蘇州軌道交通3號線工程設計施工方案研究

姚振康

(蘇州市軌道交通集團有限公司，蘇州 215002)

2012年4月，蘇州軌道交通1號線開通運營，蘇州成為全國首個開通地鐵的地級市。軌道交通3號線是蘇州建設的第4條線路，前期1、2、4號線已有總里程121 km，隨著3號線的建設，蘇州軌道交通“井”字形骨干網絡逐步形成；線網整合優化、安全建設、設計提升成為蘇州軌道交通3號線建設與施工的主要目標。

本文重點論述在尊重既有線網的基礎上，如何優化調整線路走向，以更好地支撐城市發展和提升軌道交通換乘功能。

1 線網整合優化

1.1 原線網分析

1) 線網構架缺少環線布局

環線是城市軌道交通常見的布設形式。據統計，世界范圍內軌道交通線網規模超過100 km的城市中，近60%的城市設置了環線；在軌道交通線網規模超過200 km的城市中，設環線的城市所占比例達到了75%。

隨著城市的發展，蘇州城區呈現出明顯的多圈層結構。第1圈層為蘇州核心，即護城河環繞的古城，該圈層周長不足15 km，缺少足夠的客流集散點，且道路條件不適宜布設軌道交通線路；第2圈層為老城區及周邊地區，即內環快速路、京杭運河、滬寧高速和蘇嘉杭高速圍合的建成區，該圈層客流充沛，但通道被鐵路、高速公路、內環快速路及既有2號線等占用，不具備線路布設條件；第3圈層為《蘇州市城市總體規劃(2011—2020年)》中劃定的中心城區，即園區、新區、吳中和相城的核心區，該圈層各區核心之間存在較強的跨區聯系需求，且市區線的主體部分基本位于該圈層，設置環線有利于線網的換乘聯絡；第4圈層為《蘇州市城市總體規劃(2011—2020)年》中劃定的規劃區，是以東部新城、高鐵新城、濱湖新城、生態新城為主要開發節點的城市拓展區域，該圈層客流集散點分布較為分散，相互之間距離較遠，互通互連需求不充分，難以支撐環線客流。

綜上，蘇州城區為圈層拓展發展模式，其中位于第3圈層的園區、相城、新區、吳中四大片區之間存在大量相互連通的軌道交通出行需求，而原線網中缺少這樣一條快速聯系的環形走廊[1]。蘇州圈層發展結構示意如圖1所示。

圖1 蘇州圈層發展結構示意

2) 重點地區軌道交通不能直接連通

根據《蘇州市城市總體規劃(2011—2020年)》，工業園區CBD(中央商務區)中心與吳中城市中心為蘇州市近期強力打造的兩個重點發展片區，兩片區有強烈的客流直達需求。而原線網中，3號線在金雞湖南側轉向湖東、5號線在金雞湖南側轉向湖西CBD，且兩線“擦肩而過”，不能實現重點發展片區間的便捷聯系。

3) 骨干線路無法有效換乘

3、5號線均為線網中的骨干線路，受工程條件限制，原線網3號線在工業園區婁葑鎮區域由星港街轉向金雞湖大道向東，5號線由金雞湖大道轉向星港街向北，兩線呈“X”形布局，不能實現有效換乘；線網布局不盡合理，不利于滿足乘客的出行需求。

1.2 線網整合優化方案

鑒于原線網方案存在的問題，為適應蘇州市的發展情況，更好地發揮軌道交通網絡效益，蘇州市軌道交通集團有限公司提出在盡量尊重現有線網構架的基礎上，將3號線東段線位與5號線東段線位進行互換，重組優化線網，并組織編制了《蘇州軌道交通3、5號線園區部分區域線路互換專題報告》，對3、5號線的換位方案和換位后的效益進行了深入分析論證。

1) 網絡結構優化

換位重組后，3號線總體呈“U”形走向，可與線網中的8號線形成組合環線，串聯園區、相城、新區、吳中四大板塊的核心區，位于蘇州城市發展形態的第3圈層，與本文前面所述的環線布局相吻合。3、5號線換位重組后線網組合環線形態如圖2所示。

圖2 3、5號線換位重組后線網組合環線形態

2) 網絡銜接優化

優化重組后的“組合環線”與線網中所有線路均可換乘，其中3號線共有15座換乘站，換乘比達41%，同時線路還銜接2座高鐵站、1處公路樞紐、1條市域線及2條有軌電車，極大地提升了網絡換乘功能及客流效益，與1號線共同支撐城市發展主軸，改善沿線出行結構，促進區域協調發展。

3) 換乘功能優化

調整后3號線總體呈“U”形走向，5號線呈東西走向，兩線在星港街“十”字交叉，節點換乘，同時在車站西北象限設置兩線的聯絡線，有利于實現線網設施的資源共享。換位重組后3、5號線星港街站換乘方案如圖3所示。

圖3 換位重組后3、5號線星港街站換乘方案

為強化環線的換乘功能，將線網中規劃8號線的局部線站位也進行了調整， “扣環點”西津橋站和唐莊站設置為平行換乘，其中西津橋站設置為雙島四線車站，唐莊站設置疊島車站，實現“組合環”客流同站臺換乘便捷的要求。西津橋站雙島四線同臺換乘如圖4所示，唐莊站疊島同臺換乘如圖5所示。

圖4 西津橋站雙島四線同臺換乘

圖5 唐莊站疊島同臺換乘

1.3 整合優化后的客流效果

線網整合優化后，3號線與8號線組成環線，換位前后線路里程基本相當，車站總數由35座增加至37座，換乘站由13座增加至15座，3線換乘站增加至2座。通過對換位重組前后3號線的客流預測結果進行對比分析，發現換位后客流呈現明顯的環線特征，日客運量和客運強度等主要指標均有所上升，同時由于換乘站增多，換乘站對運距的影響更加明顯，運距呈現降低趨勢，高峰客流斷面略有降低。

重組優化后的3號線里程占全線網比例為11.1%，遠期客運量占全線網比例為13.5%；遠期全線客流100.15萬人次/日，其中從其他軌道線路換乘來的客流為37.19萬人次/日，環外客流占總客流比例為37.1%，體現了3號線作為骨架線和環線承擔客運量較高的特征。換位前3號線客流預測總體指標如表1所示，換位后3號線客流預測總體指標如表2所示。

表1 換位前3號線客流預測總體指標

表2 換位后3號線客流預測總體指標

2 工程重難點攻克

3、5號線東段換位后，在現代大道站-婁江大道站區間受控制建筑影響，長達374 m的兩條隧道需要上下重疊設置，需要克服富水軟弱地層疊交隧道并小凈距下穿帶壓給水管道的工程難點。

現代大道站-婁江大道站區間環境復雜，沿線密布建構筑物，線路自現代大道站出發，沿星港街敷設，穿越星港街高架橋、維益食品廠、俐瑪化纖紡織廠、婁江、 312國道高架、婁江大道，最終到達婁江大道站，其中維益食品廠采用預制方樁，星港街高架采用鉆孔灌注樁。為避讓建筑物樁基，區間設計374延米為上下重疊段，重疊隧道豎向最小凈距僅1.82 m，且在重疊隧道模式下超小凈距(0.54 m)穿越大直徑既有敏感管線(1.2 m帶壓給水管)，系國內首次。長距離重疊隧道平面圖如圖6所示。

圖6 長距離重疊隧道平面圖

上下重疊段位于軟土地層，二者之間所夾土體為軟塑粉質黏土，土體易擾動，施工難度大，工程風險高，施工中容易造成地面沉降超限、管線變形。其主要施工難點及風險分析有以下3點：①隧道掘進時需嚴格控制施工參數，掘進速度、土倉壓力、出土量等掘進參數，盡量減少對地層的擾動，以減少對管線及已建隧道的影響；②先建隧道掘進時容易對該地層擾動，改變土體原有的結構，給后建隧道施工帶來不利因素；③由于兩線隧道距離很近，上部隧道掘進時會對下部隧道產生附加應力，導致隧道大的變形[2]。

針對上述問題，綜合采用理論分析和數值仿真法，對比論證了“先下后上”和“先上后下”兩種掘進模式的優劣，采用先下后上方案并采取必要的措施，具體步驟如下。

(1) 下部管片配筋加強，承受上部隧道掘進時產生的附加壓力。

(2) 下部隧道采用增加注漿孔的多孔管片，掘進時加強同步注漿及二次注漿，并對夾層土進行深孔注漿加固。二次注漿加固示意如圖7所示。

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(3) 上部隧道施工時，下部隧道內同步安裝支撐，在實際施工中設計研發了自動化支撐臺車對管片進行頂撐加固，效率高，效果顯著。

(4) 加強對下部管片姿態監測，根據監測結果及時調整上部盾構掘進參數或增加下洞支撐預加軸力。

根據數值模擬結果，經加固后的土體上部隧道掘進時下部隧道隆起量為13 mm，地表最大沉降約為16 mm。

上部隧道掘進時，下部隧道施加預支撐情況下最大隆起量為8.7 mm，地表沉降約為11 mm。

上部隧道施工時下部管片向上隆起，通過增加支架系統能減小下部隧道的隆起量，因此在上部隧道施工期間，應對下部隧道采取臨時支撐的措施，對上下部隧道周圍進行加固，防止上部隧道開挖卸載造成下部隧道的上浮；同時上部隧道掘進時對下部隧道產生附加應力，應適當加大下部隧道的配筋，配筋型號提高一級[3]。水管處地表沉降監測數據如圖8所示。

圖8 水管處地表沉降監測數據

根據最終竣工監測數據可知，地表沉降、管線變形及隧道變形均在允許范圍內，下穿自來水管處引起的地表最大沉降為13.4 mm，與理論計算基本吻合。同時該重疊段創新性地采用垂直聯絡通道疏散方案，盾構采用微擾動掘進模式等，取得圓滿成功[4]。運營期收斂統計如表3所示。

表3 運營期收斂統計

目前，蘇州軌道交通3號線已運營1年有余，隧道沉降及收斂變形穩定，隧道表觀無不良缺陷，運營正常。

3 結語

蘇州軌道交通3、5號線換位形成組合環的研究與實踐，在既有線網基礎上，提升了整個線網換乘功能，在扣環節點通過雙島四線和疊島同臺換乘，強化了環線換乘理念。設計與建設期間積累的重疊盾構區間科研課題成果、現場實施經驗以及施工運營監測數據等，期待為后續復雜線路工程提供借鑒。