城市中心區(qū)地鐵聯(lián)絡線規(guī)劃設計方案優(yōu)化研究
——以廣州地鐵11、13號線天河公園換乘站聯(lián)絡線為例

馬斌軍

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

1 概述

地鐵以其安全、準時、舒適、方便、快捷、環(huán)保、運量大、人均耗能少等優(yōu)勢被各大城市作為提高城市公共交通的服務能力、緩解交通壓力、引導城市發(fā)展的主要方式[1]。城市中心區(qū)作為城市功能和社會基礎設施最為集中的地區(qū)，道路條件受限，沿線建構筑物多，土地資源稀缺，兼顧工程設計施工條件，導致地鐵線站位方案發(fā)揮空間不大，特別是設計有配線和聯(lián)絡線并夾雜有部分線路正在施工的非常復雜的換乘站。鑒于此，在保證線路技術條件和車站功能、滿足運營管理要求及兼顧施工條件及要求等的基礎上，對城市中心區(qū)聯(lián)絡線的規(guī)劃和設計提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

總體上講，國內外關于聯(lián)絡線的設置研究很多，但主要集中于聯(lián)絡線施工方案方面的研究，包括施工力學分析和施工管理，如地鐵聯(lián)絡線開挖圍護結構變形及監(jiān)測方法[2]和聯(lián)絡線施工噪聲[3]和揚塵[4]分析。對聯(lián)絡線規(guī)劃設計的研究僅僅局限于線網規(guī)劃的選擇層面[5-8]，聯(lián)絡線的詳細設計不太受重視。以廣州11/13號線天河公園站的聯(lián)絡線為例進行詳細分析。

2 天河公園站位及聯(lián)絡線線位概況

2.1 天河公園站位概況(圖1、圖2)

天河公園站位于黃埔大道與天府路交匯十字路口東北側的天河公園內，為13號線、11號線、21號線的三線換乘站。其中11號線與21號線雙島四線的方式平行換乘，兩站沿南北方向設置在天府路東側，13號線車站與上述車站的L形節(jié)點換乘[9]。

站位南側為員村新村和廣州第四十四中學，站位西側為天河區(qū)人民政府，站位北側和東側均為天河公園。黃埔大道道路紅線寬度為60 m，天府路道路紅線寬度為26 m，目前已經基本實現規(guī)劃，現狀交通較為繁忙。車站周邊規(guī)劃主要為綠地、住宅、商業(yè)等[10]。

圖1 天河公園站址規(guī)劃條件

圖2 天河公園站址現狀條件

11/13號線聯(lián)絡線位于天河公園站東北象限并下穿公園景觀湖，11/21號線的渡線設置于站北且11/21號線天河公園站及車站北側區(qū)間正在施工，13號線天河公園站后存車線設置于站東北側并大部分位于公園湖面范圍，且天河公園站土建部分已開始施工。

2.2 聯(lián)絡線線位合理性論證

聯(lián)絡線線位再論證是指對線網規(guī)劃[11-13]中聯(lián)絡線線位選擇的合理性進行論證。對于本工程，聯(lián)絡線可選擇的共有4個方案，包括：車站的東北象限方案、西北象限方案、西南象限方案和東南象限方案。

方案1：車站的東北象限方案，該方案下穿天河公園景觀湖及其游樂設施，聯(lián)絡線設置拆遷量小，成本低，且行車組織運行順暢，但下穿景觀湖，對景觀有些影響。

方案2：車站的西北象限方案，該地塊規(guī)劃為住宅，現狀基本實現規(guī)劃，設置聯(lián)絡線拆遷量大，施工等對居民生活影響較大，且需天河區(qū)政府改遷，聯(lián)絡線規(guī)模(長度)較大，成本高，行車組織不順，對天河公園影響較小。

方案3：車站的西南象限方案，該地塊規(guī)劃為住宅，現狀基本實現規(guī)劃，設置聯(lián)絡線拆遷量大，施工等對居民生活影響較大，成本高，行車組織不順。

方案4：車站的東南象限方案，該地塊規(guī)劃為公園和住宅，現狀基本實現規(guī)劃，聯(lián)絡線規(guī)模(長度)大，拆遷量較大，成本高，并對天河公園有一定的影響，行車組織不順。

經過上述分析，從工程可實施性和行車組織角度，原規(guī)劃天河公園站聯(lián)絡線設于車站的東北象限是合理的。

3 天河公園聯(lián)絡線優(yōu)化設計研究

3.1 招標方案及存在問題

招標方案[14]平面曲線半徑為180 m，緩和曲線長25 m，全長656.886 m，縱斷面坡度34.019‰。一端岔心位于11號線里程為YCK6+728的右線處(以下稱“岔心1”)，該岔心距其北端豎曲線接入點25 m左右，距南端夾直線端頭95.4 m。另一端岔心位于13號線左線夾直線上(以下稱“岔心2”)，距其北端存車線岔心距離36 m左右，距其南端曲線端頭28.8 m。兩道岔均采用9號道岔。見圖3。

圖3 聯(lián)絡線設置控制因素(底圖來源：BIGMAP)

聯(lián)絡線施工工法主要有明挖法、礦山法和盾構法。由于該方案曲線半徑較小，只能選擇采用明挖法或礦山法施工。如圖3所示，該方案下穿天河公園綠色植被及景觀湖，若采用明挖施工，破壞植被、污染景觀湖，對環(huán)境影響較大，若采用礦山法施工，穿湖段存在涌水涌砂風險，工程實施性較差。

鑒于此，優(yōu)化聯(lián)絡線存在兩個思路：(1)采用大半徑曲線使之適應盾構法施工條件；(2)采用小半徑曲線使聯(lián)絡線遠離上方景觀湖，使之降低礦山法涌水涌砂施工風險。

3.2 聯(lián)絡線優(yōu)化條件分析

3.2.111/21、13號線及11/13號線聯(lián)絡線設計施工現狀

(1) 11/21號線設計及施工現狀

11/21號線天河公園站及車站北側區(qū)間正在施工，聯(lián)絡線接岔部分前后設置了曲線半徑為350 m和650 m的S形曲線，夾直線(AC)里程為“YDK6+632.569-YDK6+816.609”，長184.04 m，坡度為5‰。在該夾直線段北端，右線存在里程為“YDK6+753.006-YDK6+876.999”的豎曲線，豎曲線長123.993 m[14]。

(2)13號線設計及施工現狀

13號線天河公園站土建部分已開始施工，“天河公園-棠下”區(qū)間受兩個高層及過街天橋橋樁的影響，在聯(lián)絡線接岔部分前后設置了曲線半徑為550 m和800 m的S形曲線繞避，夾直線(DF)長113 m，坡度為2‰[14]。

(3)主要控制因素

在上述工程條件下，本工程的主要控制因素為：聯(lián)絡線在11、13號線上的岔心位置受控于11、13號線的平面S形曲線，11號線縱斷面的豎曲線，11、21號線天河公園站配線(單渡線)及13號線天河公園站配線(雙存車線)。

①11號線平面S形曲線及豎曲線

11號線天河公園站及車站北側區(qū)間正在施工，即其平面曲線和豎曲線無法在改。

②13號線平面S形曲線

13號線天河公園站土建工程正在施工，且天河公園東北側區(qū)間受人行天橋及高層道的制約，該處線站位也無優(yōu)化條件。

③11/21號線及13號線天河公園站配線

11/21號線及13號線天河公園站配線如圖4所示，其中11/21號線之間設置單渡線實現車輛資源及大架修基地共享，13號線設置存車線實現線路的折返、故障停車及臨時加車等功能。

圖4 11/21及13號線天河公園站配線示意

3.2.2 優(yōu)化限制條件

(1)實際限制條件

考慮到道岔的技術要求及施工要求，原方案的“岔心1”位置最多可再向北端移動3 m，向南移動73.4 m，“岔心2”位置最多可再向北端移動0 m，向南移動6.8 m。

(2)規(guī)范限制條件

聯(lián)絡線最小曲線半徑為R=150 m[15]。

3.3 聯(lián)絡線設計方案優(yōu)化

3.3.1 方案比選

經研究，聯(lián)絡線最大半徑可調至200 m，即150～200 m半徑范圍均可行，且半徑越大，工程規(guī)模(線路長度)、運營條件越好。如圖5所示，曲線半徑最小(即R=150 m)的聯(lián)絡線仍未遠離景觀湖，還存在涌水涌砂風險，并且其總長為667.991 m，大于原聯(lián)絡線方案的656.886 m。然而曲線半徑為R=200 m的聯(lián)絡線總長為606.625 m，比原方案的聯(lián)絡線656.886 m短50.261 m，且由于廣州地鐵5號線楊箕站～動物園站區(qū)間正線隧道R=200 m，采用盾構法施工，且順利完成，因此該方案具有盾構法施工的適應性。因此，推薦采用R=200 m的聯(lián)絡線方案。

圖5 半徑R=150 m、160 m、170 m、180 m、200 m的聯(lián)絡線方案平面示意

原聯(lián)絡線方案(R-180 m)縱斷面見圖6，R-200 m聯(lián)絡線方案縱斷面見圖7。天河公園聯(lián)絡線方案比選及結論見表1。

圖6 原聯(lián)絡線方案(R-180 m)縱斷面

圖7 R-200 m聯(lián)絡線方案縱斷面

表1 天河公園聯(lián)絡線方案比選

3.3.2 技術經濟效益分析

推薦方案聯(lián)絡線曲線半徑R=200 m，對盾構法施工具有較好的適應性，不僅降低了施工風險，縮短了工期，減小了對環(huán)境的影響，而且縮短了聯(lián)絡線的長度，優(yōu)化了運營條件，有利于節(jié)能及減小輪軌磨耗。

4 結語

通過對廣州地鐵11、13號線天河公園換乘站聯(lián)絡線進行設計方案優(yōu)化研究，認為在城市中心區(qū)地鐵聯(lián)絡線規(guī)劃設計應符合“規(guī)劃-設計”的程序，為確保工程方案的經濟、合理，每個階段應重點考慮以下內容。

(1)規(guī)劃階段

①拆遷條件：房屋拆遷的數量、質量、使用性質、拆遷難易、拆遷費用等的比較，地下管線的拆遷難度及費用比較；施工時改移道路及綠化拆遷等方面的比較。

②行車組織：分析行車組織的要求及配線設置情況。

③對周圍環(huán)境影響：聯(lián)絡線設計方案應盡可能減少對城市環(huán)境的影響，并減少施工時對周圍居民生活的影響。

(2)設計階段

①對周圍環(huán)境影響：聯(lián)絡線設計方案應盡可能減少對城市環(huán)境的影響。

②線路(正線)條件：分析車站聯(lián)絡線設置象限內正線平面(平面曲線)、縱斷面(豎曲線)及車站位置等技術條件。

③運營管理條件：分析車站聯(lián)絡線設置象限內是否鄰接渡線、存車線等限制聯(lián)絡線設計的配線因素。

④施工工法：分析工程地質和水文地質資料、聯(lián)絡線規(guī)模大小及各種工法的施工風險，確定最合理的施工工法。

⑤工程規(guī)模：分析在特定的邊界條件下各曲線半徑的聯(lián)絡線的長度，盡量選取工程規(guī)模較小的設計方案。

綜上可知，聯(lián)絡線的規(guī)劃設計并不是由單一因素決定的，而是多種因素間相互博弈選取的最佳方案。除此之外，各影響因素間并不是孤立存在、相互對立的，而是相互影響、相輔相成的，如不同的施工工法在特定的條件下對環(huán)境的影響不同，線路條件及運營管理條件的限制對聯(lián)絡線規(guī)模的影響不同。

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