佛山地铁3号线清晖园段线路设计方案研究

郑 翔

（广州地铁设计研究院有限公司，510010，广州∥高级工程师）

1 线路设计背景条件

1.1 佛山地铁3号线概况

佛山地铁3号线（见图1）是贯通佛山市南北的轨道交通主干线，是中心城区与大良容桂组团、狮山组团、北滘陈村组团的联系线。3号线线路全长74.0km，其中高架段11.6 km，地下段62.4 km。共设35座车站（高架站5座、地下站30座），其中换乘站7座，平均站间距2.15 km。最大站间距为4.0 km，为容山站至德胜站区间；最小站间距为0.96 km，为桂城至南海广场区间。全线设置1段2场，分别为狮山东车辆段、荔村停车场和容桂停车场。

图1 佛山地铁3号线线路示意图

1.2 佛山地铁3号线清晖园段线路概况

佛山地铁3号线东乐路站—大良站区间（见图2），自东乐路站出站后，沿东乐路向西行进，转向清晖路向北敷设。清晖路规划道路红线宽25 m。区间总长1 894.8 m，采用盾构法施工。区间在里程AK100＋571～AK100＋744之间穿过清晖园建筑控制区，盾构区间穿越清晖园建筑控制区的长度约为160 m。

如图3所示，清晖园重点保护区与盾构区间的最小净距约5.4 m；该段区间顶覆土18.1 m，从上至下的地层依次为＜1＞素填土、＜2－1B＞淤泥质土、＜2－4＞粉质黏土、＜5N－2＞粉质黏土、＜7＞强风化粉砂岩、＜8＞中风化粉砂岩；区间从＜7＞强风化粉砂岩中穿过。

1.3 清晖园文物概况

图3 佛山地铁3号线线路与清晖园竖向关系示意图

清晖园位于佛山市顺德区大良镇清晖路，地处市中心；故址原为明末状元黄士俊所建的黄氏花园，现存建筑主要建于清嘉庆年间。园取名“清晖”，意为和煦普照之日光，喻父母之恩德。已被初步鉴定为国家一级保护文物。

在佛山轨道交通线网规划中，佛山地铁3号线大良段线路主要沿东乐路、清晖路行进，地铁线路西侧比邻清晖园文物保护单位，如图4所示。

2 佛山地铁3号线清晖园段线路设计方案研究

佛山地铁3号线东乐路站至伦教站段线路主要覆盖大良城区、顺德医院以及荔村片区。因此，为了尽量减少该段线路对清晖园国家级文物的影响，同时也兼顾3号线在大良站与规划地铁7号线的换乘条件、对周边覆盖情况以及对周边高层的影响等因素，对清晖园段线路方案进行综合比选，以确定综合最优的方案。

2.1 佛山地铁3号线清晖园段线路设计方案说明

2.1.1 方案一：清晖路方案

（1）方案基本思想：以线网规划为基础，线路基本沿道路敷设，主要经过大良核心地区。

（2）方案说明：线路以地下线出东乐路站后沿东乐路一直向西至清晖路转向北，在凤山路交叉口北侧设大良站，与规划地铁7号线换乘；后沿文秀路、蓬莱路一直向北，下穿蓬莱新村部分民居后至环市北路设新松站；之后线路沿甲子路向北下穿桂畔海，至龙洲公路顺德医院西侧设顺德医院站；出站后线路至羊大路转向西，在荔奇路交叉口设荔村站；后继续向西至G105国道转向北并由地下敷设转为高架敷设，在伦教变电站附近设伦教站。

图4 佛山地铁3号线清晖园段线路控制性建构筑物平面关系示意图

（3）方案优点：线路覆盖大良商业中心，大良站换乘条件好。

（4）方案缺点：线路侵入清晖园建设控制地段，但避让清晖园文物保护核心区范围。

2.1.2 方案二：东苑路方案

（1）方案基本思想：以线网规划为基础，完全避让文物保护单位，主要经过大良核心地区边缘。

（2）方案说明：线路以地下线出东乐路站后沿东乐路一直向西至东苑路转向北，在凤山路交叉口南侧设大良站，与规划地铁7号线通过通道换乘；后沿规划东苑路一直向北至环城路转向西，然后至蓬莱路转向北，下穿蓬莱新村部分民居后至环市北路设新松站；之后的线路及站位方案同方案一。

（3）方案优点：远离清晖园文物保护单位。

（4）方案缺点：大量下穿东苑小区民房，下穿顺德一中；大良站换乘距离较远；线型条件较差。

2.1.3 方案三：环市路方案

（1）方案基本思想：改变线网规划路线，完全避让文物保护单位，线路基本沿道路敷设。

（2）方案说明：线路以地下线出东乐路站后沿东乐路一直向西至环市路转向北，至云良路交叉口设大良站；后沿环市路一直向西北行进，在锦岩街交叉口设新松站；之后转向北沿甲子桥东侧过桂畔海，一直向北至龙洲公路顺德医院西侧设顺德医院站；出站后线路至羊大路转向西，在荔奇路交叉口设荔村站；后继续向西至G105国道转向北并由地下敷设转为高架敷设，在伦教变电站附近设伦教站。

（3）方案优点：远离清晖园文物保护单位。

（4）方案缺点：下穿多栋高层建筑以及大量中低层建筑，不能覆盖大良中心区客流，影响与规划地铁7号线换乘关系，需进行线网调整。

2.1.4 方案四：G105国道方案

（1）方案基本思想：改变线网规划路线，尽量远离文物保护单位，线路基本沿G105国道敷设。

（2）方案说明：线路以地下线出东乐路站后沿东乐路一直向西，过清晖路后继续向西至凤华大街设大良站；之后线路转向北，下穿大良区金榜社区部分民居后进入新宁路，在凤山路交叉口设凤山路站；后沿新宁路向西北敷设进入G105 国道，在新滘桥处过伦教大涌后线路由地下敷设转为高架敷设，并设新滘桥站；之后线路沿G105国道东侧继续向西北，过广州绕城高速和顺德立交后设顺德立交北站；后继续沿105国道向西北行进至伦教变电站附近设伦教站。

（3）优点：远离清晖园文物保护单位。

（4）缺点：下穿部分高层建筑及大量中低层建筑，高架段上跨顺德立交桥并需要拆除多栋中低层建筑，不能覆盖大良中心区客流，影响与规划地铁7号线换乘关系，需进行线网调整。

表1为东乐路站—伦教站段线路设计方案比较说明表。

2.2 佛山地铁3号线清晖园段线路设计方案比选

对上述4个线路设计方案从车站周边城市现状与规划及客流吸引、线网结构影响、对文物保护单位影响、方案实施难度等4个方面进行比选。

2.2.1 车站周边城市现状与规划及客流吸引

方案一：大良站位于大良中心区，现状周边商业较多，客流吸引好；新松站周边以居住用地为主，客流吸引较好。

方案二：大良站位于大良中心区边缘，规划以居住和商业用地为主，客流吸引较好；新松站周边以居住用地为主，客流吸引较好。

方案三：大良站周边主要为居住用地，客流吸引较好，但对大良中心区覆盖较差；新松站周边以居住用地为主，客流吸引较好

表1 东乐路站—伦教站段线路设计方案比较说明表

方案四：大良站周边主要为绿地、商业用地及文物古迹用地，客流吸引一般，对大良中心区覆盖较差；调整后的线路主要沿G105国道行进，两侧主要以工业为主，不能覆盖新松地区客流。

2.2.2 线网结构影响

方案一：沿线网规划路由敷设，可以与规划地铁7号线换乘，能够较好地覆盖大良城区、顺德医院及荔村片区，符合城市轨道交通线网规划。

方案二：主要沿线网规划路由敷设，局部调整；可以与规划地铁7号线换乘，但换乘距离较远；能够较好地覆盖大良城区、顺德医院及荔村片区；符合城市轨道交通线网规划。

方案三：局部路由调整；未覆盖大良中心区，可以串联顺德医院与荔村片区，但不利于与规划地铁7号线换乘；影响城市轨道交通高效率网络化运营的发挥。

方案四：较大范围路由调整；不能覆盖大良城区、顺德医院及荔村片区；沿线主要以低矮民房及工业为主，不利于客流吸引及城市轨道交通串联主城区和大型客流集散点的需要，同时不利于与规划地铁7号线换乘；影响城市轨道交通高效率网络化运营的发挥。

2.2.3 与文物保护单位的关系

（1）方案一：进入清晖园文物建设控制地带约160 m，距离保护范围边线最小距离为5.4 m。

（2）方案二：不进入清晖园文物建设控制地带。

（3）方案三：不进入清晖园文物建设控制地带。

（4）方案四：进入清晖园文物建设控制地带约110 m，距离保护范围边线最小距离为35 m。

2.2.4 方案实施难度

（1）方案一：基本沿道路敷设，下穿建构筑物较少，实施难度相对小。

（2）方案二：线路较为曲折，转弯处下穿大量建构筑物，实施难度相对大。

（3）方案三：线路较为曲折，转弯处下穿大量建构筑物，实施难度相对大。

（4）方案四：基本沿道路敷设，下穿建构筑物较少，实施难度相对小。

经综合比选，推荐采用方案一。图5为佛山地铁3号线推荐方案与清晖园平面关系示意图。

图5 佛山地铁3号线推荐方案与清晖园平面关系示意图

3 佛山地铁3号线施工对清晖园的影响及评价

3.1 文物保护单位对地铁施工的控制要求和标准

在软土地层中开挖隧道，会产生地层运动，引起隧道周围土体的松动和沉陷，直观表现就是地表不均匀沉降，从而可能导致对清晖园产生一定的影响。控制地面沉降，成为控制整个工程成败的关键因素。参考GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》中建筑物的地基变形允许值，并考虑国家级保护文物清晖园较之普通建筑物的特殊性，地基基础变形应采用更严格标准：清晖园暂定地基最大沉降采用不超过20 mm，基础倾斜不超过0.001 mm 的沉降变形做为其控制标准。

3.2 地铁施工对清晖园文物保护单位影响分析

本区间采用盾构法施工。盾构法具有不影响地面交通、对周围建（构）筑物影响小、适应复杂地质条件、施工速度快等众多优点。但盾构法隧道工程是在岩土体内部进行的，开挖施工都不可避免地会对周围土层产生扰动，从而引起地面沉降。从地面沉降产生原因上讲，盾构施工产生地面沉降主要来源于开挖面的应力释放、附加应力等引起地层产生的弹塑性变形。盾构法隧道在施工期的地面沉降可认为主要由开挖沉降、固结沉降和次固结沉降组成。盾构施工引起的地层损失和隧道周围受扰动或剪切破坏引起的土体再固结，是造成盾构法隧道工程性地面沉降的根本原因。

3.3 三维有限元模型计算分析

通过三维有限元模型进行计算分析，边界条件设定为：模型底部位移为Z方向约束，模型前后面位移为Y方向约束，模型左右面位移为X方向约束。

从盾构施工完成后地面沉降结果来看，施工完成后清晖园建筑物各角点的沉降结果在0.64～2.72 mm之间，最大地面沉降为2.72 mm，最大沉降差为2.08 mm。建筑物宽度范围约30 m，整体最大沉 降 倾 斜 仅 为 （（2.72 mm －0.64 mm）／30 000 mm）＝0.000 069 mm；局部最大倾斜发生在东侧，最大局部倾斜为（（2.72 mm－2.23 mm）／16 000 mm）＝0.000 031 mm，远小于0.001 mm的局部倾斜限值。

4 佛山地铁3号线运营对清晖园的影响及评价

4.1 文物保护单位对地铁运营的控制要求和标准

地铁运营中产生的振动会引起清晖园建筑产生动应力，从而可能引起清晖园的疲劳破坏。清晖园为全国重点文物保护建筑，木材为其主要承重骨架。按照GB／T50452—2008《古建筑防工业振动技术规范》及沿线文物结构特征，地铁运行对其振动影响执行木结构的容许振动速度限值标准。作为全国重点文物保护单位的清晖园，其承重结构最高处容许振动速度采取最严格的速度指标0.18 mm／s作为控制指标。

4.2 地铁运营对清晖园文物保护单位振动影响分析

清晖园古建筑距振源中心直线距离5.4 m，内插计算得出运营期于清晖园文物处的水平向地面振动速度值为0.45 mm／s，结构最大速度响应0.531 mm／s，相对于承重结构最高处容许振动速度标准值0.18 mm／s，超标量达到0.351 mm／s。这就意味在不采用减振措施的情况下，地铁运营对清晖园文物的振动影响将超出规范要求标准。

4.3 地铁运营采用减振措施方案分析

为减缓地铁运营对国家级保护文物清晖园的干扰，建议采用特殊减振措施——钢弹簧浮置板道床，其减振效果可达20～25 dB。通过工程类比及其他工程现场实测，对采取钢弹簧浮置板后文物振动结果进行预测，结果如表2所示。结果表明，在采取了钢弹簧浮置板后，地铁运营对清晖园文物的振动影响可以满足规范要求标准。

表2 采取钢弹簧浮置板后文物振动预测结果

5 结语

清晖园建筑物距离地铁隧道最近距离约5.4 m，隧道顶覆土约18.1 m，文物建筑距隧道边约1倍洞径。结合隧道的地质条件和文物建筑现状，地铁隧道采用盾构法施工时，计算结果表明：隧道施工引起的最大沉降及局部倾斜值均小于规范要求，不会影响文物安全。

在施工过程中，建议对清晖园的关键位置布置监测网络，在关键工况下加大监测频率，及时做好监测结果的综合分析和风险预测；根据监测反馈信息、地层岩性的变化及施工条件，及时调整设计和施工，并对清晖园进行跟踪注浆或补充注浆，做到信息化设计及施工。通过以上工程措施可以确保地铁隧道施工期间清晖园文物的安全。

采用无缝线路、钢弹簧浮置板道床以及一定的加固措施，并且在地铁运营期间加强对线路和车辆的维护保养，这些措施可以保证地铁运营期间清晖园的振动、噪声等指标达标。

［1］GB50157—2003 地铁设计规范［S］.

［2］建标104—108 城市轨道交通工程项目建设标准［S］.2008.

［3］GB50007—2011 建筑地基基础设计规范［S］.

［4］GB／T50452—2008 古建筑防工业振动技术规范［S］.

［5］广州地铁设计研究院有限公司.佛山市城市轨道交通3号线工程可行性研究报告［R］.广州：广州地铁设计研究院有限公司，2013.

［6］广州地铁设计研究院有限公司.佛山市城市轨道交通3号线工程清晖园文物保护设计方案研究［R］.广州：广州地铁设计研究院有限公司，2013.