西安地鐵4 號(hào)線工程
——綜合分析地下車(chē)站下穿城墻及護(hù)城河后方案及站位的確定

孫灝

（中鐵西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安710054）

1 研究背景

1.1 項(xiàng)目背景

西安地處關(guān)中平原中部、北瀕渭河、南依秦嶺，八水潤(rùn)長(zhǎng)安，是聯(lián)合國(guó)教科文組織于1981 年確定的“世界歷史名城”，也是中華文明和中華民族重要發(fā)祥地之一、絲綢之路的起點(diǎn)，歷史上先后有十多個(gè)王朝在此建都，豐鎬都城、秦阿房宮、兵馬俑，漢未央宮、長(zhǎng)樂(lè)宮，隋大興城，唐大明宮、興慶宮等勾勒出“長(zhǎng)安情結(jié)”。西安是中國(guó)最佳旅游目的地、中國(guó)國(guó)際形象最佳城市之一，有兩項(xiàng)六處遺產(chǎn)被列入《世界遺產(chǎn)名錄》，分別是：秦始皇陵及兵馬俑、大雁塔、小雁塔、唐長(zhǎng)安城大明宮遺址、漢長(zhǎng)安城未央宮遺址和興教寺塔。另有西安城墻、鐘鼓樓、華清池、終南山、大唐芙蓉園、陜西歷史博物館、碑林等景點(diǎn)。

截至2021 年1 月，西安市開(kāi)通運(yùn)營(yíng)地鐵線路共有8 條，分別為：1 號(hào)線、2 號(hào)線、3 號(hào)線、4 號(hào)線、5 號(hào)線、6 號(hào)線、9 號(hào)線和機(jī)場(chǎng)線，均采用地鐵系統(tǒng)，運(yùn)營(yíng)里程長(zhǎng)度共計(jì)244 千米；共設(shè)車(chē)站153 座，其中換乘車(chē)站13 座。西安地鐵共有8 條（段）在建線路，分別為：1 號(hào)線三期、2 號(hào)線二期、6 號(hào)線二期、8 號(hào)線、10 號(hào)線一期、14 號(hào)線、15 號(hào)線一期和16 號(hào)線一期。

眾所周知，西安具有大量歷史建筑、文物古跡，西安地鐵在穿越這座歷史古城下方的時(shí)候，必將不可避免的頻繁與歷史“擦肩而過(guò)”。

圖1 含元殿站線路與城墻遺址關(guān)系示意圖

圖2 和平門(mén)站線路與護(hù)城河、老橋、和平門(mén)城墻門(mén)洞關(guān)系示意圖

其中，西安地鐵4 號(hào)線工程是陜西省西安市第四條建成運(yùn)營(yíng)的地鐵線路，全線于2014 年5 月開(kāi)工建設(shè)，于2018 年12 月26 日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。線路北起未央?yún)^(qū)北客站（北廣場(chǎng)）站，途經(jīng)新城區(qū)、碑林區(qū)、雁塔區(qū)，終點(diǎn)止于長(zhǎng)安區(qū)航天新城站，聯(lián)通了西安國(guó)家民用航天產(chǎn)業(yè)基地、曲江新區(qū)及西安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)等新區(qū)，是西安市軌道交通中的一條骨干線路。西安地鐵4 號(hào)線全長(zhǎng)35.2 千米，全部為地下線；共設(shè)29 座車(chē)站（其中1 座暫緩開(kāi)通），全部為地下車(chē)站；列車(chē)采用6 節(jié)編組B 型列車(chē)。

地鐵4 號(hào)線下穿明城墻的有含元殿站、和平門(mén)站，其中含元殿站下穿大明宮唐城墻遺址，和平門(mén)站下穿護(hù)城河、老橋、和平門(mén)明城墻門(mén)洞（圖1、2）。

1.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

全國(guó)目前比較典型的下穿城墻或者護(hù)城河的地鐵有：北京19 號(hào)線景風(fēng)門(mén)站到牛街站區(qū)間下穿南護(hù)城河、南京地鐵5 號(hào)線區(qū)間下穿明城墻、西安地鐵6 號(hào)線區(qū)間下穿唐城墻遺址。

其中，和平門(mén)站因同時(shí)下穿護(hù)城河、護(hù)城河老橋、明城墻門(mén)洞等多方面涉古跡因素，成為國(guó)內(nèi)較為典型的具備論述的車(chē)站。

因此，本文章主要以西安地鐵4 號(hào)線和平門(mén)站的方案形成為例，綜合分析地下車(chē)站下穿城墻及護(hù)城河后方案及站位的確定。

2 車(chē)站控制性邊界條件

2.1 車(chē)站北側(cè)區(qū)間線路控制性因素

圖3 車(chē)站與其北側(cè)區(qū)間線路控制性因素關(guān)系示意圖

和平門(mén)站北側(cè)的和平門(mén)～大差市區(qū)間線路上方有護(hù)城河、護(hù)城河老橋，和平門(mén)明城墻等構(gòu)筑物對(duì)線路制約較大，從而影響本站站位以及埋深。（本條控制性因素對(duì)具體站位及站形的分析，詳見(jiàn)本文章節(jié)3。）

2.2 車(chē)站周邊控制性建構(gòu)筑物

圖4 車(chē)站周邊現(xiàn)狀圖

本站沿雁塔北路兩側(cè)的建筑物密集，影響車(chē)站出入口風(fēng)亭布置的控制性建筑物有：勝利飯店的臨街建筑物、陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)總公司的臨街住宅樓及公司大門(mén)、中國(guó)新時(shí)代國(guó)際工程公司的住宅樓及臨街建筑，沿環(huán)城南路規(guī)劃有下穿立交。

車(chē)站下穿護(hù)城河后如何迅速與周邊現(xiàn)狀銜接和避讓亦是本站的重點(diǎn)控制性邊界條件。

2.3 車(chē)站其它控制性邊界條件分析

2.3.1 車(chē)站周邊規(guī)劃分析

車(chē)站站址周邊主要規(guī)劃為商業(yè)用地、行政辦公用地、教育科研用地及居住用地。車(chē)站出入口及站位的布置需充分考慮規(guī)劃用地性質(zhì)的客流吸引。

2.3.2 車(chē)站客流分析

表1 預(yù)測(cè)客流及超高峰系數(shù)表（人/小時(shí)）

車(chē)站上車(chē)設(shè)計(jì)客流為：（1723+1604）×1.25=4159（人/h）

車(chē)站下車(chē)設(shè)計(jì)客流為：（3034+2997）×1.25=7539（人/h）

車(chē)站設(shè)計(jì)客流：（1723+1604+3034+2997）×1.25=11698（人/h）

車(chē)站站形規(guī)模的選擇受客流影響，本文章節(jié)3 將對(duì)具體受控因素做出分析選擇。

2.3.3 車(chē)站周邊控制性管線

圖5 車(chē)站周邊管線位置示意圖

影響車(chē)站的管線有：沿雁塔北路方向有兩根直徑均為1.5m的排水管，埋深分別為6.88m 和6.71m；車(chē)站東側(cè)通道上方一根直徑為1m 的鑄鐵給水管，埋深為3.1m。沿環(huán)城南路方向有一根直徑1.2m 的排水管，埋深為7.5m。其亦對(duì)車(chē)站站形產(chǎn)生關(guān)鍵性的影響，章節(jié)3 詳述。

3 車(chē)站設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)

3.1 車(chē)站站位的選擇

3.1.1 受前后站間距的影響以及車(chē)站盡量靠近十字路口的布置原則，本站下穿護(hù)城河出城后，需盡快設(shè)站，如本站布置在城墻以?xún)?nèi)（以北），將與北側(cè)大差市站站間距過(guò)近，如何布置在城墻以外遠(yuǎn)離十字路口位置，又將與李家村站站間距過(guò)大，如何從平面及縱向（線路埋深）上綜合考慮站位，是該站首當(dāng)其沖的重難點(diǎn)之一。

在車(chē)站站位范圍合理的情況下，我們共分析了以下四種站位：

站位1——車(chē)站靠近路口，位于雁塔北路路中方案。該方案優(yōu)點(diǎn)在于站間距較均勻及能充分吸引周邊客流。缺點(diǎn)在于拆遷量較大(拆遷面積約16760m2)。

站位2——車(chē)站遠(yuǎn)離路口，位于雁塔北路西側(cè)方案。該方案優(yōu)點(diǎn)與方案1 一致。缺點(diǎn)在于拆遷量較站位一大。(拆遷面積約20900m2) 線路不順直及拆遷協(xié)調(diào)難度大等問(wèn)題(需拆除陜西省地勘所有臨街建筑)。

站位3——車(chē)站緊鄰路口，位于雁塔北路路中方案。該方案優(yōu)點(diǎn)與方案1 一致。缺點(diǎn)在于拆遷量最大。（拆遷面積約23010m2），拆遷難度大（Ⅱ號(hào)出入口需拆遷新時(shí)代工程公司多棟辦公樓)，線路曲線進(jìn)站。

表2 站位比較第一階段分析表

站位4——車(chē)站跨路口方案。該方案優(yōu)點(diǎn)在于能滿足過(guò)街功能；拆遷小。缺點(diǎn)在于工程可實(shí)施性差:車(chē)站距護(hù)城河橋過(guò)近，施工風(fēng)險(xiǎn)大；交通疏解困難；地下一層受環(huán)城南路埋深7.5 米DN1200 排水管影響，地下一層布置困難（表1）。

3.1.2 通過(guò)以上分析，站位3、4 的可實(shí)時(shí)性較低，本次設(shè)計(jì)我們針對(duì)站位一和站位二這兩個(gè)有比較價(jià)值的站位進(jìn)行了深入分析，具體分析如下：

圖6 車(chē)站站位1、站位2 方案位置示意圖

（1）站位一，車(chē)站靠近路口設(shè)置，基本位于雁塔北路路中；

（2）站位二，車(chē)站向南向西偏移，位于雁塔北路西側(cè)，車(chē)站主體避開(kāi)兩根排水管。

受線路平面穿越和平門(mén)門(mén)洞的影響，車(chē)站設(shè)置于雁塔北路西側(cè)的同時(shí)需往南偏移，以滿足線路要求，且車(chē)站主體避開(kāi)排水管后，車(chē)站主體距離雁塔北路西側(cè)的建筑物已不到1 米，此時(shí)需拆除雁塔北路西側(cè)的所有臨街建筑物。

我們?nèi)耘f通過(guò)站位對(duì)比表來(lái)綜合分析兩個(gè)站位的優(yōu)缺點(diǎn)：

表3 站位比較第二階段分析表

考慮到房屋拆遷量以及線路的合理性，本次初步設(shè)計(jì)推薦站位一：車(chē)站靠近環(huán)城南路路口，位于雁塔北路路中的站位。

3.2 車(chē)站下穿城墻及護(hù)城河后埋深的選擇

本次項(xiàng)目的重點(diǎn)重難點(diǎn)就是站位的選擇，由于車(chē)站區(qū)間受制于和平門(mén)～大差市區(qū)間下穿護(hù)城河、護(hù)城河橋、和平門(mén)城墻等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，其站位又受到前后站間距的限制，故本站根據(jù)以上綜合情況就線路埋深進(jìn)行了地下二層方案和三層方案的比較。

當(dāng)車(chē)站為三層方案時(shí)：

（1）區(qū)間穿越城墻——線路軌面埋深約為23m，區(qū)間隧道過(guò)和平門(mén)城墻時(shí)，隧道拱頂距地面約18.1m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,城墻基礎(chǔ)埋深為2m，隧道拱頂至城墻基礎(chǔ)豎向凈距約16.1m，大于2倍洞徑。參考西安地鐵一、二號(hào)線過(guò)城墻經(jīng)驗(yàn)，該距離可滿足區(qū)間隧道施工要求。

（2）區(qū)間隧道穿越護(hù)城河——拱頂距離護(hù)城河底近距約9m，大于1 倍洞徑，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)可保證護(hù)城河安全。

圖7 三層方案時(shí)護(hù)城河下穿部分區(qū)間關(guān)系示意圖

當(dāng)車(chē)站為二層方案時(shí)：

（1）區(qū)間穿越城墻——線路軌面埋深約為17m，區(qū)間隧道過(guò)和平門(mén)城墻時(shí)，隧道拱頂距地面約12.14m；隧道拱頂至城墻基礎(chǔ)凈距約10.1m，小于2 倍洞徑。參考西安地鐵一、二號(hào)線過(guò)城墻經(jīng)驗(yàn)，該距離偏小。運(yùn)營(yíng)時(shí)對(duì)城墻及護(hù)城河橋擾動(dòng)較大，對(duì)文物保護(hù)不利。

（2）區(qū)間隧道穿越護(hù)城河——區(qū)間隧道在過(guò)護(hù)城河時(shí)，拱頂距離護(hù)城河底凈距約3.0m，約為0.5 倍洞徑，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)很大。

圖8 二層方案時(shí)護(hù)城河下穿部分區(qū)間關(guān)系示意圖

經(jīng)以上研究比選后，在區(qū)間安全穿越諸多控制物的前提下，本次設(shè)計(jì)推薦和平門(mén)站為地下三層車(chē)站。

3.3 車(chē)站與地下管線的關(guān)系

圖9 地下三層方案與管線關(guān)系示意圖

圖10 站廳層位置與管線關(guān)系示意圖

經(jīng)與管線產(chǎn)權(quán)部門(mén)協(xié)商，車(chē)站范圍內(nèi)控制車(chē)站主體的兩根排水管可以改遷，且車(chē)站東側(cè)的一根DN1000 埋深3.1 米的鑄鐵給水管不能改遷。因此將影響車(chē)站主體的埋深6.88 米的排水管遷改至車(chē)站東側(cè)，該管道成為制約車(chē)站站廳層埋深的主要因素（圖10）。

車(chē)站站廳層在負(fù)一層時(shí)，為使車(chē)站東側(cè)出入口通道下穿排水管，車(chē)站站廳層埋深將達(dá)到11.05m，此時(shí)車(chē)站軌面埋深約為23.75m，線路埋深不合理，且車(chē)站投資較大。

因此，本站將站廳層設(shè)置在地下二層，不但較好的解決了通道上方管線的問(wèn)題，也可減小軌面埋深。

圖11 車(chē)站總平面示意圖

綜上所述，和平門(mén)站采用地下三層車(chē)站形式，站廳層位于地下二層在雁塔北路路中設(shè)置。

4 本站的最終方案情況

通過(guò)以上分析比較，得出車(chē)站最終方案如下：

4.1 車(chē)站總平面情況

車(chē)站總長(zhǎng)149.60m，標(biāo)準(zhǔn)段寬21.40m，車(chē)站主體建筑面積10166.31m2，附屬建筑面積3553.74m2，總建筑面積13720.05m2。車(chē)站共設(shè)置4 個(gè)出入口和兩組共8 個(gè)風(fēng)亭。其中Ⅰ號(hào)出入口預(yù)留；Ⅱ號(hào)出入口及殘疾人電梯設(shè)于新時(shí)代國(guó)際工程公司用地上，需拆除中國(guó)新時(shí)代國(guó)際工程公司部分建筑，拆除面積約3110m2；Ⅲ號(hào)出入口和2 號(hào)風(fēng)亭設(shè)于勝利飯店用地上，需拆除勝利飯店部分建筑，拆除面積約9250m2；Ⅳ號(hào)出入口及1 號(hào)風(fēng)亭設(shè)于陜西省地勘開(kāi)發(fā)公司用地上，需拆除該公司1 棟住宅樓（目前已空置）及門(mén)衛(wèi)房，拆除面積約4400m2；冷卻塔位于1 號(hào)風(fēng)亭處。Ⅲ號(hào)出入口遠(yuǎn)期改造可作為換乘通道。

4.2 車(chē)站設(shè)備層（地下一層）布置情況

設(shè)備層布置有通信、信號(hào)、電設(shè)備、通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備房間，變電所下方設(shè)置1.5m 高的電纜夾層。其中變壓器的運(yùn)輸路徑則通過(guò)凈寬2.5m 的走道，從通風(fēng)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)的風(fēng)孔運(yùn)輸至站臺(tái)層。

設(shè)備層兩端分別設(shè)置一個(gè)直通地面的消防疏散出入口，以滿足消防要求。

4.3 車(chē)站站廳層（地下二層）布置情況

車(chē)站站廳層由公共區(qū)和兩端的設(shè)備及管理用房組成。公共區(qū)劃分為非付費(fèi)區(qū)和付費(fèi)區(qū)。付費(fèi)區(qū)內(nèi)設(shè)有兩組上下行自動(dòng)扶梯，一組步行樓梯，殘疾人電梯位于付費(fèi)區(qū)的中部。公共衛(wèi)生間位于Ⅳ號(hào)出入口通道處。

4.4 車(chē)站站臺(tái)層（地下三層）布置情況

車(chē)站采用12.5m 島式站臺(tái)，有效站臺(tái)長(zhǎng)度為118m。車(chē)站南端設(shè)置區(qū)間人防隔斷門(mén)，車(chē)站為盾構(gòu)過(guò)站。

4.5 車(chē)站縱斷面布置情況

車(chē)站設(shè)備層凈高為6.25m，站廳層凈高為4.7m，站臺(tái)層凈高為4.55m。

4.6 車(chē)站橫斷面布置情況

車(chē)站頂板覆土3m，有效站臺(tái)中心處軌面埋深21.4m，車(chē)站總高20.95m。

4.7 車(chē)站建成后現(xiàn)狀

圖12 車(chē)站現(xiàn)狀公共區(qū)照片

5 專(zhuān)題分析價(jià)值及總結(jié)

本專(zhuān)題通過(guò)對(duì)地下車(chē)站前后區(qū)間下穿古城墻及護(hù)城河后的埋深等特點(diǎn)，結(jié)合線路情況、車(chē)站前后站間距、車(chē)站周邊控制性因素等綜合分析，在以上受控因素的限制條件下分析本站綜合具體情況，推薦和平門(mén)站采用地下三層車(chē)站形式，站廳層位于地下二層，在雁塔北路路中設(shè)置。

通過(guò)前文分析我們可以看出，國(guó)內(nèi)目前下穿古跡后立刻設(shè)站的地鐵線路并不多，主要涉及這類(lèi)下穿的車(chē)站多出現(xiàn)在國(guó)內(nèi)歷史較為悠久的古城，通過(guò)對(duì)和平門(mén)站這一典型車(chē)站的綜合分析，我們可以依次從以下思路順序進(jìn)行車(chē)站的站位及埋深分析：

線路走向情況的分析——站位前后車(chē)站情況及站間距——下穿區(qū)間與古跡的平、縱面關(guān)系分析——確定軌面埋深范圍——確定其它控制性因素——確定最終的站位及站形。

通過(guò)本專(zhuān)題分析，希望可以對(duì)我們完善設(shè)計(jì)思路、確定車(chē)站站位及站形給出參考價(jià)值。