Abuja城鐵 Lot1B線 Gaiki站至 Wuse站區(qū)段選線技術(shù)方案探討

顧擁武

(中國土木集團工程有限公司,北京 102300)

1 概述

尼日利亞首都 Abuja(阿布賈)坐落在尼日爾州境內(nèi),為尼日爾州、卡杜納州、高原州和克瓦拉州的交匯點,距離拉各斯約 500km,是全國的地理中心。由于拉各斯城既是全國第一大港,又是全國工業(yè)中心,人口過于稠密,城市交通擁擠,且該城位于尼日利亞的西陲,故而尼日利亞政府 1991年 12月首都從原拉各斯正式遷入 Abuja。作為首都城市,近年來 Abuja發(fā)展非常迅速。

根據(jù)尼日利亞國家發(fā)展規(guī)劃,Abuja遠期將形成銜接東、西、南、北四個方向的鐵路樞紐,是尼日利亞三縱三橫路網(wǎng)規(guī)劃中南北中線和東西南線的交匯點,是聯(lián)系東、西、南、北四個方向地區(qū)以及北部港口與中南部內(nèi)陸的主要紐帶和交通要道,將成為尼日利亞重要的人流、物流中心之一。

Abuja地區(qū)鐵路交通系統(tǒng)早在 1981年,首都地區(qū)交通部就進行了規(guī)劃,并在 2006年進行了修訂。尼日利亞 Abuja城鐵初期線網(wǎng)由 Lot1A、Lot1B、Lot2、Lot3線構(gòu)成。2006年 12月完成了其中 Lot1A、Lot1B和Lot3方案研究,線路總長 60.67km。2007年 8月根據(jù)城市規(guī)劃的調(diào)整,將 3條線路長度調(diào)整為 77.6km,先期建設(shè) Lot1A、Lot1B和 Lot3線,并考慮 Lot2線預留到以后修建。

2 Lot1B線 Gaiki(蓋奇)站至 Wuse(烏塞)站區(qū)段工程條件

(1)自然地理

Abuja市區(qū)占地 250km2,地處尼日利亞北部豪撒高平原,一般海拔 400m,地理位置適中,地形開闊。屬熱帶稀樹草原氣候,涼爽宜人,水源豐富。市區(qū)規(guī)劃為新月形,位于首都區(qū)東北部瓜瓜平原上。市中心為國家政府機關(guān)和商業(yè)區(qū),建有總統(tǒng)府、國會大廈和立法、司法部門等高層建筑。市中心以南為主要居民區(qū),市南端規(guī)劃為工業(yè)區(qū)。有通往機場及各州首府的高速公路。

(2)氣象

區(qū)內(nèi)屬熱帶季風氣候區(qū),分干、濕兩季。4～10月份為雨季,雨量充沛,降水量由南向北逐漸遞減,11月至次年 4月份為旱季,天氣悶熱,干旱少雨。

(3)線路平面位置情況

Abuja市在規(guī)劃之初就考慮了未來城市軌道線路,城市建設(shè)也是按照規(guī)劃進行,通過現(xiàn)場航拍,可以明顯看到城市鐵路和國家鐵路規(guī)劃走廊,兩側(cè)是各種公共和商業(yè)建筑,中間形成一條未開發(fā)的荒草帶。Gaiki站至 Wuse站區(qū)段包括三站兩區(qū)間,規(guī)劃為 Gaiki站、Transportation Centre(交通中心)站和 Wuse站,線路區(qū)段長度3 400m,具體平面位置見圖1。

圖1 Gaiki站至 Wuse站區(qū)段平面

3 Lot1B線 Gaiki站至 Wuse站區(qū)段線路方案研究

由于平面位置已經(jīng)規(guī)劃好,技術(shù)方案研究主要確定線路縱斷面,并確定采用何種技術(shù)方案。通過現(xiàn)場調(diào)查,主要控制線路的構(gòu)筑物有 D1bK3+040(Independence avenue中文譯為獨立大道)、D1bK3+822(Constitution avenue中文譯為憲法大道)兩處公路是進出城的主要通道,主道為公路橋(橋頂路面高程分別為 493.4m和 493.6m)和地面道(路面高程基本為485.5m),梁底離地面分別達到 6m左右,具體位置和高程見圖2。另外現(xiàn)場有一條河流,基本與線路正交通過,里程為 D1bK4+549。D1bK5+530處道路寬度21m,是城市里主要通道,車流大、路面寬、坡度較小。

通過總體方案研究和考慮降低造價,Gaiki站至Wuse站確定為地面站,但 Gaiki站至 Wuse站區(qū)間線位復雜,Transportation Centre站采用何種形式需要進一步研究論證。為此,總體組人員選擇了高架橋方案和深路塹兩種方案進行研究。

圖2 高架線路縱斷面方案

3.1 高架橋方案

(1)線路縱斷面方案

線路出 Gaiki站后向上爬坡,以 Independence avenue公路橋面高程作為控制點。橋下凈高參照國內(nèi)標準和當?shù)刂攸c路段實際橋下凈空調(diào)查,采用 6m?？紤]鐵路梁 32 m梁高為 2.4 m,橋面至軌面高度為0.6m,因此軌面高程為502.67m。具體縱斷面方案見圖2。

由于該線路方案經(jīng)過 Constitution avenue公路橋后,受規(guī)劃 Transportation Centre站站位限制,該站只能采用高架車站方案。出站后采用 30‰設(shè)計限制坡度,下穿 Suflfan Abubabar way公路后到達 Wuse站。

(2)土建投資估算分析

研究施工方案期間,調(diào)查了當?shù)氐母鱾€市政工程的材料價格指數(shù)和多年來中土公司尼日利亞當?shù)貏趧恿κ褂脙r格及機械設(shè)備價格指數(shù),按照中國鐵建設(shè)[2006]113號文發(fā)布的《鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計概(預)算編制辦法》對該方案進行投資估算。高架方案投資估算見表1。

3.2 深路塹方案

(1)線路縱斷面方案

線路出 Gaiki站后以限制坡度 30‰向下,下穿通過該段所有公路,以挖方的形式做成路塹,路基兩側(cè)設(shè)置坡腳擋墻以減少挖方。下穿方案以Independenceavenue公路橋下中間道路路面作為控制高程,跨路處施做 1座框架橋保證公路使用功能。Constitution avenue采用上述相同方式穿越。出 Transportation Centre站后以高架橋通過河流,然后下穿 Suflfan Abubabar way公路后到達 Wuse站。該方案路塹一般深度 8 m左右,最深處達到 14m。線路縱斷面方案和線路橫斷面方案見圖3和圖4。

表1 高架方案投資估算

(2)土建投資估算分析

針對該方案,進行工程量計算和投資估算分析。具體深路塹方案投資估算見表2。

3.3 高架橋方案和深路塹方案對比分析

(1)經(jīng)濟性評價

圖3 深路塹縱斷面方案

圖4 路基橫斷面方案(單位:m)

對比兩種方案的投資估算,深路塹技術(shù)方案節(jié)約投資1 060萬美元,降低投資 23%。從投資方面考慮,深路塹技術(shù)方案為優(yōu)選方案。

(2)當?shù)剡m應(yīng)性評價

尼日利亞當?shù)囟嗄昶骄涤炅繛? 438.7mm,年降水日數(shù) 106 d,且雨季具有暴雨來的急、雨量大的特點,路基排水是需要重點考慮的因素。Abuja市的氣候與中國的海南島相似,海南島水汽來源充足,降水總量多,平均年雨量約為1 640mm,大部分地區(qū)年降水日數(shù)超過 100 d。因此中國海南的鐵路設(shè)計防沖刷技術(shù)具有借鑒意義。國內(nèi)主要采用網(wǎng)格種草、人字骨架護坡等形式,考慮路塹頂應(yīng)設(shè)截水溝,盡量減少線路范圍內(nèi)的水量。

表2 深路塹方案投資估算

綜上分析,路塹方案主要考慮雨季病害和排水問題,設(shè)計選線存在 V字形坡,對排水不利。高架橋方案則不存在雨季排水問題,建成后雨季病害較少。

(3)可行性分析

尼日利亞當?shù)厥┕に捷^差,一般橋梁基本由國外施工單位修建,當?shù)氐臋C械設(shè)備主要集中在一些跨國公司內(nèi),采用高架橋方案,需要投入較多的機械設(shè)備,施工難度較大,對工期影響很大,估算加大工期至少 6個月以上。高架站施工難度和對工期的影響將更大。

路塹方案施工相對簡單,施工進度快。但該方案需要在 2條公路橋的下方穿越,距離既有橋墩很近。該橋為連續(xù)箱梁,根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗,一般允許沉降為幾毫米,需要采取特殊的橋梁樁基加固措施和防沉降措施,施工難度也非常大。

(4)乘客換乘方便情況分析

根據(jù)總體規(guī)劃,Transportation Centre站與國鐵站和 Lot3線換乘,Lot3線下穿 Lot1線。采用地面站可方便旅客換乘,高架站旅客上下將變得困難,增加了換乘難度。

(5)景觀度分析

高架橋方案主要對周邊建筑影響較大,在市中心地帶一般很少采用,總體效果較差。路塹方案做好邊坡綠化,對周邊環(huán)境和景觀度影響較小,總體景觀效果為中等。

綜合上述分析,項目最后推薦采用深路塹技術(shù)方案作為首選方案。

3.4 進一步優(yōu)化方案

深路塹技術(shù)方案作為首選方案后,2009年 12月,項目組織技術(shù)組對現(xiàn)場進行了進一步勘查,通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),深路塹地段開挖距離周邊建筑物距離較近,需要收集房屋建筑資料進行影響沉降分析。另外,考慮當?shù)氐谋┯甏蠛团潘槙车囊蛩?項目提出對深路塹方案進一步深化研究,并形成如下兩種優(yōu)化方案。

(1)部分隧道方案

考慮排水通暢,下穿 Independence avenue后,拉坡與 D1bK4+549河上橋梁高程聯(lián)通。該方案解決了線路排水問題,但 Transportation Centre站將改為地下站,且最深路塹已達 20m,只能采用部分隧道通過,增加雙線隧道長度 400m。經(jīng)投資估算分析,該技術(shù)方案較深路塹方案增加1 329萬美元,總估算投資達到4 805萬美元,已經(jīng)超過高架橋方案。

(2)地面線方案

為了進一步優(yōu)化方案,項目組織專家組對該段實際情況進行了現(xiàn)場核對,充分調(diào)查了兩條控制公路橋上、橋下、相鄰道路和橋梁的實際情況,對深路塹方案進行了進一步研究。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),Independence avenue橋下公路 5m寬,為單向出城快速行車道,城鐵線路左側(cè) 100m處為立交橋,該車道下穿立交橋以減少十字路口交通干擾。Constitution avenue橋下公路 5m寬,為單向進入城區(qū)快速行車道,城鐵線路左側(cè) 100m處為立交橋,該車道下穿立交橋達到快速通過的目的。通過測量橋下公路獲得線路數(shù)據(jù)為下穿立交橋時的道路坡度為 4%。

鑒于上述情況,項目提出了抬高橋下公路高程的方案,以減少路塹挖方。

在鐵路與 D1bK3+080、D1bK3+822相交兩處公路抬高 4m,道路改移詳細縱斷面見圖5,既有道路坡度由原來近 0%變成 4.1%。

圖5 橋下公路改移縱斷面

經(jīng)過優(yōu)化后的線路縱斷面方案見圖6。

該方案與深路塹方案比較減少挖方231945m3,增加填方82 438m3,擋墻圬工減少22204m3,橋梁增加 185m,改移公路增加 0.6 km。與深路塹方案比較減少投資902.07萬美元。同時橋下開挖深度在3.5m左右,大大降低了對既有橋樁的影響。具體投資估算見表3。

表3 地面線優(yōu)化方案投資估算

圖6 地面線縱斷面方案

4 關(guān)于設(shè)計方案與造價的思考

有資料研究表明:前期規(guī)劃和設(shè)計階段已經(jīng)決定了項目全壽命周期 80%的費用。

工程設(shè)計是工程建設(shè)的靈魂,是處理技術(shù)與經(jīng)濟關(guān)系的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是影響投資最大的階段。在初步設(shè)計階段,影響項目投資的可能性為 75%～95%;在施工圖設(shè)計階段,影響項目投資的可能性為 5%～35%。很顯然,項目投資控制的關(guān)鍵在于施工以前的前期規(guī)劃和設(shè)計階段,而在項目作出投資決策后,控制項目投資的關(guān)鍵就在于設(shè)計。因此,規(guī)劃與設(shè)計階段對城市軌道交通工程的投資控制非常重要。

有關(guān)中國資料研究表明,占靜態(tài)投資比重最大的為土建工程,占總投資的 23%～30%;在城市軌道交通規(guī)劃階段,線路走向、線路類別的選擇對投資影響很大。一般說,高架線是地下線造價的 1/3～1/2,地面線又是高架線造價的 1/3～1/2。因此,在規(guī)劃軌道交通線路時,一定要因地制宜,選擇適當?shù)木€路類別。

通過本文相關(guān)方案的比對,采用地面線方案相比隧道方案,節(jié)約投資將近 48%,相比高架橋方案節(jié)約投資 43%。但地下線和高架線相比主要因為隧道部分相對較小,總體造價相近。如果將 400m隧道段拿出和高架橋比較,高架橋造價為 560萬美元,隧道造價約為 900萬美元,高架橋造價降低 38%。經(jīng)過調(diào)查,當?shù)氐乃鄡r格是國內(nèi)的 3.5～4倍,鋼材是國內(nèi)價格的 2倍,施工砂 1美元 /m3左右,碎石平均 1.6美元/m3左右。當?shù)厥a(chǎn)石油,油料價格相對便宜,汽油每升 0.45美元,柴油每升 0.75美元。因此當?shù)赝两ㄊ┕し桨附档驮靸r的主要措施應(yīng)盡量減少混凝土圬工,多施做地面線,并盡量做到填挖平衡,從而達到降低造價的目的。

5 結(jié)語

城市軌道交通工程以其大運量、高效率、低污染等優(yōu)勢,成為許多大中城市解決交通問題的首選。目前一些新興城市逐步把軌道交通系統(tǒng)隨同城市規(guī)劃一同進行,尼日利亞首都 Abuja就是典型例子。Abuja城鐵Lot1B線是尼日利亞首都修建的第一條城市鐵路,完全采用中國的鐵路和地鐵技術(shù)標準。隨著中國軌道技術(shù)走向海外市場,設(shè)計合理、經(jīng)濟、適用的軌道系統(tǒng),對于中國軌道技術(shù)標準走向國際有重要意義。

本文通過 Abuja城鐵 Lot1B線部分區(qū)段的選線技術(shù)方案研究,對有關(guān)地下線、高架線、地面線等多方面進行了技術(shù)經(jīng)濟比選,最終提出了地面線技術(shù)方案,通過尼日利亞首都選線調(diào)查方法可為非洲鐵路提供相關(guān)類似工程參考數(shù)據(jù)和建議。

[1] 中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心,石家莊鐵道學院土木分院.地下鐵道網(wǎng)絡(luò)課件 第二章 第四節(jié)地下鐵道線路設(shè)計[Z/OL].http//jpkc.sjzri.edu.cndxtdkejian/2/2-4-3.htm.

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[3] 113號文,鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計概(預)算編制辦法[S].

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[7] 周翊民,金辰虎.降低城市軌道交通造價的思考[J].城市軌道交通研究,1999(2).