城市軌道交通工程區間新增車站可行性分析

文/翟利華 農興中 宋嘉雯

1.前言

截至2017年12月31日，我國累計有34個城市建成投運城軌線路5021.7公里； 2017年新增石家莊、珠海、貴陽、廈門4個運營城市；預計到2020年，全國規劃建設的城市軌道交通網通車總長度將在6600公里以上，比“十二五”新增3000多公里，建設總投資規模將達到2萬億元。雖然城市軌道交通建設規模龐大，但一條地鐵線路從工程可行性研究時間開始計算，到建成通車基本都要4～5年，甚至更久，建設周期很長。而近幾年中國經濟發展迅猛，城市建設規劃也在隨著城市規模的高速發展不斷調整，建設規劃調整勢必給已經建成運營或正在建設的軌道交通工程帶來困難和挑戰，城市軌道交通建設速度與城市實際發展不匹配的矛盾需要及時解決。本文以廣州九號線工程區間隧道上增加車站為例，從工程地質條件入手，分析新增車站對線路、行車能力、建筑方案等方面影響，并提出解決方案和建議，對類似工程有借鑒意義。

2.工程概況

廣州九號線工程可行性研究報告批復線路方案為：線路西起飛鵝嶺站，向東經花都汽車城站、廣州北站、花城路站、花果山公園站、花都廣場站、馬鞍山公園站、蓮塘村站、清?站，止于三號線高增站；線路長20.1公里，全部為地下線；設車站10座，其中換乘站2座。

圖1 九號線工程示意圖

2011年年底清?至高增區間盾構隧道雙線貫通，具備鋪軌施工條件。但2015年廣州市政府規劃4個空港經濟核心區，其中廣州空港經濟區位于廣州北部，其通過依托白云機場、背靠世界城市的地理優勢，打開亞太市場，升級臨空產業，形成國際發展元素集聚的臨空新區，展示活力特色，吸引全球投資，最終建設成為國內乃至全球具有高度投資價值、高度駐留吸引力的臨空新區。為適應新的北部片區建設規劃調整，清?至高增區間需要新增一座地鐵車站，滿足客流增加需要。

3.區間工程地質情況

擬增建的地鐵車站位于迎賓大道與清塘路交叉路口，迎賓大道南側清塘路為已建成現狀道路，迎賓大道北側清塘路為規劃道路，車站跨路口設置。兩邊現為空地，場地較為開闊，施工條件較好。主要管線有沿路方向給水鑄鐵D600埋深0.88、排水砼,1200埋深3.14、排水砼,1200埋深3.97、煤氣PE,400埋深0.87、給水鑄鐵,200埋深0.25等管線。

根據本次地質鉆孔揭示，本場地巖土分層及其特征自上而下分布為：填土層、粉質土層、中粗砂、礫砂、粘土層、淤泥質土層、中風化碳質灰巖、微風化碳質灰巖等地質。

沿線場地巖溶主要發育在石炭系灰巖層中，見洞率為27.0%。揭露兩層巖溶以上，占揭露巖溶鉆孔的7.6%。

第四系含水地層主要以沖洪積粉細砂<3-1>、中粗砂層<3-2>、礫砂層<3-3>為主，其含水性能與砂的形狀、大小、顆粒級配及粘粒含量等有密切關系。層狀基巖裂隙水主要賦存強風化帶及中等風化帶中，水力特點為承壓水，地下水的賦存不均一。由于巖石裂隙大部分被泥質充填，故其富水性不大，巖體大部分完整，地下水賦存條件較差；在裂隙發育地段，水量較豐富。碳酸鹽類裂隙溶洞水主要賦存在石炭系石灰巖中，溶蝕裂隙和溶洞發育，水量中等～豐富，具承壓性。

場地地質條件較差，根據類似工程經驗，采用800mm厚C30地下連續墻，連續墻擬采用雙輪銑施工，連續墻嵌固深度8m～12m。設三道支撐，第一道采用700x1000混凝土八字撐，肋撐600x1000，主撐間距9m；第二道采用800x1000混凝土八字撐，肋撐700x1000，主撐間距9m，第三道采用D600，t=16mm鋼支撐，間距3m。對于端頭圍護結構采用旋挖樁施工，將圍護結構形成封閉環，盾構隧道與車站接口位置擬采用冷凍法加礦山法施工，形成完整的結構體系。

4.線路條件影響分析

本段線路以線間距為13m的直線段為主，可滿足設置10m島式車站的線路技術條件。另外，根據周邊規劃及客流預測資料，設置一座10m島式車站可滿足本區域的客流出行需求。故線路平面不作調整，可滿足增設車站的要求。

因本段線路縱斷面坡度為4‰，不具備直接破除車站范圍區間增設站點的條件。需根據現場實測資料對線路縱斷面設計進行調整，并滿足各專業對限界的需求。

根據《地鐵設計規范》（GB 50157-2013）第六章 6.3.2第2條的規定：車站站臺范圍內的線路應設在一個坡道上，坡度宜采用2‰。當具有有效排水措施或相鄰建筑物合建時，可采用平坡。根據車輛經行試驗，在2‰坡道上，可以停止不溜車；在3‰坡道上，不制動即溜車。

基于以上前提，對本段線路縱斷面坡度調整如下：根據本段區間隧道實測資料進行擬合，將原長1160m4‰坡度的路段拆分為三個坡段。圖2中2.8‰的坡段為清塘站范圍，本段需拆除隧道并新建地下車站；前后坡度分別為4.3‰及4.103‰的路段與原設計最大豎向偏移值約96mm，區間隧道縱斷面調整均位于限界允許的范圍內。

5.行車系統能力影響性分析

圖2 清塘路站段縱斷面改造方案示意圖

據客流分析，新增站對九號線客流規模及高峰小時單向最大斷面客流量影響很小，考慮九號線初、近、遠期運能富余度分別為33.9%，15.5%與11.9%，滿足加站帶來的客流波動，可保持既有行車組織方案及設計運輸能力，即初、近、遠期高峰小時分別開行12對/h，17對/h與24對/h。

系統按28對/h預留能力，按照6人/m2和5人/m2標準計算，運能均可以滿足要求，故遠期預留28對/h系統能力，運能可達35224人/h，富余度12.4% 。

列車旅行速度受區間運行時間與停站時間控制，并影響本線運用車與配屬車數量。根據牽引計算，加站后，區間運行時間增加44秒。

經各方面綜合分析，增加清塘路站后，本線保持原設計定員標準與系統選型，初、近、遠期高峰小時分別開行與原設計一致的12對/h，17對/h與24對/h。

考慮按46km/h計算配屬車，則初、近、遠期配屬車分別為16列、21列與34列，其中初期增購車1列，近、遠期分別增加配屬車3列與4列。

6.建筑方案分析

新建的地鐵車站采用九號線同一技術標準，B型車6節編組。增建車站為帶降壓變電的地下二層島式車站。車站負一層為站廳層，中部為公共區，公共區設3組樓扶梯與站臺層相連，兩端為設備房區。為了減少現有盾構區間廢除工程量，車站長度控制在160m，車站的主要辦公設備用房區設置在上行線外側一跨空間內。負二層為站臺層，站臺寬度10m寬。車站總長160m，標準段寬28.0m，頂板覆約0.8m。車站總建筑面積14761.2m2，車站共設4個出入口，其中車站南側2個出入口與風亭、緊急疏散口組合布置。站位所在迎賓大道地下管線較多，車站實施考慮將埋深較大管線沿車站外側遷移。

通過調整市政管線布置，降低頂板覆土厚度到0.8m，控制車站站臺有效寬度和車站長度，優化設備機房布置，降低車站建設規模，最終實現控制工程投資目的。

7.結論與建議

1）通過線位選擇、建筑方案優化等方面的研究，既有區間隧道增加車站技術上可行。

2）增加車站后，車站運行時間增加，在原系統能力富余度不足情況下，需要通過增加配車數量來維持原系統運營能力。

3）通過調整影響車站布置的市政管線，實現降低頂板覆土目標，最終通過調線調坡，滿足車站內坡度的設置極限要求。