橘子洲地鐵站規(guī)劃設計的幾個關鍵技術問題

傅萃清

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，430063，武漢//高級工程師)

1 橘子洲地鐵站規(guī)劃建設的必要性

橘子洲為長沙市城區(qū)湘江水域中的小島，島形狹長，地形平坦，現(xiàn)為開放式休閑景區(qū)。橘子洲大橋從島上橫跨而過，大橋南北兩側(cè)有匝道與景區(qū)相聯(lián)。橘子洲南北長達5 km，最寬處僅約300 m。1925年，毛澤東從廣州回到湖南領導農(nóng)民運動，寒秋時節(jié)，重游橘子洲，寫下了《沁園春·長沙》，由此橘子洲聲名大振。1961年橘子洲被辟建為橘洲公園，1962年對外開放，1998年更名為岳麓山風景名勝區(qū)橘子洲景區(qū)，2001年更名為長沙岳麓風景名勝區(qū)橘子洲景區(qū)。2004年5月，長沙市委市政府作出全面整治橘子洲的重大決策，成立橘子洲開發(fā)建設指揮部，對橘子洲進行提質(zhì)改造。為更好地發(fā)展橘子洲得天獨厚的旅游資源，突出“山水洲城”的城市特色，長沙市政府做了《岳麓山國家級風景名勝區(qū)橘洲景區(qū)詳細規(guī)劃》，將橘子洲和其北面的傅家洲進行一體化規(guī)劃(南北長約6 km)，旨在充分發(fā)揮和利用橘子洲的自然與歷史文化資源優(yōu)勢和特色，建設一個以自然風光為主體，以“生態(tài)、文化、旅游、休閑”為主題，生態(tài)環(huán)境優(yōu)美、功能布局合理、景區(qū)特色鮮明、基礎設施配套完備的生態(tài)、文化休閑景區(qū), 使橘子洲成為“生態(tài)之洲”、“文化之洲”、“生命之洲”。2007年12月24日，國家批準長株潭城市群為全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設綜合配套改革試驗區(qū)，加快了長沙市“一洲兩岸”風光帶建設的步伐，橘子洲景區(qū)工程是長沙市“一洲兩岸” 風光帶的核心部分。2009年4月21日橘子洲改造成為開放式休閑公園對游客免費開放，隨著觀光游客和休閑市民流量大增，每日入園游客數(shù)量很快突破10萬人次。由于橘子洲景區(qū)與城市道路之間只能通過雙向四車道的橘子洲大橋進行聯(lián)系，因此出入景區(qū)十分不便。

2009年1月15日，國家發(fā)改委批復長沙市城市快速軌道交通近期建設規(guī)劃，同意長沙市建設地鐵1、2號線一期工程。其中，地鐵2號線橫貫城市東西，連接兩大火車站和汽車西站等重要交通樞紐，是長沙市城市軌道交通網(wǎng)絡中最重要的骨干線路。2號線穿越湘江和橘子洲，如在橘子洲設地鐵站，則可實現(xiàn)橘子洲景區(qū)與外界最快速、最便捷、最舒適的交通銜接，通過軌道交通網(wǎng)絡，能最大限度地服務源自城市各主要區(qū)域和對內(nèi)對外交通樞紐的游客，將在有效緩解橘子洲大橋交通壓力的同時，給廣大游客出行帶來極大的方便。一方面可以豐富廣大居民的生活方式，擴大橘子洲的影響，提升長沙市城市形象；另一方面可以大大減少進出橘子洲景區(qū)的汽車量，減少景區(qū)內(nèi)公交、大巴、小車停車位的設置，減少景區(qū)內(nèi)機動車尾氣的排放，為景區(qū)生態(tài)環(huán)境保護起到積極的促進作用。因此，長沙地鐵2號線在橘子洲設站是十分必要的。

2 橘子洲地鐵站規(guī)劃設計的幾個關鍵技術問題

橘子洲為湘江激流回旋、泥沙淤沉堆積而成。地鐵2號線穿越橘子洲處的島內(nèi)地面東西寬僅約160 m，現(xiàn)狀地面高程約36.6 m，僅相當于湘江20年一遇洪水位標高，橘子洲防洪不設防。在橘子洲設站必須穩(wěn)妥解決橘子洲站建設和運營期間的結(jié)構安全、防洪安全和出入口、風亭等地面建筑對湘江汛期泄洪的影響等問題，而且橘子洲站位于全國聞名的5A級風景名勝區(qū)，其建設和運營對景區(qū)景觀和生態(tài)環(huán)境的影響必須可控。

因此，雖然規(guī)劃建設橘子洲地鐵站很有必要，但由于缺乏類似工程經(jīng)驗，該站的規(guī)劃設計必須妥善解決以下幾個關鍵技術問題。

2.1 生態(tài)環(huán)保問題

由于橘子洲大橋北側(cè)有建成不久聯(lián)通大橋和橘子洲島的螺旋式匝道橋，且湘江西岸橋頭北側(cè)建有交警大樓高層建筑，2號線只能從橘子洲大橋南側(cè)穿越湘江，橘子洲地鐵站只能設于大橋南側(cè)的橘子洲島中央。

根據(jù)湘江河床測量資料分析，受橘子洲大橋橋墩的影響，橘子洲島東側(cè)靠近大橋橋墩處的河床沖刷較嚴重?？紤]到地鐵區(qū)間安全，東端的橘子洲站—湘江中路站區(qū)間應盡量向南偏移以遠離橋墩，但緊鄰橘子洲大橋南側(cè)有1棵300年以上樹齡的古樟樹，樹干中心距離橋南側(cè)邊沿約80 m，樹冠直徑約30 m。為保護古樟樹，統(tǒng)籌考慮車站站位及其兩端區(qū)間，將車站主體結(jié)構外側(cè)距離古樹樹冠垂直投影距離控制為不小于1 m，車站施工期間采用基坑內(nèi)降水，并加強保護措施。盡量利用橘子洲島上的既有建筑作為施工期間生產(chǎn)生活房屋，盡量減少建設活動對周邊環(huán)境的影響，確保古障樹的正常生長。車站施工共需棄土約10萬m3，根據(jù)規(guī)劃，橘子洲和其北面洲尾的傅家洲將進行一體化規(guī)劃建設，即連為一體，故洲尾回填可消化大部分棄土，其余棄土運至長沙市指定的棄渣場棄置。此外，橘子洲站位于湘江水源保護區(qū)，車站建設期間和建成運營后生活污水均排放到橘子洲島上的專用污水管網(wǎng)，不向湘江直接排放污水，施工期間基坑開挖前進行的注漿加固采用安全環(huán)保的漿液材料，以實現(xiàn)“環(huán)境友好”的目標。

2.2 景觀協(xié)調(diào)問題

為適應周邊環(huán)境，地鐵2號線的線位和站位選擇需因地制宜，出入口及風亭等建筑的設計均充分考慮長沙本地文化及橘子洲景區(qū)環(huán)境，盡量減少對周邊既有景觀的影響。

車站設計為地下四層島式站臺，設置2個破頂板出入口，均布置在原橘子洲停車場范圍內(nèi)。結(jié)合橘子洲景觀及車站防洪安全需求，出入口及風亭處采用高筑平臺。出入口及風亭建筑風格與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)一致，充分考慮高平臺及出入口對橘子洲景區(qū)的景觀影響，對站位周邊進行重新規(guī)劃。出入口延續(xù)橘子洲上的建筑風格，采用紅磚紅瓦與坡屋頂，與周邊建筑風格遙相呼應，與景區(qū)的整體環(huán)境相協(xié)調(diào)。該站出入口建成后又成為橘子洲景區(qū)一個新的特色景點，如圖1所示。

圖1 橘子洲站出入口與景區(qū)融合圖示

2.3 防洪防汛問題

由于橘子洲站周邊環(huán)境情況特殊，其出入口和風亭均采用破頂出地面的方式，出入口及風亭的防洪設計采用加筑高平臺方案。湘江200年一遇洪水位標高為38.26 m，高出島內(nèi)現(xiàn)狀地面約1.66 m，根據(jù)水利部門的要求需考慮不小于1.5 m的防洪超高。結(jié)合湘江兩岸的城區(qū)地面高程及防洪大堤的實際情況，再考慮防洪超高，最終設計的高平臺按200年一遇洪水位高程再加高1.57 m即39.83 m實施，因此所筑高平臺高出橘子洲島現(xiàn)狀地面約3.23 m，也高于湘江兩岸防洪大堤擋水墻標高。高平臺四周做混凝土結(jié)構墻，內(nèi)部素土夯實，局部抬高出入口處的地面，乘客先通過臺階上行至高平臺，然后再下行進入車站。

橘子洲島防洪不設防，洪水位如表1所示。

表1 橘子洲洪水不同水位高程與出現(xiàn)概率對照表

考慮到出入口和風亭都采用頂出的方式，因此將東、西兩端的出入口及風亭分別相對集中設置，以便于出入口及風亭處共同采用加筑的高平臺防洪，且地面合建的出入口及風亭盡可能減小占地面積，壓縮規(guī)模，與橘子洲周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。每一組風亭、出入口的迎水面方向尺寸僅約15 m。根據(jù)橘子洲島上建筑物現(xiàn)狀、歷史資料及調(diào)查取證結(jié)果，證明歷朝歷代島上均有人居住，存有較多的人文古跡，如長沙海關、唐生智公館、水上工人俱樂部等。目前已按規(guī)劃新建和改造了較多建筑，其中新建毛澤東雕像的尺寸寬83 m高41 m，社會停車場配套建筑基礎尺寸為18 m×30 m。所有這些配套建筑物和改造建筑文物均通過了水利部門、規(guī)劃部門批準。這些建筑物和改造文物的基礎占地面積均遠遠大于橘子洲地鐵站出入口和風亭，因此出入口和風亭的設置對行洪的影響是很小的。

2017年7月，湘江流域遭遇罕見的洪澇災害，7月3日0:12湘江長沙水文站水位吳淞高程39.51 m(黃海高程37.71 m)，創(chuàng)下有記錄以來歷史新高，橘子洲被洪水貫穿。橘子洲島地面被淹約1.11 m，橘子洲地鐵站出入口平臺仍高出水面約2.12 m。橘子洲站因配合防汛大局需要和橘子洲景區(qū)閉園而跳站運營，2號線其他車站正常運營，橘子洲地鐵站及其兩端區(qū)間均經(jīng)受住了考驗。

2.4 防滲防淹問題

橘子洲站所處地層由上至下依次為雜填土、細砂、卵石、強風化板巖、中風化板巖、微風化板巖，車站底板處于中風化板巖內(nèi)。根據(jù)歷史資料記載與河道地形資料分析，橘子洲河段的河勢和形態(tài)早在幾百年前就已經(jīng)形成，近幾十年來未見明顯改變，河道處于相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，橘子洲左右汊分流比變化不大。由于橘子洲河段兩岸均為基巖出露形成的節(jié)點，控制河床展寬，加上近些年在兩岸修建堤防與實施護岸工程以后，橘子洲分汊河段岸邊界漸趨穩(wěn)定。

橘子洲站采用全外包防水設計，為了保護橘子洲車站周邊土體的穩(wěn)定性以及結(jié)合車站東西兩端盾構進出站加固要求，車站基坑開挖之前對基坑周邊土體進行袖閥管注漿加固：在車站東、西兩端車站主體圍護結(jié)構地連墻外圍設置一圈800 mm厚素混凝土地連墻，在兩墻之間實施袖閥管注漿加固，加固范圍寬9m，注漿采用雙液漿，注漿對象是砂層、卵石層及強風化板巖；車站基坑南、北兩側(cè)袖閥管注漿加固范圍寬6 m,加固對象是砂層和卵石層，注漿也采用雙液漿。地面注漿漿液類型及注漿參考參數(shù)：①漿液類型為水泥漿-水玻璃(1∶1)。②漿液擴散半徑為100 cm。③注漿孔間距為120 cm，梅花型布置。④注漿初壓為0.5～1.0 MPa，穩(wěn)壓為2.0～3.0 MPa。⑤漿液材料：42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8∶1～1∶1；水泥水玻璃配比1∶1；緩凝劑為磷酸氫二納，其參量為水泥質(zhì)量的1%～2%。圖2為基坑周邊注漿加固示意圖。

圖2 基坑周邊注漿加固示意圖

車站出入口所筑平臺高出地面3.23 m，高筑平臺能保證汛期泄洪期間洪水不會進入車站內(nèi)部。極端特殊情況下，如果洪水漫過筑臺頂部，則關閉出入口及風道口部具有擋水防淹功能的防護密閉門，本站停止運營，全線仍可保持貫通運營。當洪水位過高，條件極為惡劣時，則關閉車站兩端防淹門，該站及兩端區(qū)間停止運營，仍可保證本線其他車站、區(qū)間及城市的安全。

2.5 建設安全問題

橘子洲站采用明挖法施工，車站圍護結(jié)構采用厚度為1 000 mm的地連墻，地連墻之間采用工字鋼接頭，并在接頭處預埋注漿管?；由钸_30.8～31.7 m，基坑東、西兩端距離橘子洲島堤岸固腳擋墻最近處分別約為27 m、26 m，基坑深度范圍內(nèi)存在14.5～26.3 m厚的砂層和卵石層，透水性較強。

為確保地鐵基坑和相鄰區(qū)間工程施工安全，施工按防百年一遇洪水位37.65 m采取措施，圍護結(jié)構采用地下連續(xù)墻并對接頭進行加強止水防滲措施，防止漏水漏砂。由于既有地面較百年洪水位低，冠梁上部設置防洪擋墻且高出百年洪水位150 mm，同時在基坑周邊設置9 m寬、頂標高與百年洪水位持平的閉合防洪平臺。當預警洪水位達到或超過百年一遇時，使用預備砂包在該平臺上臨時堆碼按需要進行加高。橘子洲站實際施工過程中，湘江洪水均未淹沒橘子洲島，施工未啟用緊急搶險措施。圖3為基坑施工方案與應急措施示意圖。

a) A-A注漿加固斷面圖(北側(cè))b) B-B注漿加固斷面圖(西側(cè))

圖3 基坑施工方案與應急措施示意圖

為防止基坑開挖過程中，因基坑變形導致周邊環(huán)境產(chǎn)生破壞，車站基坑設計先設置了5道支撐+1道倒撐，內(nèi)支撐全部采用混凝土支撐，計算受力及變形均滿足要求。在施工過程中，為方便施工，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測軸力，將第四、五道混凝土支撐變更為鋼支撐，加快了現(xiàn)場施工進度，監(jiān)測基坑受力及變形均滿足要求，確保安全的同時也節(jié)省了投資。基坑北端距離橘子洲大橋沉井基礎46 m，施工期間加強對橋梁的監(jiān)測，車站施工未對橋梁樁基產(chǎn)生影響。

3 橘子洲地鐵站規(guī)劃設計方案

橘子洲站位于橘子洲島上，東西兩端正線區(qū)間均需下穿湘江，線路必須加大埋深，因此車站設計為地下四層。又因橘子洲島東西向?qū)挾葍H約160 m，受此限制，需盡量壓縮車站長度。2號線采用6輛B型車編組，車站有效站臺長118 m，因此車站設計采用立式風機，將橘子洲站總長控制在138 m以內(nèi)，標準段寬22.2 m，島式站臺寬12 m，總建筑面積13 828 m2，車站中心處軌面埋深28.05 m。橘子洲站總長才138 m，不能按常規(guī)做法設計設備區(qū)，需將設備區(qū)外掛；再巧妙地將過廳層打造成公共文化展示平臺，充分地利用了地下空間。

車站共設置2個頂出式地面出入口，均布置在原橘子洲停車場范圍內(nèi)。在車站西端1號出入口通道旁設無障礙電梯及坡道，方便殘疾人使用。為滿足消防疏散要求，在車站東端主要設備管理用房區(qū)設置直達地面的消防專用出入口。車站設2組共6個風亭，均為頂出的敞口風亭。

4 結(jié)論

2014年4月29日長沙地鐵2號線一期工程順利建成通車，橘子洲地鐵站開通運營。2號線自開通以來，日?？瓦\及重大節(jié)假日迎峰度峰均全面實現(xiàn)有序組織、平穩(wěn)運行，經(jīng)受了2017年長沙市超歷史最高水位的洪水考驗。目前2號線日客流量最高達62.83萬人次，橘子洲站的日平均客流集散量為42 953人次(工作日20 985人次，周末71 154人次，節(jié)假日更是高達92 591人次，節(jié)假日集散量在全線車站中排名第五)，經(jīng)濟社會效益已十分明顯。

在全國聞名的5A級風景區(qū)橘子洲島上設置地鐵車站，開創(chuàng)了在江心洲上設置地鐵車站的先河，車站設計需充分考慮建設和運營安全。因車站位于風景區(qū)，為適應周邊環(huán)境，車站因地制宜，線位和站位選擇充分考慮了對環(huán)境的友好性，避讓了300年以上樹齡的古樟樹。出入口及風亭等建筑的設計充分考慮了長沙本地文化及橘子洲景區(qū)環(huán)境，使地鐵站本身融入周邊環(huán)境，成為橘子洲的又一特色景點。橘子洲站規(guī)劃設計所積累的上述經(jīng)驗可供同類工程參考借鑒。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.地鐵設計規(guī)范：GB 50517—2013 [S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.城市軌道交通工程項目建設標準：建標104—2008 [S].北京：中國計劃出版社，2008.

[3] 長沙市規(guī)劃設計院有限責任公司.岳麓山國家級風景名勝區(qū)橘洲景區(qū)詳細規(guī)劃[R].長沙:長沙市規(guī)劃設計院有限責任公司，2007.

[4] 長沙市人民政府.長沙市城市快速軌道交通建設規(guī)劃(2008—2015年)[R]. 長沙:長沙市人民政府,2008.

[5] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司. 長沙市軌道交通2號線一期工程可行性研究報告[R]. 武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司,2009.

[6] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.長沙市軌道交通2號線一期工程初步設計總說明書[R].武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司,2009.

[7] 中國中鐵二院工程集團有限責任公司.長沙市軌道交通2號線一期工程施工圖設計第四篇車站工程第五冊橘子洲站第二分冊車站結(jié)構設計第1冊主體圍護結(jié)構施工圖[R].成都：中國中鐵二院工程集團有限責任公司,2010.

[8] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.長沙市城市軌道交通建設規(guī)劃中期評估分析報告[R].武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司,2018:123.