西安地區地裂縫分布段地鐵線路 優化設計研究

曾科

摘 要：介紹西安地裂縫對地鐵線路設計的影響及相關研究進展，將線路與地裂縫的關系分為區間中部和車站端部 2 類分別進行研究和要點總結，最后以田家灣站和火車站站為例，具體說明線路穿越地裂縫段的線路方案。

關鍵詞：西安地區;地鐵;地裂縫;線路;設計

中圖分類號：U231+.2

0 引言

西安地區地裂縫十分發育，地裂縫以北東走向呈帶狀橫貫整個市區，給西安市的工程建設造成了嚴重影響，形成了一種特殊的環境地質災害。西安地鐵不同于地表點狀建筑物，無法避讓地裂縫。地裂縫災害是西安主要的地質災害，在地鐵建設中要給予高度重視。唐文鵬等人通過野外地質環境和地質災害調查，根據近些年的監測成果資料對地裂縫的活動性進行分析總結，預測了其活動趨勢，采用定量計算的方法確定了地裂縫對地鐵線路的影響范圍。倪士浩根據地裂縫的活動強度，提出百年預留垂直位移統一按500 m考慮，并根據西安地鐵2號線的線路變坡和全線施工方法，確定每一條地裂縫段的限界處理長度，提出了西安地鐵2 號線地裂縫段的建筑限界處理措施。李團社對西安地鐵1號線、2號線穿越地裂縫的活動特點和變形規律進行分析，研究地裂縫對地鐵工程可能引起的工程災害，提出地鐵區間隧道通過地裂縫帶時，線路與軌道工程在地裂縫活動變形后的適應性方案。陜西省組織編制了DBJ61/T 113-2016《城市軌道交通隧道穿越地裂縫段技術規范》（下文簡稱“規范”），提出了線路走向與地裂縫走向相交時，交叉角度不應小于30°，地裂縫調坡段縱斷面設計時，調坡段長度不宜小于遠期1列車長度，并應滿足相鄰豎曲線的夾直線長度不小于50 m。目前尚無文獻針對線路與地裂縫具體空間關系給出指導性建議和進行實例研究。

1 線路設計思路

為防止地裂縫沉降對車站主體的破壞，地鐵車站需避讓地裂縫影響區，同時應滿足縱斷面的調坡段長度。以西安地鐵4號線為例，地裂縫影響范圍在80～200m。根據規范，地裂縫調坡段長度應大于遠期列車長度+豎曲線切線長度，以6節編組B型車為例，長度在130～190m之間。根據地裂縫位置的不同，分為以下2種情況進行考慮。

情況1：地裂縫位于區間中部，地裂縫距離兩端車站的直線距離≥地裂縫影響范圍和預留調坡段長度的較大值。

情況2：地裂縫位于車站端部，地裂縫距離車站的直線距離<地裂縫影響范圍和預留調坡段長度的較大值。

情況1線路設計中主要矛盾是處理線路平、縱斷面與地裂縫的空間關系，通過調整線路空間幾何形位使得線路與地裂縫的空間關系滿足規范要求。情況2線路設計中需增加考慮地裂縫對車站站位的影響，通過調整車站站位及區間線路空間幾何形位使得線路與地裂縫的空間關系滿足規范要求。

1.1 地裂縫位于區間中部

地裂縫位于區間中部為常見形式，以西安地鐵4號線為例，線路共計穿越地裂縫11條（13處），其中地裂縫位于區間中部7條（占比64%），位于車站端部4條。

地裂縫位于區間中部，線路調整余量較大，可以通過在線路平面上設置曲線，加大地鐵隧道與地裂縫的交角，以滿足規范要求。同時，通過調整線路縱坡設置，將地裂縫變形區域置于縱坡中段，預留足夠的調線調坡條件。

根據線路與地裂縫的空間關系進行分類，具體分為表1所述的3種情況。

（1）線路走向與地裂縫走向基本一致時，線路平面宜置于相對穩定的下盤。規范規定：“線路位于地裂縫上盤時，隧道應避開地裂縫的最小避讓距離為40 m;線路位于地裂縫下盤時，隧道應避開地裂縫的最小避讓距離為24 m”。

（2）線路與地裂縫相交且夾角<30°，需增加平面曲線，通過改變線路方位角，使得隧道與地裂縫夾角≥30°，同時縱斷面應預留上盤方向的調坡段長度。

（3）線路與地裂縫相交且夾角≥30°，線路不需額外增加平面曲線，維持原方案與地裂縫相交即可，縱斷面亦應預留上盤方向的調坡段長度。

1.2 地裂縫位于車站端部

城市軌道交通線路站點設置受城市規劃、線網規劃、線路功能定位和建構筑物多因素影響。重要站點，如樞紐站、換乘站及位于規劃商業中心、公共中心的站點，往往在規劃階段已經錨固，而規劃階段地裂縫調研工作尚未開展，由于資料缺乏，規劃階段往往對地裂縫的影響考慮難以周全，至設計階段發現地裂縫位于站位附近，往往難以滿足規范要求，需進行線站位的調整優化。

地裂縫表現為上盤（東南側）下降，下盤（西北側）基本不變。為避免地裂縫下沉對車站主體的破壞，站位選擇首先必須遵循位于地裂縫下盤，即西北側，同時車站主體避讓地裂縫設防范圍。

根據線路與地裂縫的空間關系進行分類，具體分為表2所述的3種情況。

（1）線路走向與地裂縫基本一致時，需滿足規范避讓距離。

（2）線路與地裂縫相交且夾角<30°，首先需調整車站位置，滿足設防要求。同時區間增設曲線，有必要時配合調整車站方位角，使得區間隧道與地裂縫夾角≥30°，縱斷面應預留上盤方向的調坡段長度。

（3）線路與地裂縫相交且夾角≥30°，首先需調整車站位置，滿足設防要求，線路可不額外增設曲線，維持原方案與地裂縫相交即可，縱斷面亦應預留上盤方向的調坡段長度。

綜上可見，對于車站位于地裂縫下盤且相交夾角大于30°的情況，線路平縱設計受影響較小，但需注意調坡后最大、最小坡度不應超出規范。對于車站位于地裂縫下盤且相交夾角30°的情況下，需綜合站點位置和區間曲線設置，通過比較確定。

2 線路設計實例

2.1 西安地鐵 6 號線田家灣站

田家灣站是西安地鐵6號線的1座中間站，車站位于咸寧東路與規劃路路口，車站西北及西南象限為田家灣村，東北象限為廣天國際公寓和恒大綠洲高層，西南象限為軍區加油站。線路自西向東布設，與F8地裂縫相交，F8地裂縫位于路口東側180 m，地裂縫與道路交角20°28'57.85"。車站周邊同時存在多個控制因素，如：①道路南端存在雨水及污水等多條管線;②田家灣村車站范圍內正在拆遷;③存在10 kV電力軍纜和多條通信軍纜。

綜上，田家灣站為地鐵線路的1座普通站，站位及配線存在局部調整的空間;地裂縫與地鐵車站平面距離較近，且線路直線布線與地裂縫交角大小不滿足規范要求;車站周邊尚存在軍區加油站、軍隊電纜、拆遷和雨污水管線等多項控制因素。故需對站位進行如下優化。

（1）配線設計中需將配線調整至相臨車站，若必須設置于本站，則需設置于地裂縫較遠的一端。

（2）車站站位在滿足車站功能的前提下應盡量與地裂縫拉開距離，有效站臺端部距離地裂縫的平面距離應大于遠期1列車長度+豎曲線切線長度。

（3）站位應盡量減少對軍區加油站、電纜等控制點的影響，并減少拆遷。線站位優化方案見圖1。

2.2 西安地鐵 4 號線火車站站

西安火車站是中西部地區重要的客運動脈，未來將成為一帶一路框架上重要的交通節點，為應對新時期的新挑戰，西安火車站按9臺18 線（含正線）改擴建，西安地鐵4號線火車站站為與改造后的國鐵站房同步運營的樞紐站。周邊控制性因素包括以下因素。

（1）西安火車站新建北站房及配套建筑與丹鳳門呈中軸對稱，南北站房之間設置高架候車室，東西兩側新建出站通道各1處。

（2）周邊大明宮遺址為國家級重點文物保護區，地鐵線路應盡量減小對大明宮遺址公園的影響。

（3）F3地裂縫與大明宮南宮墻垂直距離約150 m，沿線路與地鐵火車站站距離約190 m。

（4）存在建構筑物、城墻、護城河、解放路東側高層建筑物等因素。

為通過站點設置優化地鐵線路與地裂縫的關系，結合路由比選，進行3個方案的比選。方案比選示意圖如圖2所示。

方案1：紅色線路方案（與國鐵站場垂直相交方案）。優點為地鐵車站與國鐵出站通道垂直，換乘距離最近。缺點為下穿大明宮遺址保護區，對文物保護區影響較大，且下穿解放飯店，協調難度較大。

方案2：藍色線路方案（與國鐵站場斜交方案）。優點為避開大明宮遺址保護區重點保護范圍，對文物保護區影響較小。缺點為與國鐵換乘距離較方案1增加約100 m。

方案3：紫色線路方案（南北廣場均設站方案）。優點為車站設置于南北廣場，地鐵工期不受國鐵站改影響。缺點為北廣場站位于地裂縫設防范圍內，且無法與國鐵零距離換乘。

方案2下穿大明宮地塊范圍較少，線型最順直，穿越建筑物較少，車站避開地裂縫調坡范圍，作為推薦方案。

火車站站受國鐵車站位置錨固， 且F3地裂縫縱向設防理論值為上盤36 m，下盤25 m，因此應根據實際情況，優化地鐵火車站站位，車站主體避開設防范圍和線路調坡段，區間隧道采用馬蹄形斷面，軌道結構采用框架板整體道床。通過優化線路方案，較好地解決了線站位與地裂縫的空間關系，既滿足與高鐵的無縫銜接又避免車站位于地裂縫調坡段。

3 結語

地裂縫是西安地區主要的地質災害，西安市區現存地裂縫共計14條，地鐵工程不同于一般工業及民用建筑，無法避讓，必須穿越地裂縫，并且不允許出現影響運營安全的事故，科學地處理好地鐵與地裂縫的關系是西安地鐵設計的關鍵問題之一。地鐵線路專業作為地鐵設計的總圖專業，在規劃階段應重視線路與地裂縫的空間關系，做到盡量避讓，無法避讓時做到線路與地裂縫的夾角盡量垂直。在設計階段，通過調整車站站位及區間線路平縱曲線，預留地裂縫調線調坡條件，確保后期沉降可控可調。

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收稿日期 2019-04-17

責任編輯 孫銳嬌