基于工程可實施性的地鐵線路設計方案優(yōu)化案例分析

馮 磊

(北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司 ，100037，北京//高級工程師)

城市軌道交通工程從立項到審批，主要經歷建設規(guī)劃、工程可行性研究(以下簡為“工可”)和初步設計等幾個階段，隨著每個階段研究的深入，方案都會有不同程度的調整，工程規(guī)模和投資也會發(fā)生相應變化。較大的方案調整和投資變化往往會給方案上報和審批帶來一定的難度，有時也會給建設單位的工程建設造成一定的被動，尤其是在初步設計和施工設計階段，經常存在由于工程實施原因引起方案調整從而影響建設工期和批復概算額度不足等問題。

本文以南京地鐵3號線為例，重點分析設計方案的優(yōu)化在后期工程實施過程中起到的舉足輕重的作用，包括如何通過方案優(yōu)化減少下穿的沿線房屋數量、減小工程實施風險和費用，如何通過場段用地的調整減小工程實施難度和工期壓力，以及結合規(guī)劃調整方案實現地鐵服務功能和可實施性的平衡。

1 南京地鐵3號線工程概況

南京地鐵3號線北起林場站，南至秣周東路站，沿線途徑浦口區(qū)、鼓樓區(qū)、玄武區(qū)、秦淮區(qū)和江寧區(qū)，線路全長約45 km，除起點林場站及林場至星火路站部分區(qū)間采用高架敷設方式外，其余均采用地下敷設方式。全線設站29 座，其中高架站1 座，地下站28 座。采用 A 型車6 輛編組，直流1 500 V 架空接觸網供電，最高運營速度80 km/h。全線設林場停車場和秣周車輛段各一座，主變電站兩座，控制中心1 處。3號線線路走向如圖1所示。

3號線批復工程概算297.62 億元，平均造價指標6.63 億元/正線km，于2010年下半年開工建設，2015年4月建成通車試運營。

2 設計過程回顧

建設規(guī)劃階段和工可階段，3號線方案基本相同。線路起自林場站，終點至東大九龍湖校區(qū)站，全線設28 座車站，設林場停車場和雙龍街車輛段(自大明路站接軌)各1 座。

圖1 南京地鐵3號線線路走向示意圖

初步設計階段，經方案深化和優(yōu)化，針對建設規(guī)劃和工可方案主要做了以下幾個方面的調整:

(1)林場站站位西移約1.1 km，以更好地服務于周邊客流及與規(guī)劃城際鐵路對接;

在此次研究中,對照組使用了常規(guī)護理方式,觀察組使用了臨床護理路徑,對兩組的護理情況進行對比分析,經過治療,觀察組的疾病知曉率是90.00%(45/50),治療依從性是92.00%(46/50),對照組的疾病知曉率是78.00%(39/50),治療依從性是82.00%(41/50),結果存在統(tǒng)計學差異性(P<0.05)。兩組的陽性、陰性癥狀經過治療均有所改善,觀察組的改善情況比對照組突出,結果存在統(tǒng)計學差異性(P<0.05)。

(2)增設星火路站和秣周東路站，取消位于宏運大道站與勝太西路站之間的秦淮路站;

(3)車輛段由雙龍街車輛段調整至秣周車輛段;

(4)天元西路站至誠信大道站區(qū)段由高湖路走廊調整至清水亭西路走廊。

此外，各具體車站站位及線路走向也根據方案深化結果進行了適當的調整和優(yōu)化，如原雨花門站主變電站調整至南京南站主變電站。

3 針對工程可實施性的方案優(yōu)化案例分析

南京地鐵3號線穿越主城中心區(qū)，沿線建成度高，建筑物密集，工程地質條件較為復雜，施工風險較大，且3號線工期較為緊張，工程投資壓力較大。如何在設計過程中有的放矢地針對上述問題進行方案調整和優(yōu)化，是設計人員需要重點解決的問題。

3.1 調整平面線形，減少受影響的房屋數量

3號線設計過程中，主要針對原工可方案在以下幾個方面進行了平面線形調整，以減少下穿和受影響的房屋數量，進而減少拆遷工程量及降低施工難度，增加工程可實施性。

3.1.1 合理選擇斜穿地塊的線路曲線半徑

為盡量減少線路從地下斜穿地塊時受影響的建筑物的數量，線路選線和設計時一般采取不低于全線最小曲線半徑標準的較小平面曲線半徑，以達到線路線形和對沿線地塊及建筑物影響的相對平衡。以3號線九龍湖站站后區(qū)間為例，3號線線路在出九龍湖站后，沿清水亭西路向東，在雙龍大道路口右轉進入雙龍大道路中，線路斜穿拐角地塊并需要下穿多棟既有建筑物。在3號線設計過程中對該處曲線半徑進行了350 m 和400 m 的方案比選。在采用350 m 曲線半徑的情況下，區(qū)間線路少侵入地塊約25 m，少下穿3 棟既有建筑物(建筑物面積達23 510 m2)。350 m 半徑雖然為全線最小曲線半徑，但由于全線有多處350 m 半徑的曲線，因此并沒有降低全線的線路標準。

經綜合比較分析，最終選擇采用350 m 的曲線半徑(見圖2)，以減少線路下穿建筑物數量，避免可能引起的建筑物拆遷。

圖2 南京地鐵3號線九龍湖站后區(qū)間線路優(yōu)化

3.1.2 局部困難地段適當增加線路曲線數量

線路選線過程中，有條件時線路應盡量布置在較寬的道路內，以減小對道路兩側用地和建筑物的影響。但受線網規(guī)劃及相關外部條件的制約，部分地段不可避免地會沿著較窄的道路敷設，如果道路線形較為曲折，且道路兩側建筑物較為密集，退讓道路紅線較少，則勢必會引起地鐵線形平順性與兩側建筑物拆遷(或下穿建筑物)的矛盾。該種情況下，選線時不能一味追求線路線形的平順性，而是應該根據外部條件綜合考慮。

以3號線雨花門站至卡子門站區(qū)間為例，工可研究階段，線路出雨花門站后，采用一處500 m 半徑的曲線下穿晨光路西側雨花村住宅小區(qū)，然后再拐回晨光路。該方案線形相對較為順直，但需要直接下穿10 棟5～7 層的住宅樓。雖然所下穿建筑物均為淺基礎形式，盾構推進時不存在與建筑物基礎的直接矛盾，但由于區(qū)間采用直接下穿方式，在盾構施工和后期的運營過程中可能會產生振動等對居民較為不利的負面影響。根據相關的工程經驗和教訓，此類方案一般會受到沿線居民的強烈反對，甚至會發(fā)生現場阻攔施工及上訪等引發(fā)社會不穩(wěn)定因素的情況。

為此，設計單位對該區(qū)間線形進行了適當調整，由原方案的一組曲線調整為半徑分別為1 000 m 和350 m 的兩組曲線，如圖3所示。調整后線形雖然較原方案稍差，但區(qū)間線路基本位于道路紅線內，避免了線路直接下穿居民樓，極大地減小了工程實施難度和實施風險。

圖3 南京地鐵3號線晨光路段線路優(yōu)化

3.1.3 適當減小線間距，減小對兩側建筑物影響

地鐵線路尤其是骨干線路一般敷設于城市中心區(qū)和老城區(qū)，沿線建筑物較為密集，部分道路紅線較窄。在這種情況下，線路應盡量敷設于道路紅線內，以減小對兩側建筑物的影響。但有時道路兩側的建筑物退讓道路紅線較少或沒有退讓，甚至部分建筑物位于道路紅線內(即道路紅線尚未完全實現規(guī)劃)，此時，可結合沿線地質條件，采取適當減小線間距的方式來減小盾構區(qū)間施工期間對周邊建筑物的影響。

在3號線所沿太平南路段，道路紅線寬度僅約33 m，且兩側建筑物年代較為久遠，大部分沒有退讓紅線或位于道路紅線內，為盡量減小施工和運營期間對沿線的影響，減少沿線建筑物的拆遷，設計單位采取了適當增加曲線數量和減小區(qū)間線間距(約11 m)的方法，使區(qū)間線路沒有直接下穿路側建筑物，從而避免了可能的建筑物拆遷，如圖4所示。

圖4 南京地鐵3號線太平南路段線路優(yōu)化

據初步統(tǒng)計，通過上述線形調整，與工可階段方案相比，實施方案少下穿房屋約25 棟，一方面減少了可能的大量拆遷費用，另一方面也避免了大量的工程實施矛盾，對工程的順利推進起到了積極的作用。

3.2 調整場段位置，減小拆遷費用及工期壓力

地鐵車輛段和停車場占地面積較大，在段場位置選擇時，應盡量避免將其設置在有大量建筑物的地塊內，以減小拆遷費用和工期壓力。

在工可方案中，3號線車輛段位于京滬高鐵、繞城公路和寧溧路所夾地塊內，從大明路站接軌。在3號線初步設計過程中，設計單位通過現場踏勘發(fā)現，雙龍街車輛段地塊用地范圍內有大量民宅和廠房，多為1～3 層建筑物，拆遷工程量較大，拆遷面積約17 萬m2。且拆遷范圍內不僅有大量工廠，還涉及三個村莊，拆遷難度大、周期長。考慮到3號線需在2014年下半年(原計劃)通車試運營，在工期壓力較為緊張的條件下，雙龍街車輛段用地范圍內的拆遷進度極有可能成為3號線能否按期通車的決定性因素。

而在3號線工可報告專家評審意見中，專家認為雙龍車輛段段址并不理想:一是段址離接軌站較遠，出入段線長度近3.5 km，對運營不利;二是段址地塊狹窄、拆遷量大，總圖布置比較困難，也將影響作業(yè);三是車輛段位于全線線路中部約1/3 處，收發(fā)車距離較長，使用較為不便。設計單位對雙龍街車輛段的位置進行了詳細的研究和方案比選，最終提出將雙龍街車輛段調整至線路端部基本沒有拆遷的秣周車輛段段址，不僅減少了大量的工程拆遷，減少了工期和工程投資，也使功能更趨合理。

此外，在3號線原設計方案中，終點位于秣周車輛段北側的東大九龍湖校區(qū)站，考慮到新的車輛段用地距離終點站較遠(約1.8 km)，設計單位結合車輛段新址將3號線終點延伸一站至秣周東路站，同時設置八字線出入線，解決了列車調頭問題，可減少輪對偏磨、降低運營成本。調整后的終點站秣周東路站周邊規(guī)劃有大片住宅用地和部分商業(yè)用地，且部分住宅用地已開工建設，因此，線路延伸設站后，也有利于服務車站周邊的客流，有效地與周邊規(guī)劃進行銜接。

圖5 秣周車輛段段址及秣周東路站周邊規(guī)劃示意圖

車輛段位置調整后，與工可方案相比，線路延伸約2.5 km，增加一座地下車站秣周東路站，車輛段出入線分別從秣周東路站前和秣周東路站—東大九龍湖校區(qū)站區(qū)間接軌，成“八字線”布置。調整后方案在滿足車輛掉頭、減少輪緣偏磨、方便收發(fā)車功能的同時，也更有效服務了車站周邊客流;雖然線路延伸后增加工程投資約6.5 億元，但卻減少房屋拆遷費近16 億元，綜合投資節(jié)省近10 億元，且有利于加快工程實施進度。

3.3 優(yōu)化線路走廊，減小實施矛盾

合理的設計方案可有效降低工程實施矛盾和投資。在線路選線過程中，區(qū)間線路應盡量躲避沿線建、構筑物，并保持合理的避讓距離;車站范圍應綜合考慮臨時施工用地、管線改移空間，以及車站寬度、出入口和風亭布置條件等因素，以避免后續(xù)施工期間對臨近風險源尤其是臨近建筑物的影響。

以3號線天元西路站至誠信大道站線路方案(見圖6)為例，在工可方案中，線路出天元西路站后左轉至高湖路，在高湖路、馬浦街路口設高湖路站，出站后線路右轉至雙龍大道，然后沿雙龍大道向南至誠信大道站。總體設計單位在初步設計過程中，認為高湖路寬度僅15 m，周邊多為廠房、別墅，環(huán)境閉塞，客流稀少，且由于道路狹窄，實施條件較差，管線無處改移。同時，線路出天元西路站后，在拐向高湖路轉彎處需下穿多處樓房，實施難度和工程風險極大。因此，初步設計中總體設計單位提出該段路由改走清水亭西路的方案:線路出天元西路站后沿利源路向南，在牛首山河前左轉，下穿牛首山河和九龍湖公園后拐向清水亭西路，設九龍湖站，然后線路在雙龍大道前右轉，接原方案走廊。與原方案相比，新方案外部矛盾較少，區(qū)間下穿樓房較少;新站位周邊規(guī)劃用地性質多為住宅和教育、科研用地，客流吸引條件較好;站位周邊場地較為開闊，工程實施條件較好。最終，經與地鐵公司及規(guī)劃部門溝通，確定將該方案作為工程實施方案，最大程度減小了工程實施風險。

圖6 天元西路站至誠信大道站區(qū)段方案比選示意圖

3.4 對接規(guī)劃，達到功能與實施性的平衡

一個工程方案的優(yōu)劣，不光要看方案的工程可實施性，還要注重方案與規(guī)劃對接的合理性，二者缺一不可。例如，工程實施條件好、難度小，但可能存在與規(guī)劃不吻合或不協(xié)調之處;方案與規(guī)劃銜接較好，但可能存在工程實施難度較大、工程代價較高等問題。因此，在具體工程實踐中需綜合考慮，達到二者的平衡。

工可方案中，3號線起點站位于國鐵林場站附近，站后接林場停車場，車站和出入線位于既有泰花路附近(見圖7)，與泰花路的矛盾以及工程實施難度均較小。在初步設計方案中，考慮到原林場站周邊客流吸引條件相對較差，且站位與規(guī)劃城際走廊相隔較遠，不利于后期城際站與地鐵站的換乘，為此結合規(guī)劃將林場站西移約1.1 km，使其更靠近規(guī)劃城際走廊(見圖8)。雖然方案調整后需大范圍對既有泰花路進行改移，沿線實施矛盾有所增大，但新站位與規(guī)劃城際鐵路結合得更好，且周邊客流吸引條件也較好，因此新方案更加合理，功能更為完善，真正達到了功能與可實施性的結合與平衡。同時，林場站站位調整后，距原方案中下一站東大成賢學院站約3.6 km，區(qū)間長度較長，結合星火路路口周邊規(guī)劃用地性質，在星火路路口增設星火路站。

圖7 林場站站位工可方案示意圖

圖8 林場站站位實施方案示意圖

同樣，取消秦淮路站也是設計單位綜合考慮車站周邊以工業(yè)和教育科研為主的規(guī)劃用地性質、前后站間距，以及車站周邊規(guī)劃市政高架橋、河道和管線等的工程實施性等因素后達到的功能和實施性平衡的結果，由于篇幅關系，在此不再贅述。

4 優(yōu)化要點和階段分析

綜上所述，為盡量減少工程規(guī)模和工程投資的變化給方案上報、審批和實施帶來的影響，在方案研究過程中應加強對可實施性的分析，著重注意對沿線建筑物的影響分析以及在規(guī)劃層面的對接。建筑物的影響范圍或拆遷量的大小會直接影響工程投資規(guī)模，而建筑物的拆遷是制約工程能否如期完工的重要因素之一，也是關系社會穩(wěn)定和民生利益的重要因素。由于工程拆遷而造成投資規(guī)模或工程方案較大調整的案例時有發(fā)生，因此，應加強方案優(yōu)化，盡量避讓沿線建筑物，減少工程拆遷量;對于占地面積較大的場段等設施用地，應盡量避免占用既有建筑物較多的地塊。同時，與沿線規(guī)劃的對接對于方案的穩(wěn)定至關重要，只有與規(guī)劃充分對接，達到功能與實施性的平衡，在后期實施階段方案才不至于有較大調整甚至“翻車”的可能性。

從設計階段來講，應盡量在總體設計和初步設計階段完成相關的方案優(yōu)化。一方面，工可階段由于研究深度有限，方案尚不能完全落地，存在一定的變化和調整可能性，而總體設計和初步設計階段，隨著沿線建、構筑物等基礎資料的收集以及與沿線規(guī)劃等部門的充分對接，方案研究逐步深入，在該階段基本上可以達到穩(wěn)定方案的目的;另一方面，初步設計概算作為初步設計文件和政府投資項目批復文件的主要內容，概算額度應力求準確并留有一定的余量，以避免后期的概算調整，這也要求在初步設計以后應盡量避免較大的方案調整。

5 結語

根據筆者多年的工作經驗，除了軌道交通設計方案本身的合理性之外，工程可實施性也是需關注的一個方面。本文以南京地鐵3號線設計方案優(yōu)化為例，簡要介紹了設計方案優(yōu)化在工程實施的順利推進過程中起到的作用及優(yōu)化要點和階段，希望能為南京軌道交通后續(xù)項目及國內其他城市類似項目的設計和工程管理提供一些思路。

［1］GB 50157 ―2013 地鐵設計規(guī)范［S］.

［2］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.南京地鐵3號線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，2010.

［3］北京城建設計發(fā)展集團有限公司.南京地鐵3號線工程初步設計［R］.北京:北京城建設計發(fā)展集團有限公司，2010.

［4］朱悅明，佘才高，楊秀仁.地鐵工程設計創(chuàng)新與實踐-南京地鐵工程設計總結［M］.北京:中國鐵道出版社，2013.