平原地區地鐵車輛基地場坪高程的確定

劉志雄

(中國鐵路設計集團有限公司,天津 300251)

1 概述

隨著我國城鎮化快速發展，城市開發強度高，大量硬質鋪裝，改變了自然生態本底和水文特征。城市每逢遭遇高強度降雨時，大量降水在短時間內形成地表徑流，大大增加了城市排水壓力，經常出現“城內看海”現象，“逢暴雨必澇”已成為中國城市的真實寫照。

車輛基地包括車輛段(停車場)、綜合維修中心、物資總庫和培訓中心以及必要的生產、生活、辦公等配套設施，是地鐵正常運營所必需的設備和設施[1]。合理確定車輛基地場坪高程不僅關系到車輛基地設施安全及周邊市政的良好銜接，同時也是車輛基地設計的重要依據，直接決定了工程的合理性和投資大小，設計中必須高度重視[2]。

2 平原地區車輛基地場坪高程確定的影響因素

平原地區地勢平坦，地面高程變化小，河道的水位較高，導致平原地區淹水內澇頻繁。地鐵車輛基地場坪高程的確定應綜合考慮防洪排澇、線路設計、市政道路銜接、排水設計、工程投資等因素。

2.1 防洪排澇要求

(1)車輛基地站場線路路肩高程應根據基地附近內澇水位高程設計。

(2)沿海或江河附近地區車輛基地的車場線路路肩設計高程不應小于1/100洪水頻率標準的潮水位、波浪爬高值和安全高之和[1]。

(3)路基是地鐵工程的重要組成部分，直接承受軌道和車輛荷載。路基工程作為土工結構物，必須具有足夠的強度、穩定性和耐久性。路基路肩高程應高出線路通過地段的最高地下水位和最高地面積水水位，并應加毛細水強烈上升高度和有害凍脹深度或蒸發強烈影響深度，再加0.5 m[3，13，15]。

2.2 線路設計要求

車場內的庫線宜設在平坡道上，咽喉區道岔坡度不宜大于3.0‰。車輛段、停車場通過出入線與正線連接，是從地下正線過渡到地面上的連接線，應保證列車進入正線或由正線收車時安全、可靠、迅速，且運行合理、經濟。出入線的最大坡度宜采用40‰(不計各種坡度折減值)。地鐵車輛基地一般位于城市外圍，地形情況復雜，應靠近正線并具備良好的接軌條件，受段場接軌站以及出、入段線長度的限制，應控制車場線的軌面高程[4，14]。

2.3 市政道路銜接要求

車輛基地選址應與城市總體規劃協調一致，車輛基地周邊應有利于與城市道路連接，有利于城市電力、通信及各種管道的引入，并有良好排水條件[5]。為防止周邊雨水匯入車輛基地，一般情況車輛基地場坪高程應高于周邊市政道路。因此，市政道路高程對車輛基地場坪高程影響重大。

2.4 排水設計要求

車輛基地需做好排水設計，確保排水通暢，避免站場路基被雨水浸泡而引起基床翻漿冒泥等病害。站場路基排水系統一般采用重力自流排水方式，有條件時應排入城市管網排水系統或附近河溝。

2.5 工程投資要求

車輛基地場坪高程直接決定著土石方以及擋墻的工程數量[6]，過高(填方)或者過低(挖方)都將明顯增加工程投資。因此，車輛基地場坪高程的設計應充分考慮土石方調配情況，以降低工程造價。

2.6 重要參照

車輛基地場坪高程的設計需考慮周邊地塊高程情況，應美觀協調[6]。同區域內其他地鐵線路車輛基地的場坪高程、附近鐵路場站或專用線編組站的場坪高程、附近公路橋涵高程等及其確定依據，可作為場坪高程設計的重要參考依據。

3 石家莊市北樂鄉車輛基地場坪高程設計

以石家莊市軌道交通3號線二期工程北樂鄉車輛基地場坪高程的設計為例，分析研究平原地區地鐵車輛基地場坪高程的確定。

3.1 車輛基地選址概況[7]

北樂鄉車輛基地位于石家莊市東三環附近，車輛段呈南北向長條形布置，地塊南北長約1 250 m，寬154～407 m，為滹沱河沖洪積形成，經過多年的人工整治和城市建設，地表已被建筑物、耕地等覆蓋，無明顯的沖洪積扇地形特征，地勢平坦，現狀地面高程平均為59.5 m。見圖1。

圖1 北樂鄉車輛基地地理位置示意

3.2 防洪排澇要求

車輛基地周邊水系有滹沱河、環城水系和汪洋溝等。滹沱河位于石家莊市區北部，河道南側的石黃高速為主城區的防洪堤，防洪能力達200年一遇。北樂鄉車輛基地位于石黃高速公路防洪大堤以南6 km，場坪高程的確定應重點考慮排澇要求；環城水系為車輛基地西側的退水明渠，斷面寬度20～30 m，最大深度4.5 m；車輛基地東側汪洋溝的斷面寬度為15～28 m，最大深度6.0 m，汪洋溝為區域主要排澇渠道。北樂鄉車輛基地周邊水系分布見圖2。

圖2 北樂鄉車輛基地周邊水系分布示意

城市內澇數值模型嚴重地依賴地區的地理特征和排水系統信息[8]。結合氣象水文資料、車輛基地周邊水系以及現場走訪調查，確定暴雨積水深度，作為場坪高程設計參照依據[10]。

自1919年至2011年，經驗頻率值為25%時年降雨量為595.9 mm，經驗頻率值為50%時年降雨量為492 mm，經驗頻率值為75%時年降雨量為399.4 mm。在1919年至2011年降雨中，年降雨量大于1 000 mm的極端降雨出現的年份分別是1932年、1963年、1996年，即大致每30年即會出現一次極端降雨，且在極端降雨的第二年或者第三年即會出現年降雨小于年平均降雨的枯水年[7]。石家莊地區歷年年降水量統計如圖3所示。

圖3 石家莊地區歷年年降水量統計[7]

根據日暴雨觀測數據，推算城市區域內澇水位[8]。

假定：(1)雨澇同頻；(2)不考慮內澇水外排；(3)汛期土壤濕潤滿蓄，不考慮下滲損失；(4)不考慮外河洪水，僅考慮本地降雨致澇，則最高內澇水位即可簡化為簡單的線性疊加，采用下式計算

(1)

根據北樂鄉車輛基地附近崗上水文觀測站相關觀測數據，1972～2015年間，日最大降雨量發生在1996年，達到149.7 mm。見圖4。

圖4 車輛基地附近崗上水文觀測站日暴雨觀測記錄數據統計

根據式(1)估算北樂鄉車輛基地區域最大積水深度0.1497×3/1=0.4491 m，區域內澇水位為59.9491 m≈60.0 m。

ZP=59.5+0.1497×3/1=59.9491 mm

通過現場走訪調查，北樂鄉車輛基地區域歷史最高積水深約0.5 m，與計算結果基本吻合。

3.3 線路設計要求

北樂鄉車輛基地的接軌站北樂鄉站為地下一層島式車站，站中心高程為49.495 m；車輛段出入線長約950 m，最大坡率為30‰，同時滿足信號轉換時車輛臨時停車的緩坡設置要求。北樂鄉車輛基地出入線平、縱斷面見圖5。

圖5 北樂鄉車輛基地出入線平、縱斷面[9]

北樂鄉車輛基地與正線接軌條件良好，出入段長度適宜，線路設計條件不是場坪高程確定的控制因素。

3.4 市政道路銜接要求(圖6)

北樂鄉車輛基地周邊有東三環路、信工路和東樂街。其中，東三環路為現狀道路、信工路正在實施，東樂街為規劃道路。

(1)東三環路

東三環路路基和大中橋及涵洞設計洪水位頻率1/100。北樂鄉車輛基地附近東三環路(K69+500～K70+500)路面設計高程60.068～58.928 m。

(2)信工路

信工路規劃路面高程59.20～59.48 m，現狀地面高程58.4～59.15 m，道路規劃高程呈西高東底。

(3)東樂街

東樂街規劃路面高程58.8～59.2 m，現狀地面高程58.4～58.86 m，道路規劃高程呈北高南低。

圖6 北樂鄉車輛基地周邊市政道路規劃

東三環路為快速路，車輛基地主、次出入口分別接信工路和東樂街，按照市政道路銜接要求，車輛基地場坪高程宜大于59.48 m。

3.5 排水設計要求(圖7)

北樂鄉車輛基地附近區域雨水排水規劃中，沿信工路東西向敷設4.2 m×1.8 m的鋼筋混凝土雨水方溝，溝底高程55.617～55.269 m，呈西高東底。沿東樂街南北向敷設內徑1.25 m的排水管，由南向北向匯入信工路的排水干管。

圖7 北樂鄉車輛基地周邊道路雨水排水規劃

規劃雨水管網的排水量已經考慮了北樂鄉車輛基地區域，合理設置場坪高程，實現站場路基排水系統順利接入市政排水管網。

3.6 重要參照

(1)石家莊地鐵1號線西兆通車輛基地場坪高程設置[11](圖8)

西兆通車輛基地位于石家莊市西兆通鎮的東兆通村以北，規劃天山大街以東，秦嶺大街以西，天河路以北，既有石黃高速公路以南地塊，現狀地面高程66.15～67.48 m。綜合考慮市政道路高程、出入線坡度要求以及場區土方工程數量等因素，確定場坪高程為67.50 m。

圖8 石家莊地鐵1號線西兆通車輛基地平面

(2)既有鐵路設施

距離北樂鄉車輛基地最近距離約400 m處的石家莊煉油廠鐵路專用線邱頭鎮編組站，路肩高程為58.80 m，地面高程58.40 m，路肩高程高于地面約0.4 m。現場走訪調查反映，歷史上曾發生編組站內澇水淹情況。

3.7 車輛基地場坪高程的確定

通過以上分析，對北樂鄉車輛基地場坪高程研究了3個方案。

(1)方案一：現狀地面平均高程值59.5 m+區域內澇積水深度0.5 m+安全值0.5 m=計算內澇水位60.0 m+安全值0.5 m=60.5 m，場坪高程定為60.5 m，軌面高程為61.15 m；該方案車輛基地場坪高程比周邊規劃道路高約1.2 m，與東三環輔路路基段高程基本一致。滿足規范要求，安全值取0.5 m，填土方量約43萬m3。

(2)方案二：現狀地面平均高程值59.5 m+區域內澇積水深度0.5 m=計算內澇水位60.0 m，場坪高程定為60.0 m，軌面高程為60.65 m；該方案車輛基地場坪高程比周邊規劃道路高約0.7 m，與東三環輔路路基段低0.5 m左右。本方案為了盡量減少土方，未考慮安全值，填土方量約26萬m3。

(3)方案三：現狀地面平均高程值59.5 m+區域內澇積水深度0.5 m+波浪及雍水高0.5+安全值0.5 m=61.0 m，場坪高程定位61.0 m，軌面高程為61.65 m；該方案車輛基地場坪高程比周邊規劃道路高約1.7 m，比東三環輔路路基段高約0.5 m。本方案填土方量約60萬m3。

綜合考慮現狀地面高程、周邊市政道路高程、既有東三環路基段高程、積水位、安全值等多方面因素，推薦方案一，北樂鄉車輛基地場坪高程為60.5 m，軌面高程為61.15 m。

4 結語

近年來極端氣候頻現，城市內澇嚴重，地鐵車輛基地場坪高程關系到工程投資的經濟合理性和基礎設施的安全性，綜合考慮區域用地規劃、市政道路銜接、城市防洪排澇要求、正線接軌線路設計要求、排水設計等影響因素，通過數學模型理論計算區域內澇水位，結合現場走訪調查情況，同時參照重要案例，最終經方案比較后確定了車輛基地場坪高程。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50157—2013 地鐵設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[2] 劉成文.城市軌道交通車輛基地場坪高程的確定[J].城市軌道交通研究，2012(3)：24-26.

[3] 中華人民共和國鐵道部.TB10001—2005 鐵路路基設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[4] 蘭淑桂.地鐵車輛段站場設計有關問題的解決方法[J].鐵道工程學報，2010(6)：119-122.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建標104—2008 城市軌道交通工程項目建設標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[6] 王棟，郭榮林.地鐵車輛段場坪高度的研究[J].鐵道工程學報，2012(12)：99-103.

[7] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.石家莊市城市軌道交通3號線二期工程北樂鄉車輛段場坪高程論證報告[R].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2016.

[8] 潘曉春，王曉惠.平原地區常年與五年一遇最高內澇水位的確定[J].電力勘測設計，2015(4)：23-27.

[9] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司.石家莊市城市軌道交通3號線二期工程可行性研究報告[R].天津：鐵道第三勘察設計院集團有限公司，2016.

[10] 李春劍，任磊，崔天麟.鄭東車輛段站場若干問題的設計原則及方案優化[J].鐵道標準設計，2014(5)：137-140.

[11] 北京城建設計發展集團股份有限公司.石家莊市城市軌道交通1號線一期工程可行性研究報告[R].北京：北京城建設計發展集團股份有限公司，2012.

[12] 高華.軌道交通車輛段站場設計部分細節探討[J].鐵道勘察，2015(3)：99-100.

[13] 孟凡鐵，楊斌，歐陽全裕.地鐵市郊地面線路路基設計[J].鐵道標準設計，2010(12)：23-24.

[14] 湯禮鵬.烏魯木齊地鐵2號線哈馬山車輛基地方案研究[J].鐵道標準設計，2017(7)：174-177.

[15] 王應銘.新建鐵路區間路基路肩高程[J].鐵道標準設計，2006(3)：15-18.