復(fù)雜山區(qū)高速鐵路站場(chǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)分析

文 東

(中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，昆明650200 )

山區(qū)具有地形起伏大、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，山區(qū)高速鐵路橋隧比重高，如鄭萬、大麗攀高速鐵路橋隧比分別達(dá)91.9%和95.0%，超高的橋隧比和復(fù)雜的地形地質(zhì)條件增加了山區(qū)高速鐵路站場(chǎng)工程的難度。

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)高速鐵路站場(chǎng)工程的研究，分別集中在站場(chǎng)布置圖型[1-2]、車站選址[3]及站間距[4]等方面。但站場(chǎng)屬于系統(tǒng)工程，每條高速鐵路的修建都應(yīng)對(duì)全線車站的分布、規(guī)模、站址、站型和站坪等進(jìn)行統(tǒng)籌研究布局，且復(fù)雜地形條件下的山區(qū)高速鐵路站場(chǎng)工程與平原地區(qū)有較大差別，因此，有必要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分析研究。

1 山區(qū)高速鐵路車站分布及車站規(guī)模

1.1 山區(qū)高速鐵路車站分布

車站分布應(yīng)滿足遠(yuǎn)景線路年輸送能力的要求，中間站應(yīng)根據(jù)沿線城鎮(zhèn)分布及產(chǎn)業(yè)布局合理分布，并滿足養(yǎng)護(hù)維修、救援等要求[5]。西南山區(qū)高速鐵路車站設(shè)置如表1所示。

表1 西南山區(qū)高鐵車站設(shè)置情況表

從表1對(duì)西南12條典型山區(qū)既有、在建和規(guī)劃的高速鐵路車站統(tǒng)計(jì)可知：

(1)西南山區(qū)高速鐵路平均站間距分布在28.0～53.3 km，其中91.7%的線路平均站間距分布在30～60 km，如圖1所示，與設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的30～60 km相符。其下限值低于西北地區(qū)高速鐵路平均站間距 40～60 km和京滬、鄭武高速鐵路的60 km，而上限值高于東部、南部及東北地區(qū)的平均站間距30～40 km[5]。

圖1 西南山區(qū)高速鐵路平均站間距分布圖

(2)西南山區(qū)高速鐵路車站最小站間距主要分布在10～20 km，占比為66.7%(如圖2所示)，小于規(guī)范推薦下限值30 km的比例為83.3%。其主要是受線路引入樞紐、城市群密集設(shè)站的影響，如成渝高速鐵路引入重慶樞紐，沙坪壩站與重慶站之間的站間距僅9.0 km，而鄭萬高速鐵路(襄萬段)和大麗攀高速鐵路未引入大型樞紐，其最小站間距分別達(dá)37.6 km和35.9 km。

圖2 西南山區(qū)高速鐵路最小站間距分布圖

(3)山區(qū)高速鐵路車站的分布，一般取決于沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)的分布。因山區(qū)經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)落后，部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，因此山區(qū)高速鐵路最大站間距離均偏大，最大站間距大于規(guī)范規(guī)定平均站間距上限值60 km的比例為83.3%，如圖3所示。其中滬昆高速鐵路和西成客運(yùn)專線最大站間距均分別達(dá)到92.4 km和95.0 km。

圖3 西南山區(qū)高速鐵路最大站間距分布圖

1.2 山區(qū)高速鐵路車站規(guī)模特征

受山區(qū)城市人口密度和設(shè)站條件等的影響，除省會(huì)城市和部分地級(jí)市設(shè)置的始發(fā)站規(guī)模較大外，山區(qū)高速鐵路在其他地、縣級(jí)城市設(shè)置的中間站規(guī)模均較小，其中縣級(jí)站以1～2個(gè)站臺(tái)配2～4條到發(fā)線(不含正線)為主，地級(jí)站以3個(gè)站臺(tái)配5條到發(fā)線為主，受最大站間距、快車越行慢車等影響時(shí)，部分線路根據(jù)需要設(shè)置越行站。

根據(jù)表1分析可知，山區(qū)高速鐵路設(shè)置1～2個(gè)站臺(tái)的中間站比重為65.8%(如圖4所示)，明顯高于其他地區(qū)的高速鐵路，如滬昆高速鐵路杭長(zhǎng)段20個(gè)車站中，2個(gè)站臺(tái)規(guī)模車站僅6個(gè)，比重為30%；而長(zhǎng)昆段25個(gè)車站中，2個(gè)站臺(tái)規(guī)模車站為16個(gè)，比重達(dá)64%。

圖4 西南山區(qū)高速鐵路不同類型車站比例圖

綜上分析，山區(qū)高鐵沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)分散，地方經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)落后，對(duì)車站分布及規(guī)模影響較大。車站設(shè)置應(yīng)利于帶動(dòng)沿線地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在滿足運(yùn)輸能力需求的前提下，應(yīng)盡量縮減車站規(guī)模；在滿足養(yǎng)護(hù)維修、救援等要求下，可采用超長(zhǎng)站間距。

2 山區(qū)高速鐵路車站站址設(shè)置

2.1 山區(qū)高速鐵路車站選址主要原則

山區(qū)高速鐵路車站選址除應(yīng)遵循規(guī)范規(guī)定的普遍原則外，還應(yīng)遵循以下主要原則：

(1)重要車站宜“以點(diǎn)定線”

山區(qū)復(fù)雜的地形地貌及城市特殊的空間分布決定了山區(qū)高速鐵路車站選址的復(fù)雜性，為保證車站的“服務(wù)”屬性，盡量在空間上縮短站城距離，引領(lǐng)城市發(fā)展，在滿足線路宏觀走向順直的前提下，重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)的車站宜“以點(diǎn)定線”[6]。

(2)一般車站“站址服從走向”

山區(qū)普通中間站，鄰城設(shè)站走向迂回、工程巨大時(shí)，鑒于客流較小、停站車次不多，應(yīng)“站址服從走向”，局部服務(wù)全局，以走向順直為根本。

(3)節(jié)約、集約用地原則

具有山地特征的城市，地勢(shì)狹窄，土地資源緊張，站址的選擇應(yīng)有利于市政配套，有利于實(shí)現(xiàn)站區(qū)綜合交通、綜合換乘，節(jié)約、集約用地。

(4)復(fù)雜條件下車站選址應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

山區(qū)高速鐵路橋隧工程占比大，路基工點(diǎn)復(fù)雜，臨近城鎮(zhèn)地勢(shì)平坦時(shí)、沿線既有建筑物的拆遷、還建工程量大，工程實(shí)施難度大。車站選址應(yīng)在技術(shù)可行性和工程經(jīng)濟(jì)性間綜合權(quán)衡確定。

2.2 山區(qū)高速鐵路車站選址對(duì)線路長(zhǎng)度的影響

無論山區(qū)高速鐵路還是平原高速鐵路，線路走向與車站設(shè)置始終存在干線順直通過設(shè)站和干線繞行設(shè)站兩種關(guān)系的權(quán)衡[6]，如圖5所示。

圖5 車站設(shè)置對(duì)高速鐵路線路走向影響示意圖

干線繞行設(shè)站對(duì)正線建筑長(zhǎng)度影響較大，并影響線路展線系數(shù)，典型山區(qū)和平原高速鐵路展線系數(shù)如表2所示，典型山區(qū)和平原高速鐵路經(jīng)重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)設(shè)站比例對(duì)展線系數(shù)的影響規(guī)律如圖6所示。

圖6 典型山區(qū)和平原高速鐵路經(jīng)重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)設(shè)站比例對(duì)展線系數(shù)的影響規(guī)律圖

表2 典型山區(qū)和平原高速鐵路展線系數(shù)對(duì)比表

根據(jù)表2及圖6可知：

(1)無論山區(qū)高速鐵路還是平原高速鐵路，線路展線系數(shù)與沿線鐵路必須經(jīng)過的重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)設(shè)站比例基本呈正相關(guān)關(guān)系。部分山區(qū)高速鐵路沿線重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)設(shè)站比例高，但展線系數(shù)小，如滬昆高速鐵路長(zhǎng)昆段和西成客運(yùn)專線等，其主要原因在于沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)順線路宏觀走向基本呈直線分布，且與線路中心的偏移距離短，干線繞行設(shè)站距離短。

(2)山區(qū)高速鐵路展線系數(shù)并不比平原高速鐵路展線系數(shù)高。根據(jù)表2可知，山區(qū)高速鐵路展線系數(shù)基本分布在1.07～1.18，而平原高速鐵路展線系數(shù)分布范圍為1.08～1.26。平原或丘陵地帶經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)密集，需繞行設(shè)站的點(diǎn)多；而山區(qū)經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)相對(duì)較少，能影響線路宏觀走向的站點(diǎn)少，因此其展線系數(shù)反而小。如滬昆高速鐵路杭長(zhǎng)段以平原為主，展線系數(shù)比為1.26，明顯高于長(zhǎng)昆段的1.08。

綜上所述，山區(qū)復(fù)雜地形地質(zhì)條件并不是影響展線系數(shù)的關(guān)鍵因素，而是沿線需要設(shè)站的重要經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)數(shù)量及據(jù)點(diǎn)與線路宏觀走向的偏離距離，即車站分布和站址設(shè)置是影響山區(qū)高速鐵路正線繞行距離的主要因素。

特殊情況下，當(dāng)山區(qū)高速鐵路不具備繞行設(shè)站或繞行代價(jià)較大時(shí)，也可采用正線順直通過，聯(lián)絡(luò)線下線設(shè)站的特殊方式。如西成客運(yùn)專線的青川站，采用到發(fā)線外繞到隧道外貫通設(shè)站(如圖7所示)，成貴鐵路的峨眉山站則采用聯(lián)絡(luò)線下線盡頭設(shè)站方式(如圖8所示)。

圖7 干線順直通過、聯(lián)絡(luò)線下線城市附近設(shè)站圖

圖8 干線順直通過、聯(lián)絡(luò)線下線城市附近設(shè)站圖

2.3 山區(qū)高速鐵路站址設(shè)置與城市關(guān)系

2.3.1 充分考慮山區(qū)城市空間布局對(duì)站址選擇的影響

受江河和山脈阻隔，山地城市沿河、依山而建，山區(qū)城市空間布局與平原城市有較大差別，少有攤大餅式空間形態(tài)，一般呈組團(tuán)式布局。最常見的有星座式(如重慶、昆明等)和帶狀式(如宜賓、文山等)組團(tuán)結(jié)構(gòu)，不同城市組團(tuán)發(fā)展形狀布局對(duì)站址的選擇影響很大。

城市組團(tuán)因地理區(qū)位和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展條件不同，其出行需求也各不相同，高速鐵路車站選址時(shí)，應(yīng)對(duì)不同組團(tuán)的客流量和客流性質(zhì)進(jìn)行科學(xué)分析，合理確定區(qū)域鐵路客流重心，指導(dǎo)站址選擇[6]。

2.3.2 山區(qū)高速鐵路站址與城市空間距離分析

站址與城市的空間距離，應(yīng)以方便旅客出行，利于綜合交通布設(shè)，并為城市規(guī)劃預(yù)留發(fā)展空間為原則。山區(qū)高速鐵路沿線城市多具有山地特征，其通站道路實(shí)施難度大，投資高，旅客出行可供選擇的交通方式較大城市少。因此，在滿足線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條件下，應(yīng)盡可能在中心城區(qū)或靠近城市建成區(qū)附近設(shè)站。

典型山區(qū)高速鐵路與城市距離統(tǒng)計(jì)如表3所示，典型山區(qū)高速鐵路車站選址分布及站址與城市空間距離分關(guān)系如圖9、圖10所示。

圖9 典型山區(qū)高速鐵路車站選址分布情況圖

圖10 典型山區(qū)高速鐵路站址與城市空間距離分布關(guān)系圖

由表3、圖9和圖10分析可知：

(1)山區(qū)高速鐵路站址設(shè)置在中心城區(qū)主要為引入鐵路樞紐新設(shè)客運(yùn)站或引入既有站設(shè)站兩種情況，新建通過式中間站伸入市區(qū)內(nèi)設(shè)站較少，市區(qū)內(nèi)設(shè)站約占111個(gè)統(tǒng)計(jì)樣本的17.1%。

(2)受地形、拆遷、城市規(guī)劃及線路宏觀走向等影響，山區(qū)高速鐵路車站主要設(shè)置在城市外緣，其中站址與城市距離為0～5 km的車站有55個(gè)，占統(tǒng)計(jì)樣本的 49.5 %；10 km及以內(nèi)的近郊車站占統(tǒng)計(jì)樣本的87.3%。據(jù)圖9可知，8個(gè)典型山區(qū)高速鐵路車站的近郊站址占比在80%及以上，10 km以上的遠(yuǎn)郊站址占比在20%以下。

綜上所述，山區(qū)高速鐵路站址與城市空間距離應(yīng)以“近而不進(jìn)”為宜。

3 山區(qū)高鐵車站站型設(shè)置

山區(qū)高速鐵路以1～2個(gè)站臺(tái)的中間站為主，占比達(dá)65.8%，本文以該類型車站為列分析山區(qū)高速鐵路車站站型設(shè)置特點(diǎn)。

3.1 高速鐵路車站普適站型

高速鐵路車站一般采用正線中穿橫列式布置圖型[7-8]，站臺(tái)和到發(fā)線均衡布置在正線兩側(cè)，車站兩端分別設(shè)置1～2組渡線。為減少場(chǎng)坪寬度，車站站臺(tái)與股道、股道與股道之間均按規(guī)范規(guī)定的最小距離設(shè)計(jì)，如圖11所示。

圖11 高速鐵路中間站標(biāo)準(zhǔn)圖型[8]

3.2 設(shè)站條件較好時(shí)的山區(qū)高速鐵路車站站型

山區(qū)高速鐵路在設(shè)站條件較好時(shí)，站型以采用普適布置圖型為主。當(dāng)站內(nèi)有橋隧工程時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整車站布置形式，達(dá)到工程簡(jiǎn)單、工程節(jié)省的目的。如為避免道岔上橋，渡線可集中在咽喉一端設(shè)置(如圖12所示)；當(dāng)車站架空設(shè)橋時(shí)，站房可布置在線側(cè)下或線正下，充分利用立體空間(如圖13所示)。

圖12 車站渡線集中設(shè)置在咽喉一端布置示意圖

圖13 線下式站房布置示意圖

3.3 特殊地形地質(zhì)條件下的山區(qū)高速鐵路車站站型

特殊地形地質(zhì)條件下，若車站按普適圖型布置時(shí)，工程代價(jià)和工程風(fēng)險(xiǎn)極高，則應(yīng)根據(jù)工程技術(shù)條件對(duì)站型進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，即針對(duì)不同的地形、地質(zhì)條件，結(jié)合站內(nèi)橋、隧、路工程條件，因地制宜差異化布置車站平面。

3.3.1 “一線天”地形條件下車站布置圖型

“一線天”地形條件下，車站布設(shè)在兩座隧道之間，當(dāng)露天段無法滿足站坪長(zhǎng)度需求時(shí)，咽喉需伸入隧道。為避免形成四線隧道，車站到發(fā)線按縱列錯(cuò)尺布置，將車站兩端隧道簡(jiǎn)化為三線隧道，站房和站臺(tái)設(shè)置在露天段，如圖14所示。

圖14 “一線天”車站到發(fā)線縱列式布置示意圖

3.3.2 隧道分修工程條件下的車站布置圖型

當(dāng)車站位于需要分修的長(zhǎng)大隧道附近時(shí)，站內(nèi)上下行正線應(yīng)拉開一定間距，以滿足隧道分修條件，此時(shí)車站平面可采用正線外包4線夾1臺(tái)“燕尾式”布置圖型，如圖15所示。

圖15 正線外包布置示意圖

3.3.3 車站設(shè)于隧道內(nèi)的布置圖型

山區(qū)高速鐵路受地形條件控制，無設(shè)置地面車站條件時(shí)，可在隧道內(nèi)設(shè)置車站，受隧道最大開挖跨度限制，地下車站的正線與兩側(cè)到發(fā)線及站臺(tái)應(yīng)單(雙)線分洞設(shè)置，同時(shí)站臺(tái)與地面站房應(yīng)設(shè)置進(jìn)出站通道連接，如圖16所示。

圖16 地下車站平面布置示意圖

3.3.4 到發(fā)線外繞設(shè)站布置圖型

隧道內(nèi)設(shè)置車站工程難度大，工程投資高，旅客疏散相對(duì)困難，當(dāng)隧道外方有設(shè)站條件，且受線路走向、地形影響，正線不能繞行時(shí)，可采用正線順直通過，到發(fā)線外繞到隧道外方設(shè)站的布置圖型[2]，如圖17所示。

圖17 到發(fā)線外繞設(shè)站平面布置示意圖

3.3.5 盡端式車站布置圖型

盡端式車站布置圖型國(guó)內(nèi)較少，國(guó)外較普遍，多設(shè)于城市中心。當(dāng)受線路宏觀走向影響或受地質(zhì)、環(huán)保等限制，山區(qū)高速鐵路不具備繞行貫通式設(shè)站條件時(shí)，可采用正線順直通過，聯(lián)絡(luò)線下線設(shè)盡端式車站的特殊布置形式，如圖8、圖18所示。

圖18 盡端式車站平面布置示意圖

4 山區(qū)高速鐵路車站站坪設(shè)置

車站站房場(chǎng)坪形式和高程是影響車站工程體量的關(guān)鍵，站坪形式應(yīng)結(jié)合線路引入條件、工程投資及站址周邊自然條件、城市規(guī)劃等綜合比選確定，站坪高程應(yīng)統(tǒng)籌考慮站區(qū)立體空間開發(fā)需要，并利于站前廣場(chǎng)和市政道路等配套設(shè)施的銜接。

4.1 一般條件下的站坪設(shè)置

站址周邊自然條件較好時(shí)，站坪應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)置在路基上，為減少工程建設(shè)對(duì)自然環(huán)境的影響，場(chǎng)坪盡量填挖平衡，并根據(jù)工程條件確定站房場(chǎng)坪采用線側(cè)平式、線側(cè)下式或線側(cè)上式。

4.2 復(fù)雜地形地質(zhì)條件下的站坪設(shè)置

山區(qū)高速鐵路受自然條件制約，橋隧比重高，若站內(nèi)路基段長(zhǎng)度及寬度不滿足站坪設(shè)置要求，則站坪不可避免地需設(shè)置在橋梁上、隧道內(nèi)或橋隧相連處。根據(jù)不同地形、地質(zhì)條件，車站站坪可采用半橋半路基(平面布置如圖15所示)、全橋(平面布置如圖13所示)、橋隧路相連(平面布置如圖14所示)、隧路相連(平面布置如圖17所示)和全隧(平面布置如圖16所示)5種形式。其中，以橋、路工程相連最為常見，包括站坪沿線路縱向設(shè)置在橋路工程上和一面坡地形條件下站坪橫向設(shè)置在橋路工程上兩種形式。

山區(qū)高速鐵路沿線城市具有土地資源緊張，站房及站前廣場(chǎng)等配套設(shè)施布置局促等特點(diǎn)，車站站坪應(yīng)充分利用地形條件因地制宜設(shè)置。站內(nèi)高填方路段應(yīng)做橋路方案比選，在工程投資相差不大，且有車站立體空間開發(fā)需求時(shí)，應(yīng)以橋方案為主。

5 結(jié)束語

山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，山區(qū)高速鐵路橋隧比重高，沿線經(jīng)濟(jì)據(jù)點(diǎn)分散，站點(diǎn)設(shè)置對(duì)正線繞行長(zhǎng)度影響較大，應(yīng)結(jié)合線路走向合理分布車站。山區(qū)高速鐵路以2個(gè)站臺(tái)規(guī)模的車站為主，重要城市車站規(guī)模根據(jù)客流量和客車對(duì)數(shù)等確定，復(fù)雜山區(qū)應(yīng)因地制宜設(shè)置站址、站型和站坪。

復(fù)雜山區(qū)高速鐵路站場(chǎng)工程具有特殊性和多樣性，應(yīng)根據(jù)不同工程技術(shù)條件進(jìn)行差異化創(chuàng)新設(shè)計(jì)，達(dá)到降低工程風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省工程投資、節(jié)約土地、運(yùn)輸組織靈活、旅客出行便捷和服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。