城市軌道交通工程區(qū)間新增車站可行性分析

文/翟利華 農(nóng)興中 宋嘉雯

1.前言

截至2017年12月31日，我國累計有34個城市建成投運城軌線路5021.7公里； 2017年新增石家莊、珠海、貴陽、廈門4個運營城市；預(yù)計到2020年，全國規(guī)劃建設(shè)的城市軌道交通網(wǎng)通車總長度將在6600公里以上，比“十二五”新增3000多公里，建設(shè)總投資規(guī)模將達(dá)到2萬億元。雖然城市軌道交通建設(shè)規(guī)模龐大，但一條地鐵線路從工程可行性研究時間開始計算，到建成通車基本都要4～5年，甚至更久，建設(shè)周期很長。而近幾年中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，城市建設(shè)規(guī)劃也在隨著城市規(guī)模的高速發(fā)展不斷調(diào)整，建設(shè)規(guī)劃調(diào)整勢必給已經(jīng)建成運營或正在建設(shè)的軌道交通工程帶來困難和挑戰(zhàn)，城市軌道交通建設(shè)速度與城市實際發(fā)展不匹配的矛盾需要及時解決。本文以廣州九號線工程區(qū)間隧道上增加車站為例，從工程地質(zhì)條件入手，分析新增車站對線路、行車能力、建筑方案等方面影響，并提出解決方案和建議，對類似工程有借鑒意義。

2.工程概況

廣州九號線工程可行性研究報告批復(fù)線路方案為：線路西起飛鵝嶺站，向東經(jīng)花都汽車城站、廣州北站、花城路站、花果山公園站、花都廣場站、馬鞍山公園站、蓮塘村站、清?站，止于三號線高增站；線路長20.1公里，全部為地下線；設(shè)車站10座，其中換乘站2座。

圖1 九號線工程示意圖

2011年年底清?至高增區(qū)間盾構(gòu)隧道雙線貫通，具備鋪軌施工條件。但2015年廣州市政府規(guī)劃4個空港經(jīng)濟(jì)核心區(qū)，其中廣州空港經(jīng)濟(jì)區(qū)位于廣州北部，其通過依托白云機(jī)場、背靠世界城市的地理優(yōu)勢，打開亞太市場，升級臨空產(chǎn)業(yè)，形成國際發(fā)展元素集聚的臨空新區(qū)，展示活力特色，吸引全球投資，最終建設(shè)成為國內(nèi)乃至全球具有高度投資價值、高度駐留吸引力的臨空新區(qū)。為適應(yīng)新的北部片區(qū)建設(shè)規(guī)劃調(diào)整，清?至高增區(qū)間需要新增一座地鐵車站，滿足客流增加需要。

3.區(qū)間工程地質(zhì)情況

擬增建的地鐵車站位于迎賓大道與清塘路交叉路口，迎賓大道南側(cè)清塘路為已建成現(xiàn)狀道路，迎賓大道北側(cè)清塘路為規(guī)劃道路，車站跨路口設(shè)置。兩邊現(xiàn)為空地，場地較為開闊，施工條件較好。主要管線有沿路方向給水鑄鐵D600埋深0.88、排水砼,1200埋深3.14、排水砼,1200埋深3.97、煤氣PE,400埋深0.87、給水鑄鐵,200埋深0.25等管線。

根據(jù)本次地質(zhì)鉆孔揭示，本場地巖土分層及其特征自上而下分布為：填土層、粉質(zhì)土層、中粗砂、礫砂、粘土層、淤泥質(zhì)土層、中風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r、微風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r等地質(zhì)。

沿線場地巖溶主要發(fā)育在石炭系灰?guī)r層中，見洞率為27.0%。揭露兩層巖溶以上，占揭露巖溶鉆孔的7.6%。

第四系含水地層主要以沖洪積粉細(xì)砂<3-1>、中粗砂層<3-2>、礫砂層<3-3>為主，其含水性能與砂的形狀、大小、顆粒級配及粘粒含量等有密切關(guān)系。層狀基巖裂隙水主要賦存強(qiáng)風(fēng)化帶及中等風(fēng)化帶中，水力特點為承壓水，地下水的賦存不均一。由于巖石裂隙大部分被泥質(zhì)充填，故其富水性不大，巖體大部分完整，地下水賦存條件較差；在裂隙發(fā)育地段，水量較豐富。碳酸鹽類裂隙溶洞水主要賦存在石炭系石灰?guī)r中，溶蝕裂隙和溶洞發(fā)育，水量中等～豐富，具承壓性。

場地地質(zhì)條件較差，根據(jù)類似工程經(jīng)驗，采用800mm厚C30地下連續(xù)墻，連續(xù)墻擬采用雙輪銑施工，連續(xù)墻嵌固深度8m～12m。設(shè)三道支撐，第一道采用700x1000混凝土八字撐，肋撐600x1000，主撐間距9m；第二道采用800x1000混凝土八字撐，肋撐700x1000，主撐間距9m，第三道采用D600，t=16mm鋼支撐，間距3m。對于端頭圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用旋挖樁施工，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成封閉環(huán)，盾構(gòu)隧道與車站接口位置擬采用冷凍法加礦山法施工，形成完整的結(jié)構(gòu)體系。

4.線路條件影響分析

本段線路以線間距為13m的直線段為主，可滿足設(shè)置10m島式車站的線路技術(shù)條件。另外，根據(jù)周邊規(guī)劃及客流預(yù)測資料，設(shè)置一座10m島式車站可滿足本區(qū)域的客流出行需求。故線路平面不作調(diào)整，可滿足增設(shè)車站的要求。

因本段線路縱斷面坡度為4‰，不具備直接破除車站范圍區(qū)間增設(shè)站點的條件。需根據(jù)現(xiàn)場實測資料對線路縱斷面設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，并滿足各專業(yè)對限界的需求。

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157-2013）第六章 6.3.2第2條的規(guī)定：車站站臺范圍內(nèi)的線路應(yīng)設(shè)在一個坡道上，坡度宜采用2‰。當(dāng)具有有效排水措施或相鄰建筑物合建時，可采用平坡。根據(jù)車輛經(jīng)行試驗，在2‰坡道上，可以停止不溜車；在3‰坡道上，不制動即溜車。

基于以上前提，對本段線路縱斷面坡度調(diào)整如下：根據(jù)本段區(qū)間隧道實測資料進(jìn)行擬合，將原長1160m4‰坡度的路段拆分為三個坡段。圖2中2.8‰的坡段為清塘站范圍，本段需拆除隧道并新建地下車站；前后坡度分別為4.3‰及4.103‰的路段與原設(shè)計最大豎向偏移值約96mm，區(qū)間隧道縱斷面調(diào)整均位于限界允許的范圍內(nèi)。

5.行車系統(tǒng)能力影響性分析

圖2 清塘路站段縱斷面改造方案示意圖

據(jù)客流分析，新增站對九號線客流規(guī)模及高峰小時單向最大斷面客流量影響很小，考慮九號線初、近、遠(yuǎn)期運能富余度分別為33.9%，15.5%與11.9%，滿足加站帶來的客流波動，可保持既有行車組織方案及設(shè)計運輸能力，即初、近、遠(yuǎn)期高峰小時分別開行12對/h，17對/h與24對/h。

系統(tǒng)按28對/h預(yù)留能力，按照6人/m2和5人/m2標(biāo)準(zhǔn)計算，運能均可以滿足要求，故遠(yuǎn)期預(yù)留28對/h系統(tǒng)能力，運能可達(dá)35224人/h，富余度12.4% 。

列車旅行速度受區(qū)間運行時間與停站時間控制，并影響本線運用車與配屬車數(shù)量。根據(jù)牽引計算，加站后，區(qū)間運行時間增加44秒。

經(jīng)各方面綜合分析，增加清塘路站后，本線保持原設(shè)計定員標(biāo)準(zhǔn)與系統(tǒng)選型，初、近、遠(yuǎn)期高峰小時分別開行與原設(shè)計一致的12對/h，17對/h與24對/h。

考慮按46km/h計算配屬車，則初、近、遠(yuǎn)期配屬車分別為16列、21列與34列，其中初期增購車1列，近、遠(yuǎn)期分別增加配屬車3列與4列。

6.建筑方案分析

新建的地鐵車站采用九號線同一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，B型車6節(jié)編組。增建車站為帶降壓變電的地下二層島式車站。車站負(fù)一層為站廳層，中部為公共區(qū)，公共區(qū)設(shè)3組樓扶梯與站臺層相連，兩端為設(shè)備房區(qū)。為了減少現(xiàn)有盾構(gòu)區(qū)間廢除工程量，車站長度控制在160m，車站的主要辦公設(shè)備用房區(qū)設(shè)置在上行線外側(cè)一跨空間內(nèi)。負(fù)二層為站臺層，站臺寬度10m寬。車站總長160m，標(biāo)準(zhǔn)段寬28.0m，頂板覆約0.8m。車站總建筑面積14761.2m2，車站共設(shè)4個出入口，其中車站南側(cè)2個出入口與風(fēng)亭、緊急疏散口組合布置。站位所在迎賓大道地下管線較多，車站實施考慮將埋深較大管線沿車站外側(cè)遷移。

通過調(diào)整市政管線布置，降低頂板覆土厚度到0.8m，控制車站站臺有效寬度和車站長度，優(yōu)化設(shè)備機(jī)房布置，降低車站建設(shè)規(guī)模，最終實現(xiàn)控制工程投資目的。

7.結(jié)論與建議

1）通過線位選擇、建筑方案優(yōu)化等方面的研究，既有區(qū)間隧道增加車站技術(shù)上可行。

2）增加車站后，車站運行時間增加，在原系統(tǒng)能力富余度不足情況下，需要通過增加配車數(shù)量來維持原系統(tǒng)運營能力。

3）通過調(diào)整影響車站布置的市政管線，實現(xiàn)降低頂板覆土目標(biāo)，最終通過調(diào)線調(diào)坡，滿足車站內(nèi)坡度的設(shè)置極限要求。