地鐵車輛基地土石方計(jì)算方法研究

蘆威

（成都西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450052）

城市軌道交通車輛段與綜合基地（以下簡(jiǎn)稱“車輛段”）是專為列車停放、整備、維護(hù)及檢修的場(chǎng)所，一般1 條地鐵線路設(shè)置1 個(gè)車輛段和1 個(gè)停車場(chǎng)，超長(zhǎng)線路甚至需設(shè)置2 個(gè)停車場(chǎng)或2個(gè)車輛段[1]。地鐵車輛段或停車場(chǎng)占地面積較大，大的車輛段如北京軌道交通昌平線十三陵景區(qū)車輛段占地有32.6 萬m2，小的停車場(chǎng)如南京新生圩占地面積也有5.6 萬m2，如何在滿足車輛段功能的前提下，控制車輛段規(guī)模，減少工程費(fèi)用開支，至關(guān)重要。國內(nèi)有關(guān)控制車輛段規(guī)模的方法一般有兩種，一種是對(duì)車輛段各功能庫房進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)[2-4]；一種是對(duì)車輛段進(jìn)行上蓋設(shè)計(jì)，集約開發(fā)[5-6]。車輛段土石方量計(jì)算論文則相對(duì)較少[7-8]，這里不再贅述。在地鐵車輛基地站場(chǎng)設(shè)計(jì)中，車輛段位置及規(guī)模主要通過城市地鐵線網(wǎng)規(guī)劃確定，工程費(fèi)用則由具體的方案設(shè)計(jì)中征地面積、各類房屋拆遷量、站場(chǎng)土石方、軌道長(zhǎng)度、道路面積等工程量的確定。其中站場(chǎng)土石方量的計(jì)算最為復(fù)雜，一方面，因車輛段占地面積大，土石方量數(shù)量一般較大；另一方面，與車輛段所在地區(qū)有關(guān)，平原、丘陵、山地等地區(qū)不同，土石比不同，土石方量差別較大。土石方價(jià)格不同，工程費(fèi)用亦相去甚遠(yuǎn)。故通過精細(xì)化研究土石方計(jì)算尤為必要。

1 項(xiàng)目前期土石方計(jì)算方法

項(xiàng)目前期主要指項(xiàng)目預(yù)可行性研究階段和項(xiàng)目可行性研究階段，該階段初步確定車輛段的建設(shè)規(guī)模及位置，通過計(jì)算工程量作為指標(biāo)，對(duì)初步方案進(jìn)行分析比選。該階段土石方工程量主要計(jì)算方法為方格網(wǎng)法。

1.1 計(jì)算方法

在設(shè)計(jì)中，在車輛段建設(shè)規(guī)模確定后，一般根據(jù)地鐵車輛維修工藝流程，確定平面布置方案，繼而由用地需要?jiǎng)澏t線范圍。

方格網(wǎng)法計(jì)算過程為：將車輛段紅線范圍按地形及設(shè)計(jì)標(biāo)

高劃分為不同的區(qū)塊，并將區(qū)塊劃分成邊長(zhǎng)為a 小方格（如圖1

所示）。其中a 長(zhǎng)度可根據(jù)需要進(jìn)行選取，且 a ≤20

通過各方格點(diǎn)的施工高度，可確定各方格填挖方量：

1.2 方法分析

1.2.1 填挖方區(qū)塊劃分

按方格網(wǎng)法計(jì)算時(shí)，以設(shè)計(jì)高程及地面標(biāo)高作為區(qū)塊劃分依據(jù)，當(dāng)?shù)孛鏄?biāo)高大時(shí)，為挖方區(qū)域；地面標(biāo)高小時(shí)為填方區(qū)域，應(yīng)分別計(jì)算。區(qū)塊劃分時(shí)，可考慮以下因素：①設(shè)計(jì)標(biāo)高。一般軌行區(qū)的設(shè)計(jì)標(biāo)高一致，建筑區(qū)域的設(shè)計(jì)標(biāo)高根據(jù)地形變化而定，故不同標(biāo)高區(qū)域分別考慮。②地形變化。劃分的區(qū)塊盡量地形變化均勻，變化較大的應(yīng)劃分不同區(qū)塊。③地形天然界限。盡量參照地形天然界限，如道路、河流等，相同類型的盡快劃分一處。區(qū)塊劃分后，不同區(qū)塊分別劃分方格計(jì)算，后匯總求和。

1.2.2 換填高度的確定

換填高度確定時(shí)，可以將車輛段分為軌行區(qū)及其他，軌行區(qū)包括庫區(qū)、咽喉區(qū)、試車線區(qū)，如圖2 所示。按《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157-2003）要求，車輛段路基基床分為表層基床、底層基床，表層采用級(jí)配碎石，厚度應(yīng)不小于0.5m，底層采用A、B 組填料，厚度應(yīng)不小于1.5m，應(yīng)滿足路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)要求[1]。按此標(biāo)準(zhǔn)，軌行區(qū)換填高度為2m，其他區(qū)域0m。

1.2.3 湖泊、河流等情況分析

首先就體現(xiàn)在馬戴詩中多次使用楚辭的意象，如白蘋、蕙蘭、芳草、靈均、汀洲、湘水、女蘿、云中君等，借以表達(dá)自己的一片赤誠之心。如其《謁仙觀》其二云：“山空惠氣香，乳管折云房。”[5]《楚江懷古三首》其一：“云中君不降，竟夕自悲秋?！盵5]借鑒屈原以美人香草喻高潔的象征手法，表明自己能超越貶謫的痛苦，淡定地對(duì)待人生的變故和仕途的挫折。

在用方格網(wǎng)方法計(jì)算時(shí)，湖泊、河流、溝渠等區(qū)域應(yīng)先填土至與兩岸等高，再按該方法計(jì)算，計(jì)算時(shí)應(yīng)盡量將該區(qū)域單獨(dú)計(jì)算。在湖泊、河流等深度資料缺乏時(shí)，可取一個(gè)參考量。

1.2.4 優(yōu)缺點(diǎn)分析

方格網(wǎng)法計(jì)算簡(jiǎn)單，通過軟件可快速計(jì)算土方量。

方格網(wǎng)盡管數(shù)據(jù)采集量大，特別是方格邊長(zhǎng)取值較小時(shí)，但該方法只適用于地形較為平整，設(shè)計(jì)標(biāo)高變化不大區(qū)域，不能真實(shí)反映地形的起伏。而車輛段為利于排水，在軌行區(qū)路基面一般采用鋸齒型坡度，路肩外采用坡度沖刷，道路坡度變化等均得不到真實(shí)反映，造成一定的誤差。

2 項(xiàng)目后期土石方計(jì)算方法

項(xiàng)目后期指初步設(shè)計(jì)階段和施工設(shè)計(jì)階段，該階段設(shè)計(jì)方案基本確定，工程數(shù)量的精度一般要求較高。項(xiàng)目后期土石方計(jì)算方法為橫斷面法。

2.1 計(jì)算方法

橫斷面法假定在橫斷面一段距離范圍內(nèi)，地形變化相同，其計(jì)算過程如下：

2.1.1 確定車輛段設(shè)計(jì)基線。

2.1.2 沿設(shè)計(jì)基線每間隔25 ～ 40 m 取1 個(gè)勘測(cè)斷面，若遇地形復(fù)雜或地形變化較大區(qū)域須加密斷面。

2.1.3 根據(jù)各斷面的地面線資料，初步設(shè)計(jì)一般通過軟件切取地形獲得，施工設(shè)計(jì)通過定測(cè)獲??；經(jīng)過橫斷面設(shè)計(jì)，計(jì)算可得出橫斷面i 的土石方填挖面積Sit挖和Siw（如圖2 所示）。

圖2 車輛段用地示意圖

2.2 方法分析

橫斷面法以施工斷面為計(jì)算依據(jù)，能夠準(zhǔn)備的反映出股道路基面坡度、股道間排水、道路坡度等，一般能夠得到較為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，但計(jì)算較為復(fù)雜。由于前期基礎(chǔ)資料的缺乏，一般在項(xiàng)目后期采用。采用橫斷面法計(jì)算時(shí)，斷面的選擇很重要，斷面間距過大，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算準(zhǔn)確性下降。故應(yīng)盡量減少斷面間隔，且覆蓋地形變化起伏點(diǎn)，以提高計(jì)算準(zhǔn)確性。

3 影響土石方量的相關(guān)因素

在土石方計(jì)算過程中，無論是采用方格網(wǎng)法或者橫斷面法，相關(guān)因素的選擇對(duì)土石方量的大小、準(zhǔn)確性有著至關(guān)重要的作用，如場(chǎng)坪高程的確定、清淤清表深度等，下面將對(duì)這些因素分別說明。

3.1 場(chǎng)坪標(biāo)高的確定

地鐵車輛段場(chǎng)坪高確定因素一般有防洪標(biāo)準(zhǔn)、市政道路銜接、出入段線及國鐵聯(lián)絡(luò)線影響及工程費(fèi)用等[9]。按《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，沿?；蚪痈浇貐^(qū)車輛段線路路肩設(shè)計(jì)高程防洪標(biāo)準(zhǔn)一般按百年洪水位確定。確定場(chǎng)坪標(biāo)高時(shí)，在滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)、軌頂標(biāo)高及與市政道路的銜接基礎(chǔ)上，考慮土方平衡，按土石方計(jì)算最小的量確定。

3.2 清表、清淤及排水工程量的確定

在車輛基地施工前應(yīng)先將場(chǎng)區(qū)內(nèi)植被、草皮、腐殖土、雜物、淤泥等進(jìn)行清表、清淤處理，清表清淤土一般外運(yùn)處理。

清表清淤量若按照0.5m、1m 等固定量計(jì)算，相對(duì)于面積幾十萬平方米的車輛基地而言，精確度會(huì)大大降低。用方格網(wǎng)計(jì)算時(shí)可根據(jù)場(chǎng)區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀及地質(zhì)情況分區(qū)計(jì)算，一般腐殖土區(qū)清表厚度1m，林地清表厚度0.5m，植草區(qū)清表厚度0.3m，巖石出露區(qū)清表厚度0.1m，建筑區(qū)可不予清表。橫斷面法計(jì)算時(shí)，可根據(jù)斷面地質(zhì)資料確定清表厚度。

對(duì)于河流、池塘等區(qū)域，需進(jìn)行清淤和排水處理，計(jì)算其清淤量及排水量。前期無資料時(shí)，可根據(jù)該地區(qū)情況，估算平均儲(chǔ)水深度和平均淤泥層厚度，后期按勘察資料計(jì)算。

3.3 土石比的確定

在用方格網(wǎng)計(jì)算時(shí)，無法將土方量和石方量分開計(jì)算，而土方和石方的施工價(jià)格相差較大，土石比的確定對(duì)工程造價(jià)的精確度至關(guān)重要。前期無地質(zhì)資料，只能根據(jù)該地區(qū)地質(zhì)狀況大致確定，后期橫斷面法計(jì)算時(shí)，根據(jù)斷面的地質(zhì)情況，計(jì)算各個(gè)斷面的土石比。

3.4 基槽余土的計(jì)算

基槽余土又被稱為二次土石方工程量，即在場(chǎng)地“三通一平”后，由于后期施工，須再次開挖或換填的土方。于車輛基地而言，主要包括建構(gòu)筑物樁基及地下空間、支擋結(jié)構(gòu)、涵洞隧道及管線等。若車輛段地質(zhì)狀況較好，則該部分工程量較小；若車輛段回填高度較大或填方量較大，為控制路基沉降量，相應(yīng)的基礎(chǔ)工程量較大，會(huì)導(dǎo)致二次土石方工程量增加。對(duì)于上蓋開發(fā)的車輛段，建筑單體的結(jié)構(gòu)承載大幅增大，建筑結(jié)構(gòu)要求變高，同樣會(huì)導(dǎo)致基槽余土量的增加。

3.5 松散系數(shù)的取值

松散系數(shù)有最初松散系數(shù)和最終松散系數(shù)，最初松散系數(shù)指挖出來擴(kuò)大后的土方體積與天然密實(shí)土方體積的比值；最終松散系數(shù)是壓實(shí)后填土方體積與天然密實(shí)土體積的比值。松散系數(shù)值一般由該區(qū)域地質(zhì)狀況，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。最初松散系數(shù)土質(zhì)區(qū)域一般取值1.1～1.3，巖質(zhì)區(qū)域一般取值1.3～1.5；最終松散系數(shù)土質(zhì)區(qū)域一般取值1.01～1.1，巖質(zhì)區(qū)域一般取值1.1～1.2。

3.6 土石方平衡設(shè)計(jì)

土石方平衡設(shè)計(jì)指同一場(chǎng)地中挖方土石彌補(bǔ)填方土石，盡量使填挖方量基本相當(dāng)。平衡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于場(chǎng)坪標(biāo)高，而車輛段場(chǎng)坪標(biāo)高的確定要考慮防洪標(biāo)準(zhǔn)、市政道路銜接等因素，在滿足以上條件的情況下，可使用下式進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)。

圖3 橫斷面法土方計(jì)算示意圖

其中V挖、V填、V基——分別為挖方量、填方量、基槽余土方量；K2——為最終松散系數(shù)。

4 結(jié)論

在地鐵車輛基地設(shè)計(jì)過程中，土石方量因其數(shù)量大，費(fèi)用高，一直是工程量中的重點(diǎn)。本文從項(xiàng)目前期和后期中用到的方法分別進(jìn)行了闡述，并對(duì)影響工程量計(jì)算的關(guān)鍵因素進(jìn)行詳細(xì)說明，以期提高土石方量計(jì)算的準(zhǔn)確性。