埋深 其它参数不变 计算洞顶水平向最大位移 在此 洞体埋深分别取 12m 13m 18m 经计算得洞体埋深与洞顶位移之间关系 2 改变洞径大小 其它参数不变 计算洞顶水平向最大位移 梁洞径分别取 3m 4m 7mm 经计算得洞径大小与洞顶位移之间关系 3 改变衬砌弹模 其它参数不变 计算洞顶水平向最大位移 弹模分别取 2 104 2 5 104 4 104MPa 经计算得衬砌弹模与洞顶位移之间关系 可看出 随着洞体埋深的增加 洞径的增大 衬砌弹模的增加 盾构隧道的地震反应有减 弱的趋势 其中洞体埋深的影响相对大一些 而另二者影响则相对较小 因此 为提高盾构隧 道的抗震性能 在满足施工及使用性能的前提下 应适当增加洞体埋深 必要时也可适当增加 洞体的直径和衬砌的弹模 以使更好地达到盾构隧道的抗震要求 4 结论 本文将动力有限元与双渐近透射边界结合起来 编制了相应的计算程序 并计算了盾构隧 道的地震响应 分析了洞体埋深 洞径大小以及衬砌弹模与盾构隧道地震反应之间的关系 得 出的规律可为地铁抗震分析提供依据 参考文献 1 林皋 地下结构抗震分析综述 上 下 世界地震工程 No 2 3 1990 2 潘昌实 隧道及地下结构物抗震问题的研究概况 世界隧道 1996 5 7 16 3 谢志平 谢宇编著 给水工程抗震和震后给水 地震出版社 1996 26 57 4 英 D R J 欧文 E 辛顿著 曾国平等译 塑性力学有限元 理论与应用 北京 兵器工业出版社 1989 350 356 5 孙钧 汪炳鉴 地下结构有限元解析 上海 同济大学出版社 1988 369 370 6 J P Wolf C Song Doubly asymptotic multi directional transmitting boundary for dynamic unbounded mediun structure interaction analysis Earthquake Engineering and Structural Dynamics Vol 24 1995 179 188 南京地铁建设中的几个难点 作者 来源 南京地铁总公司 时间 2005 11 4 21 51 36 一是施工环境差 地铁工程施工大都在繁华闹市展开 南北线一期工程不仅要从新 街口 鼓楼等闹市区地下穿过 避让沿线众多建筑物桩基和南北向的鼓楼公路隧道 还要从东 西向的内秦淮河 玄武湖公路隧道 玄武湖以及龙蟠路隧道 南京火车站既有铁路线下穿越 同时还要预留鼓楼公路东西向隧道 将遇上一系列的困难和矛盾 一方面地铁的大规模施工需 要暂时开挖部分路面 占用部分道路 对环境和商业经营有所影响 另一方面城市中心能提供 的施工场地很狭小 同时又要尽量保证地面商业经营和景观不受到太大的影响 保证安全 这 些使得施工时施展不开 如果这一矛盾处理不好 显然会影响地铁施工的顺利推进 二是地质条件劣 南京的地质状况很复杂 地下水位较高 有较多的古河道及大量 含水砂层 断裂破碎带 软流塑地层等不同地质情况 这些不利的地质条件给地铁的地下施工 带来了很大的难度 针对这一难题 我们要认真做好了地质详勘工作和施工图设计 但在具体 施工中仍有可能遇上各种险情 三是地下管线繁 地铁南北线一期工程施工线路基本上位于城市南北向主干道下 原有的上 下水 煤气 供电 通讯等管线交错其下 而南京地下管线的复杂程度尤以新街口 鼓楼一线为最 仅这两处的管线种类即达到 32 种 可以说每前进一米都将遇到管线障碍 一方 面迁移众多管线使施工难度增加 进度减缓 另一方面管线资料不全又使勘测 施工的危险性 和不确定性增加 地下管线中有的是解放前埋设的 有的是单位自行改线而没有上报的 还有 的是军用管线在规划部门没有备案 这些情况直接导致地铁勘测 施工难度的增加 很有可能 因有关部门无法提供准确资料而导致施工中地下管线的变形 沉降 断裂 情况一旦发生将有 可能引发断水 断气 停漏电 塌方 乃至出现人员伤亡等事故 为减少事故发生 我们已责 成规划局等有关部门尽可能将各类管线资料 图纸提供得尽可能准确 以利勘探 施工的开展 我们已针对可能发生的意外 制定抢救 抢险预案 以便把对周围的影响和危害降到最低程度 但仍然要加倍小心 四是交通组织难 地铁施工过程中的交通组织及交通疏解尤为重要 由于一些地段 的施工使道路变窄 有时甚至需要封闭部分路段 交通环境恶化 社会车辆的进出及现有交通 的组织困难 另一方面施工 昼夜运土车辆本身的进出同样存在交通组织问题 五是人才资源缺 地铁建设在我国是一门新兴产业 由于专业的原因 人才奇缺 其中主要的 26 个专业中的有些专业在我国现有大学中设置课程的很少 同时由于城市下岗 就业的矛盾较大 又在大城市中作战 想进入地铁指挥部的人很多 但就专业人才而言 不能 适应地铁建设的需要 随着工程建设的全面展开以及营运工作逐步提上议事日程 一方面 需要不断挑选 引进各类专业技术人才 另一方面 由于编制 素质 业务等方面条件有限 对于进人需要从 严掌握 宁缺勿滥 我们下步打算 一是从做过地铁的城市 想方设法 挖 一些人才 二是从 本市各行各业选调部分专业技术人员 三是从每年本科以上学历的通信 信号 自动控制 车 辆等地铁相关专业优秀应届毕业生中挑选 四是从有实践经验 身体好的离退休专业技术人员 中返聘 要确保引进的人才都是精兵强将 真正做到来之能战 战之必胜 武汉市轨道交通 2 号线规划研究若干问题探讨 作者 来源 地下工程与隧道 时间 2005 11 4 21 51 40 摘 要 简要介绍了武汉市轨道交通 2 号线的工程概况 对其线路局部方案 过江节点 车站换乘 站间距等问题进行探讨 并提出建议 关键词 轨道交通 过江节点 换乘 1 引言 武汉市位于江汉平原东部 长江汉水汇合处 是湖北省的省会和华中地区最大的城 市 长江 汉水贯穿境内 市区由隔江鼎立的武昌 汉阳 汉口三镇组成 主城建设面积 240 平方公里 市区人口 720 万 根据武汉市规划 至 2020 年市域常住人口将达到 970 万人 主 城建设面积 427 平方公里 近年来 随着城市经济的迅速发展 主城人口急剧增加 居民出行次数增多 交通 问题日益突出 quot 乘车容易行车难 的矛盾严重干扰市民的工作 学习和文化生活 给居民出 行带来极大的不便 国内外的经验证明 轨道交通运量大 速度快 安全可靠 准点舒适 发 展轨道交通不但能有力解决城市交通问题 并且能促进城市建设 繁荣城市经济 加速实现城 市现代化 2001 年 3 月 按照武汉市领导的指示 由武汉市规划局组织工作专班 在 2001 年编 制完成新一轮轨道交通网络规划 并邀请我院作为协作单位 共同完成武汉市轨道交通 2 号线 的规划工作 2 工程概况 轨道交通 2 号线途径汉口火车站 武汉汽车客运总站 武汉世贸大厦 武汉广场 中山公园 江汉路商业街 洪山广场 东湖科技园区等主要客流集散点 是一条横贯武汉市区 连接汉口与武昌的西北 东南向客运交通干线 是武汉市轨道交通网络中的骨干线路 2 号线 建成后 将与在建的 1 号线形成轨道交通网络的十字形构架 使轨道交通的覆盖范围扩大到汉 口大部分地区和武昌的主要地区 武汉市轨道交通 2 号线由主线和支线构成 主线由常青花园至庙山 线路全长约 32 4km 共设 26 座车站 平均站间距 1 3km 其中有 6 个车站与其它轨道交通线换乘 常青 花园至鲁巷广场均为地下线 线路长 26 7km 鲁巷广场至庙山规划为地面线或高架线 线路 长约 5 7km 支线由鲁巷广场至关山 全长约 5 5km 规划为地面线或高架线 共设 3 座车站 2 号线主线和支线共设一段两场 常青花园车辆段 关山停车场 庙山停车场 常青花园预留向天河机场方向延伸的条件 庙山预留向纸纺方向延伸的条件 2 号线主线走向 常青花园 桥苑小区 汉口火车站 青年路 穿街坊 解放大道 穿街坊 江汉路 江汉关轮渡 苗家码头 穿长江 三层楼 沙湖南端规划道路 体育路 洪山广场 中南路 武珞路 珞瑜路 鲁巷广场 关山路 关山一路 庙山 2 号线支线走向 鲁巷广场 穿街坊 老武黄公路 关山 2 号线主线及支线走向见图 1 3 问题探讨 3 1 线路局部方案比选 1 常青花园站至青年路站线路方案比选 见图 2 常青花园至青年路段规划方案线路走向为 线路出常青花园站后 沿规划道路一直 向南至桥苑小区 以反向曲线下穿京广铁路至汉口火车站站 过发展大道后 以小半径反向曲 线穿街坊至青年路站 图 1 规划 2 号线线路走向示意图 从图 2 可以看出 规划方案汉口火车站站位与铁路汉口火车站相距较远 约 350m 不利于吸引客流 对此段线路进行分析后 提出了比较方案 其走向为 线路沿规划 道路布设 出桥苑小区后线路下穿京广铁路 汉口火车站站房 在汉口火车站站前广场设汉口 火车站站 过发展大道后 线路沿青年路向南至青年路站 两方案优缺点比较见表 1 图 2 常青花园站至青年路站线路方案示意图 表 1 原规划方案 比较方案 优点 1 汉口火车站站位离武汉汽车客运总站较近 有利于吸引公交客流 2 汉口火车站站施工时 不必考虑地下商场的改造 工程造价降低1 汉口火车站站位距铁路汉口火车站较近 有利 于吸引火车站区域的大量客流 2 线型顺直 布线条件好 3 线路主要沿路中布设 有利于沿线房 地产的开发建设 4 与规划 6 号线 T 型换乘 换乘条件较好 缺点 1 线型较差 有两处小半径反向曲线 2 穿越大片街坊 不利于沿线开发 3 与规划 6 号 线通道换乘 换乘条件较差1 汉口火车站站施工需结合地下商场改建一同实施 工程造 价增大 2 汉口火车站站离武汉汽车客运总站较远 原规划方案 比较方案 优点 1 汉口火车站站位离武汉汽车客运总站较近 有利于吸引公交客流 2 汉口火车 站站施工时不必考虑地下商场的改造 工程造价降低 1 汉口火车站站位距铁路汉口火车站较 近 有利于吸引火车站区域的大量客流 2 线型顺直 布线条件好 3 线路主要沿路中布设 有利 于沿线房地产的开发建设 4 与规划 6 号线 T 型换乘 换乘条件较好 缺点 1 线型较差 有两处小半径反向曲线 2 穿越大片街坊 不利于沿线开发 3 与 规划 6 号线通道换乘 换乘条件较差 1 汉口火车站站施工需结合地下商场改建一同实施 工 程造价增大 2 汉口火车站站离武汉汽车客运总站较远采用比较方案 地下商场与汉口火车站 一并改造实施 并将武汉汽车客运总站改建至汉口火车站站附近 使城市轨道交通与公路 铁 路等其它交通方式融为一体 将汉口火车站站建成为综合换乘枢纽 客运枢纽 工程造价虽有 所增加 但地铁客流 公交客流与乘坐火车的客流换乘极为方便 且客源互补 公交 地铁 铁路都将取得良好的运营效益和社会效益 若地下商场改造实施存在极大困难时 可采用原规 划方案 2 武青三干道站至洪山体育馆站线路方案比选 见图 3 图 3 武青三干道站至洪山体育馆站线路方案示意图 原规划方案 线路出武青三干道站后 以 R 400 曲线转向规划道路 穿街坊至中南 路 洪山体育馆站设在道路交叉口 原规划方案线型顺直 线路穿越街坊较少 洪山体育馆站设在道路交叉口 车站范 围内房屋拆迁少 但站位离洪山广场和洪山体育馆较远 乘客需步行较长距离或换乘公交车才 能到洪山广场休闲娱乐 站位设置不太合理 不利于吸引客流 通过对原规划方案进行分析及现场踏勘 我们提出两个比较方案 其线路走向分述 如下 比较方案一 线路出武青三干道站后 以 R 400m 曲线转向规划道路 设富强大道站 后以反向曲线转至体育路 在体育路上设洪山体育馆站 比较方案二 线路出武青三干道站后 以 R 400m 曲线转向沙湖南边的规划道路 设 富强大道站后以 R 500m 曲线穿街坊转至体育路 在体育路上设洪山体育馆站 比较方案一的优点是线型较好 富强大道站设在规划道路中 两侧是大片厂房 能 吸引厂区上下班的客流 洪山体育馆站设在体育路上 离洪山广场和洪山体育馆较近 有利于 吸引去洪山广场方向的客流 缺点是线路穿越街坊 对区间沿线地块开发有一定的影响 比较方案二的优点是富强大道站距沙湖开发区较近 地铁的建设有助于沙湖住宅区 的开发 但不能照顾目前已建沙 目土鳎 羯澈 唤 锌 虿灰搜 酶梅桨浮 BR 通过对三个方案进行综合分析比选 推荐采用比较方案一 3 2 过江节点研究 1 越江隧址选择 越江隧址选择在江汉路 三层楼 见图 4 原因如下 线型较顺直 加强汉口中心商业区与武昌地区的联系 能吸引汉口中心商业区的大量客流 经济 效益和社会效益好 长江水流条件及河床稳定性较好 新生路地下管线复杂 若在新生路上设置地铁车站 有大量的管线搬迁 工程造 价增加 图 4 越江段线路平面示意图 2 越江段施工方法 越江工程的施工方法有沉管法和盾构法 前者是在江中开挖基槽后沉入管段构成越 江工程 后者以盾构在土层中边掘进边拼装的方式建成越江工程 地铁净空小 盾构推进费用 较小 虽地铁埋置深度略大于沉管 但省去了昂贵的岸壁保护费用 并能确保防讯安全及施工 进度 因此 2 号线越江段宜采用盾构法施工 3 越江段纵断面 见图 5 图 5 越江段线路纵断面图 江汉路至三层楼隧址 汉口深槽最低点约为 3 0m 黄海高程 武昌深槽最低点约为 2 0m 黄海高程 历史上汉口深槽距汉口岸边 330m 最低点约为 6 10m 黄海高程 武昌深槽距武昌岸边 330m 最低点约为 2 35m 黄海高程 目前长江河床相对较稳定 汉口岸边地面标高为 24 3m 黄海高程 武昌岸边地面标高 25 2m 黄海高程 根据隧址处江底标高及线路所允许的最大纵坡 汉口客运港站需设计为地下 5 层车 站 位于武昌三层楼站设计为地下 3 层车站 过江段纵断面最大纵坡取 32 规划方案客运港站虽能吸引沿江大道及武汉客运港的客流 但地下 5 层车站施工难 度大 造价昂贵 建议将该站位适当西移 尽量抬高车站标高 降低工程造价 3 3 规划 2 号线与 5 号线换乘方案 根据路网规划 2 号线与 5 号线均经由中南路 规划路幅 60m 其换乘形式有 方案一 同站台换乘 2 号线在内侧 5 号线在外侧 换乘形式见图 6 方案二 上下平行换乘 2 号线在上 5 号线在下 换乘形式见图 7 方案三 2 号线与 5 号线平面平行换乘 换乘形式见图 8 方案比较 方案一 2 号线与 5 号线同站台换乘 换乘量大 换乘直接 是最好的一种换乘形式 体现了以人为本的原则 减少换乘时间 加速客流输送 使两条换乘线路上的绝大多数客流能 够实现 Door To Door 的换乘 以最大限度地缩短换乘距离 香港地铁三条轨道交通线换乘均 采用同站台换乘 统一两线的运营时刻表 使列车同时到站 换乘极为方便 深受乘客观迎 因而吸引大量客流 具有极好的运营业绩 缺点是 2 号线修建时需为 5 号线预留工程 若 5 号 线走向确定 2 号线与 5 号线预测远期换乘客流量大 换乘客流集中于一个方向时 换乘形式 可采用方案一 方案二 车站用地紧凑 2 号线与 5 号线换乘较方便 但不如方案一灵活直接 线路 相互跨越次数较多 即单线四次跨越单线 对线路纵坡有一定影响 2 号线修建时需为 5 号线 预留工程 当车站范围用地受到限制时 可采用方案二 方案三 2 号线与 5 号线通过站厅层换乘 换乘不直接 不如方案一 方案二方便 2 号线修建时不需为 5 号线预留工程 5 号线走向发生变化对 2 号线无影响 两线修建年限相 差久远时可考虑此方案 3 4 站间距 对于平均站间距 世界上有两种趋势 一种是小站间距 平均为 1km 左右 一种是 大站间距 平均为 1 6km 左右 香港地铁平均站间距为 1 050m 其中港岛线仅 947m 莫斯科 地铁平均站间距为 1 7km 左右 地铁运营业绩均很好 我国轨道交通在吸收世界轨道交通建设经验的基础上 在城市轨道交通工程项目建 设标准 试行本 中提出 车站间距在市中心区宜为 1km 左右 在市区外宜为 2km 左右 武汉轨道交通 2 号线汉口火车站站至建设大道站区间线路长 2 420m 原规划有四个 车站 汉口火站站 青年路站 北湖西站和建设大道站 站间距分别为 780m 780m 和 860m 我们在设计过程中 通过对工程建设费用 运营成本 客流吸引量 站间距均衡 施 工等方面进行综合分析 建议取消北湖西站 其它站位相应进行调整 4 结论及建议 1 选线宜将客流吸引放在首位 以解决交通问题为主 同时线路宜进行多方案比选 确定最佳走向 建议 2 号线汉口火车站站设在铁路汉口火车站附近 适当改建武汉汽车客运总 站 使城市轨道交通与公路 铁路等其它交通方式融为一体 将汉口火车站站建成为综合换乘 枢纽 客运枢纽 2 2 号线客运港站虽能吸引武汉客运港的客流 但车站需设为地下 5 层车站 施工 难度大 造价昂贵 建议将该站位适当西移 尽量抬高车站标高 降低工程造价 3 车站间距大小对乘客出行时间 运营费用 工程造价及客流吸引量等方面产生错 综复杂的影响 应综合考虑 合理确定 通过对 2 号线汉口火车站至建设大道站三个区间站间 距进行分析 建议取消北湖西站 其它站位进行相应调整 参考文献 1 武汉市城市总体规划 1996 2020 年 2 武汉市快速轨道交通网络规划推荐方案 2020 年 3 武汉市快速轨道交通网络规划推荐方案 远景年 4 赵惠详 谭复兴 叶霞飞 城市轨道交通土建工程 中国铁道出版社 2000 5 葛世平 国内外地铁换乘枢纽站的发展趋势 地铁与轻轨 2001 1 7 8 地铁环境控制简介 作者 来源 时间 2005 11 4 21 53 20 一 地铁环控系统的任务 自从 1870 年伦敦开通第一条地铁线路以来 由于其高效 快捷 安全的特点 地铁 在世界各大城市得到广泛应用 已经成为城市大运量公共交通系统的首选 我国目前正处于大 规模城市化的时期 伴随着城市规模的扩大 人口的增多 城市交通日益拥挤 原有的道路及 公共交通设施已经不能满足要求 严重影响着人们的生活和经济的发展 因此 我国已经决定 在今后一段时期内大力发展城市轨道交通 以缓解城市交通问题 目前北京 天津 上海 广 州 深圳 南京等城市均在扩建或新建地铁 更多的地铁线路在筹建或论证中 地铁的大量建 设和广泛应用已经成为必然 地铁一般都深处地下 车站和列车行车隧道被数米至数十米厚的土层覆盖 与外界 的空气交换只能通过车站的出入口和有限的隧道风井来进行 同时 地铁列车牵引系统 车站 照明及其他设备产生巨大的热量 列车刹车闸瓦产生大量粉尘 乘客和工作人员的新陈代谢也 产生大量的热湿负荷和 CO2 气体 仅靠空气的自然流动和扩散 是无法排除如此大量的热湿 负荷和污染物 保持地铁内环境的舒适的 环控系统的任务就是保证地铁内空气的质量和温湿 度在一个合理的范围内 满足设备及人员的安全和舒适性要求 二 地铁环控系统的特点 地铁是一类特殊的建筑 是由多个车站通过隧道连接成的一个整体 地铁系统整体 位于地下 是一个相对封闭的场所 内部空间 包括隧道和站台 站厅等 较大 但与外界连 通的开口相对较少 只有少量的通风井和车站的出入口与外界直接连通 由于功能上的要求 地铁一般是全年运行的 在车站和隧道内有大量的人流和车流 而且流量在不断地变化 从环控的角度 地铁有以下特点 1 受阳光 雨雪等外界气象条件的影响较小 2 有显著的内热源 包括列车牵引 刹车系统散热 列车空调散热 人员散热等 是影响隧道及站台的热环境的主要因素 因此 地铁热环境的主要问题是过热 而不是过冷 3 由于客流量的变化 内热源的强度也随之变化 其中既有以天 星期 年为周期 的周期性变化 也有不规则的变动 4 由于被厚土层覆盖 维护结构的蓄热量很大 热惰性明显 因此热环境要经历一 个长期的变化过程才能达到稳定 从建成运行起 一般要经历 结露防湿 1 2 年 升温 5 15 年 两阶段后 才能达到 温度稳定 的阶段 5 列车在隧道内的高速运动会引起 活塞风 活塞风的风量很大 是隧道内通风换 气的主要动力 对无屏蔽门系统 也是车站通风换气的主要动力之一 D 但活塞风带来的负面 影响也是明显的 对于无屏蔽门的地铁系统 由于活塞风将大量隧道空气及室外空气带入车站 车站空调负荷比有屏幕门的系统成倍增加 6 地铁内部的空间和发热量大 为了维持其热环境 环控系统的风机 制冷机 空 调机的装机容量都相当大 由此引起大量的设备投资和运行能耗费用 在地铁运营初期 环控 系统能耗甚至超过总能耗的 50 严重影响到地铁的运营经济性 因此 节能 是地铁环控 系统必须考虑的问题 7 由于地铁内部空间相对封闭 隧道内就更为狭窄 对于某些单线隧道 列车与隧 道间隙很小 无法容人通过 而且地铁客流量大 高峰时车站及列车都相当拥挤 因此地铁一 旦发生事故 包括阻塞或火灾 人员难以疏散 必须在设计时予以充分的考虑 地铁环境的这些特点 使得地铁的环境控制不同于常规的建筑 其中既有有利的因 素 也有不利条件 因此 在地铁环控系统的设计和运行中 要针对地铁的特点 充分利用有 利的因素 克服不利的因素 在满足设备及人员对环境的要求的基础之上 采用合理的系统设 计并进行科学的运行控制 实现最小的初投资和最低的运行费用 三 难点及解决方法 地铁环控系统的两大任务是保证地铁环境的舒适和最佳的经济性 这需要正确地选 择系统形式和运行控制方案 但是 难点在于 1 地铁环控系统投资较大 而且在建成以后 可供修改的余地较小 因此设计失 误的后果严重且难以挽回 2 地铁系统是由车站和隧道构成的一个大网络 网络长度可达数十公里 在此网 络上有数十 上百个环控设备同时工作 每一个设备的工作状态变化都可能对整个网络造成影 响 3 列车运行引起的活塞风和发热量是影响地铁热环境的重要因素 列车并非匀速 运动 其运行速度不断变化 活塞风量和发热量在列车运行不同阶段是不同的 4 客流和车流不恒定 因此发热量和活塞风量也是随客流而变化的 5 室外气象条件的影响 表现在两个方面 一方面 地铁全年运行 车站的设定 温度应随室外气象条件变化 另一方面 由于地铁与外界的空气交换 室外气象条件对室内状 态及负荷值都有影响 6 由于系统的大蓄热量特性 维护结构的传热为长期不稳定过程 因此