关键词：天津地铁 既有线 深基坑供电系统 环境控制系统 自动售检票系统
1.建设天津地铁 1号线的意义
天津市是我国四大直辖市之一，是华北地区海路交通枢纽和首都门户，也是我国北方的商贸金融中心、技术先进的综合性工业基地、全方位开放的现代化国际港口大都市。随着天津市国民经济的持续发展，城市化进程加快，同时对交通的需求急剧上升，中心城区的道路交通矛盾日益突出。近年来市政府虽然加大了城市交通特别是道路工程设施的投入，但仍远不能适应城市经济发展的要求。大容量的城市轨道交通系统，是实现现代化城市必要的基础设施，是城市实现现代化的标志。天津地铁1号线的修建，不仅能完善了天津市的城市基础设施，为乘客提供安全、快速、舒适的交通工具，而且在促进城市合理布局、改善交通结构、保护生态环境、创造优良的投资环境、加速经济发展和把天津市建成我国北方重要经济中心，具有重要的经济和政治意义。
2.线路概况
2.1天津市中心城区快速轨道交通系统规划新的天津市中心城区快速轨道交通系统规划，由9条轨道交通线路组成。天津地铁1号线、2号线、3号线为轨道交通骨干线；天津地铁4号线、5号线、6号线为轨道交通填充线；7号线、8号线为轨道交通外围线；9号线为津滨轻轨线。总长度为227km。
2.2天津地铁1号线线路走向 天津地铁1号线是天津市南北交通主干线。北起刘园高架站，沿辰昌路、丁字沽三号路，线路在本溪路与咸阳北路间由高架转入地下，过勤俭道折向南，下钻子牙河、铁路天津西站与原地铁天津西站站接轨，沿地铁既有线经大丰路、西马路、南开三马路、南京路在既有新华路站与新建线南段接轨，继续沿南京路、大沽南路，过解放南路、洪泽路口后由地下转为高架，沿珠江道过财经学院站后，由高架转向地面，南至双林站。全线长26.188km，其中高架线8.743km，过度段0.558km，地下线15.378km，地面线1.509km。设22座车站，计有：刘园、西横堤、果酒厂、本溪路（以前为高架站，以后为地下站）、勤俭道、洪湖里、西站、西北角、西南角、二纬路、海光寺、鞍山道、营口道、小白楼、下瓦房、南楼（以前为地下站，以后为高架站）、土城、陈塘庄、复兴门、华山里、财经学院、双林（地面站）。其中：西站、西南角、营口道、下瓦房站为换乘站。刘园设停车场，双林设车辆段，海光寺设调度中心。见图一。
图一 天津地下铁道1号线工程线路平面示意图
2.3客流预测
该线将在2005年建成。客流预测：2008年全日客流量为57万人次，早高峰最大断面流量2.13万人次；2015年全日客流量为101万人次，早高峰最大断面流量3.78万人次；2030年全日客流量为117万人次，早高峰最大断面流量4.38万人次。
2.4车辆选型及列车编组
由于受天津地铁1号线既有线建筑限界的限制，天津地铁1号线采用B型车。构造速度90km／h，最高运行速度80km／h。本工程初期、近期、远期列车编组均采用6辆单元编组，即由3辆动车和3辆拖车组成，每列车定员为1425人。
2.5线路通过能力
本线最小行车间隔为2min。线路通过能力每小时为30对。
2.6设计运输能力
本线初期、近期、远期设计运输能力分别为2.41万人次、4.01万人次、4.81万人次，均能满足相应设计年度高峰小时客流量要
2.7线路主要技术标准
轨距： 1435mm
正线数目： 双线
线路坡度：
正 线： 最大坡度30‰
辅助线： 最大坡度40‰
地下线路最小坡度： 3‰
最小曲线半径：
正 线： 300m
辅助线：一般地段200m，困难地段150m
车站站台有效长度：120m
2.8牵引供电
为了考虑与既有运行段标准统一，全线采用直流750V接触轨上部受流方式。
2.9残疾人通道及自动扶梯
为方便旅客出行，提高天津地铁服务水平，重点站各出入口及站厅至站台间均设置上、下行自动扶梯；其余车站设置上行自动扶梯，个别车站根据换乘、客流等情况考虑预留下行自动扶梯。
每座车站均设置方便残疾人使用的垂直电梯。
3. 天津地铁1号线工程主要特点
3.1既有线改造工程是全线设计施工的难点
天津地铁西站～新华路站始建于80年代，由于既有车站规模不满足改建后的运营要求，因此天津地铁1号线需对既有车站进行拆除后再扩建，而既有区间结构还要继续使用；目前，国内还没有新旧结构相接的先例，没有可以借鉴的经验；既有车站改扩建主要有以下几个难点：一、新旧结构相接处基坑围护地下水封堵问题；二、新旧结构之间差异沉降问题；三、新旧结构防水连接问题；四、既有结构施工时周边回填建筑垃圾、碎石屑等，造成基坑围护结构施工困难；五、既有结构拆除问题。
3.2新建段深基坑施工
新建段车站所在位置地质条件复杂，地层主要为第四系全新统人工填土层（人工堆积Qml），第Ⅰ陆相层（第四系全新统上组河床～河漫滩相沉积Q43al）、第Ⅰ海相层（第四系全新统中组浅海相沉积Q42m）、第Ⅱ陆相层（第四系全新统下组河床～河漫滩相沉积Q41al）、第Ⅲ陆相层（第四系上更新统五组河床～河漫滩相沉积Q3eal）、第Ⅱ海相层（第四系上更新统四组滨海～潮汐带相沉积Q3dmc）、第Ⅳ陆相层（第四系上更新统三组河床～河漫滩相沉积Q3cal）。
新建段车站主体结构为地下两层或三层，基坑开挖深度较深，标准段16m～17m，盾构工作井基坑深度17.6m～18.6m，其中下瓦房站1号线与5号线换乘接点处基坑深度23.5m，连续墙长度39m，目前是天津市最深基坑；施工方法为连续墙作为围护结构及止水帷幕，坑内降水，明挖施工，车站主体基坑围护结构采用800mm厚地下连续墙，连续墙入土深度约为0.7～0.8H（H：基坑深度）；内支撑体系采用Φ600钢管横撑，壁厚t=14(16)mm，横撑水平间距一般为3.0m左右，横撑布置应避开主体结构立柱。钢支撑竖向间距为3～4m。为减少围护结构的侧向位移，必须及时设置钢管撑和准确施加预加力，并根据现场围护结构的变形、受力监测情况调整实施，作到动态设计，信息化施工。
由于新建段地下车站所处位置地质条件较差，为增加基底的抗变形能力，在基坑基底采用抽条注浆加固。基坑降水采用基坑内大口井井点降水。
4.新技术、新工艺、新设备
4.1土建结构工程
天津地铁1号线地下结构施工方法主要有明挖法、暗挖法、盾构等，其中明挖基坑围护结构型式有钻孔灌注桩+搅拌桩、地下连续墙、劲性水泥土搅拌桩（SMW工法）、钻孔咬合桩等，其中劲性水泥土搅拌桩（SMW工法）、钻孔咬合桩在天津地区是第一次使用。
（1） 劲性水泥土搅拌桩（SMW工法）：二纬路站围护结构施工中，引进劲性水泥土搅拌桩（SMW工法），该工法具有施工速度快、抗渗效果好、低污染、低噪音、投资省等优点。在天津地铁2、3号线设计中得到很大推广。
（2） 钻孔咬合桩：在既有线改建施工中，由于既有结构周边回填碎石屑、混凝土块等建筑垃圾，造成基坑围护结构钻孔桩施工困难，搅拌桩成桩质量不高，无法保证止水效果，西站、西南角站等基坑围护结构施工中引进钻孔咬合桩，采用全套管钻机钻孔成桩，一荤一素，即一根桩有钢筋笼，一根桩为素混凝土，先施工素混凝土桩，再施工钢筋混凝土桩，互相咬合（咬合量为桩径1/3～1/4），既解决了围护结构受力问题，又解决了止水问题。
（3） 盾构法施工：小白楼~下瓦房~南楼~土城区间段沿大沽南路，线路沿线有滨江购物中心、凯旋门大厦、南楼商场、南楼百货商场、天津日报社大厦等建筑物。埋深8～17m，满足盾构法施工的埋深要求。经明挖法与盾构法施工方案总体比选结论，该区间段采用盾构法施工。盾构法施工在天津市是第一次使用，采用盾构法的因素主要有以下几点：①采用盾构施工，在此区间内可连续作业，总的施工周期较明挖法短；②采用盾构法施工，投资少；③采用盾构法施工，对交通、环境影响小。
（4） 深基坑施工：下瓦房站1号线与5号线换乘接点处基坑深度约23m，连续墙长度达39m，并且属于软土地基施工，设计施工都有很大的难度，
通过合理地选择计算模式，模拟施工全过程进行受力分析，采用有限元法，根据施工过程将结构受力、变形过程划分为若干相对独立的阶段。并考虑各阶段结构受力及变位的继承性。坑底以上按主动土压力三角形分布，坑底以下土压力按矩形分布，用水平弹簧模拟坑底地层对围护结构的约束作用。基坑支护结构计算连续墙深度及嵌固深度、连续墙内力及位移、支撑的内力及稳定、基坑稳定性检算等，最终确定合理的围护结构型式，经过施工单位的精心施工，此处的主体结构已经施工完毕。
（5） 暗挖法施工：天津地铁车站及大部分区间均采用明挖法施工，但在一些地段，因管线、交通、拆迁等因素，无法采用明挖法，而采用盾构法又因施工长度过短，得不偿失。采用暗挖法则相对较为灵活，又能维持现有环境条件，造价相对较低。在周边条件较苛刻地段，采用暗挖法对减少周边环境的影响，加快施工速度，降低成本、缩短工期具有很重要的意义。但天津地区以前尚未有采用暗挖法施工方法的实例，天津地铁1号线既有区间风道改建工程开创了天津地区暗挖施工的先例。由于天津地铁既有区间风道位于天津市主要交通干道下，存在很多地下管线，采用明挖法施工，对地面交通影响很大，且需要大量切改管线，因此需要一种合理的施工方法——“暗挖法”来解决这些问题。根据确定的地质条件、埋深、周边环境等因素，通过理论计算，确定出可行的初期支护、二次衬砌参数；即采用大管棚配合小导管注浆加固地层，格栅网喷混凝土作为初期支护，暗挖施工。施工中同时采用先进的实时反馈监控量测体系，通过对量测结果进行归纳分析，回归出能指导下一步设计和施工的结果。既有线风道改造工程为天津地区地下工程的施工提供了一套全新的成功经验。
4.2供电系统
地铁1号线供电系统采用35KV/10KV两级电压的集中供电方式。在勤俭道站、西南角站、下瓦房站和华山里站附近设4座主变电所，向全线的牵引供电系统和变配电系统供电，每座主变电所由三路电压等级为AC35KV的独立电源供电；全线共设16座牵引降压混合变电所、8座降压变电所和2座跟随式降压变电所，牵引降压混合变电所和降压变电所由两路电压等级为10KV的独立电源进线，并互为备用；牵引供电系统的供电电压采用DC750V，牵引网采用钢铝复合式第三轨正极供电、走行轨负极回流的供电方式；同时为了高效的吸收列车再生制动产生的电能，在全线各牵引变电所均设有再生制动能量回收装置。
4.3环境控制系统
环境控制的目标是为乘客往返于地面至列车创造一个过渡性的舒适环境。地下线通风及空调系统由车站公共区空调/区间通风系统（大系统）、设备管理用房空调通风系统（小系统），空调水系统和其它区间通风系统（中间风井、洞口空气幕及射流风机）组成。车站公共区空调通风机与置于车站的区间隧道风机合二为一，即区间隧道通风机兼容车站空调通风机功能，为满足不同工况的要求，风机采用变频器控制。在国内地铁同种环控系统制式中，天津地铁1号线首次采用变频控制，由于在不同工况下，风机采用了变频控制，其最大的优点是节能。
车站大系统采用集中式全空气系统。一般机房设在车站两端，由一台隧道通风机、风道内过滤器、表冷挡水段等组成空气处理机，另一台隧道风机为回/排风机。
大系统采用站送、站排的横向式通风系统。新建站站台层采用上送下排均匀送、排风形式，站厅层采用上部均匀送风。既有站一般为单层站，站台板下及车站两侧设结构送风道，由车站两侧风道顶部送风百叶，均匀侧送至车站，站台板下设回/排风道，均匀回/排风，构成站送、站排的通风形式。
天津地铁1号线，在国内首次在车站预留了再生能量回收装置，此装置远期安装后，可以使列车牵引能量的80%回收再利用，而一般的地铁线只能回收40%的列车牵引能量。采用再生能量回收装置可以使车站空调负荷减少30%，减少了空调设备的容量及尺寸，降低了设备投资和环控机房面积，节省了运行费用。控制方式采用就地控制、车站综控室距离控制及控制中心远程集中控制三种方式。
4.4自动售检票系统（AFC）
天津地铁1号线所使用的AFC系统是一个成熟、可靠、先进、完整的自动售检票系统,系统以先进的控制技术、计算机技术、网络技术和通信技术为一体，具备一定的灵活性和可扩容性。该系统有以下几个显著的特点：
（1） 中心计算机系统能实现对地铁AFC系统内的所有设备的监控，能实现系统运作，收益及设备维护集中管理功能，能实现系统数据的集中、采集、统计和管理功能，并能完成与城市“一卡通”系统的数据接口及财务清算功能。
（2） 车站计算机系统能实现收集及保存车站设备的车票处理、收益及统计数据并上传到中心计算机系统；监控车站设备运行状态，收集车站设备运行状态数据并实时上传到中心计算机系统；接收中心计算机下传的“一卡通”及系统参数，并下载到车站设备；监控车站设备的收益情况，实现车站收益管理功能；同步车站设备时钟；实时或阶段性生成车站收益、客流及维修报表。
（3） 储值票采用非接触式IC卡，单程票采用技术比较成熟、设备维护量小的TOKEN。
（4） 自动售票机为触摸屏式，更能体现时代感和人性化设计。
（5） 剪式门、双向闸机的采用使乘客更加安全、快速的通过，也使公司能够灵活的进行客流组织。
5.施工中的天津地铁1号线
2002年6月开始，1号线进入全面施工阶段。到目前为止全线高架结构部分，已基本完成，正准备施工轨道工程。地下结构部分，2004年7月主体结构工程全部完成。刘园停车场、双林车辆段主体工程2004年11月完成，控制中心主体工程2005年4月完成。2004年6月开始安装调试，2005年10月开始试运行。
西横堤站室外效果图
