城市軌道交通既有車站改造方案研究
——以重慶軌道交通6號線劉家坪站改造方案為例

周宏昌

(1.陜西省鐵道及地下交通工程重點實驗室(中鐵一院),西安 710043； 2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

引言

目前，我國大多數一線城市的軌道交通建設已逐步成網[1]，為城市的內部交流提供了極大便利。但由于這些大城市軌道交通建設起步較早，同時也出現了早期線網規劃階段與目前規劃落實不相匹配的現狀。為適應城市發展的現狀，對線網規劃做出了相應調整。

一方面，如后期建設的線路與既有線的換乘關系發生了變化，則需對既有站進行改造才能得以實現[2-8]。前期規劃實施階段杭州地鐵4號線市民中心站為非換乘站，但由于規劃調整，7號線要與4號線實現換乘，為實現兩線之間的便捷換乘，需對既有站市民中心站進行改擴建[9]。西安2號線南稍門站在2011年9月已開通運營[10]，依據《西安市城市快速軌道交通建設規劃》(2005年3月)，2號線和5號線的換乘節點在會展中心，因此，南稍門無預留換乘節點，而在《西安市城市快速軌道交通建設規劃》(2012—2018年)中，2號線和5號線的換乘節點調整至南稍門，需對南稍門站進行改造[11-12]。

另一方面，部分既有線路的延伸線不能適應新的發展需要，需結合最近的城市空間布局進行調整，對接軌站進行改造才能得以實現[13]。如北京、上海、廣州等地鐵網已基本成形，但面對最新的城市發展需要，如何改造既有線路以適應城市需求變化成為當前面臨的棘手問題[14-16]。目前，國內既有線改造還處于起步階段，經驗不足，部分城市雖率先發起通過既有站改擴建完成與規劃的耦合，但由于在前期沒有將站改與運營充分結合，導致站改后運營效果欠佳。同時，考慮到既有站改造工程具有規模大、影響范圍廣以及風險高[17]等特點。以重慶軌道交通6號線三期工程為例，從改造原因、改造方案、改造代價及改造效果進行深層分析，探討改造工程的可實施性，以期為后續類似線路改造起到指導作用。

1 改造原因

2012—2014年，6號線一、二期工程先后分段開通運營[18-20]；2015年，東環線設計首先提出茶園站址的重慶東站；2017年，《重慶市中長期鐵路網規劃(2016—2030年)》發布，規劃新增重慶東站，選址于茶園組團。

可見6號線一、二期在規劃、設計、施工及建成通車時，重慶東站的站址尚未規劃。原線網中無重慶東站規劃，6號線未考慮延伸至重慶東站的條件，僅在茶園站預留了進一步延伸的條件，其余車站均未預留支線延伸至重慶東站的接軌條件。因此，最新的線網規劃方案延伸線從茶園站引出，延伸至重慶東站。其中，6號線東延線線網規劃的線路走向示意如圖1所示。

從圖1中可以看出，6號線東延段周邊主要以規劃工業地塊為主，而長生橋站—茶園站以東主要以居住和商業用地為主，延伸方案不能對茶園片區大客流點進行較好地覆蓋，因此，需重新對6號線東延線的線路走向進行規劃和研究。結合《重慶市城市軌道交通第四期建設規劃(2020—2025年)》最新研究成果，6號線東延伸線起于重慶東站，止于既有劉家坪站，主要沿站前路、桂雨路、茶園大道敷設，分別設重慶東站、長生路站、百樂園站、劉家坪站，沿線用地主要以居住用地為主。該方案不僅服務了茶園片區的大客流點，同時也對茶園片區的商、住用地進行了有效覆蓋。其中，6號線東延伸段建設規劃線路示意如圖2所示。

圖2 重慶軌道交通6號線東延伸段建設規劃線路示意

但由于既有站劉家坪站未預留延伸條件，因此，本工程涉及既有線改造，需對6號線東延伸線建成后6號線的運營組織及劉家坪站的配線方案進行研究。

2 劉家坪站現狀

2.1 線路概況

劉家坪站為高架側式三層站，位于茶園大道北側東西向設置，同時該站為長生停車場的接軌站，車站大里程端設置1組交叉渡線，正線接入出入線處設置2組單開道岔連接。其中，劉家坪站既有工程示意如圖3所示。

圖3 劉家坪站既有工程示意

2.2 軌道概況

重慶市軌道交通6號線二期工程劉家坪站及高架區間正線、配線軌道采用技術方案如下：鋼軌采用25 m長60 kg/mU75V軌，扣件采用DTⅦ2型扣件，道床采用承軌臺式整體道床，線路采用區間無縫線路。劉家坪站小里程端設置1組交叉渡線及2組單開道岔，道岔選用60 kg/m鋼軌9號曲尖軌道岔。

2.3 劉家坪站概況

車站位于東西大道北側地塊內部，呈東西向敷設。車站總長120 m，寬24.6 m，有效站臺長120 m，寬8.3 m+8.3 m，總建筑面積12 120.31 m2。有效站臺中心里程為YDK5+245.101。車站共設3個出入口和1座過街天橋，1、2號出入口設置于車站南側，3號出入口設置于車站北側。其中，既有劉家坪站車站總平面布置如圖4所示。

圖4 既有劉家坪站總平面布置

2.4 高架區間概況

區間高架段自劉家坪站大里程端引出后，沿規劃茶園路路側走行，其中，右線于YDK5+637.569(ZH點)處設1 200 m半徑曲線與左線拉開線間距，于YDK5+812.951(橋路分界)處落橋。本區段高架主要跨越規劃縱二路(規劃道路紅線寬46 m)，采用1聯(29+50+29) m連續梁。站后交叉渡線區段采用1聯(30+32+30) m連續梁，出入段線與正線銜接段采用1孔36 m變寬簡支梁和1孔30 m變寬簡支梁，另外11、12號墩之間線間距變化處設1孔雙線變寬簡支梁(濕接縫變寬)，其他區段均采用標準跨簡支箱梁。區間孔跨布置為：1聯(30+32+30) m雙線連續梁+1孔36 m變寬簡支梁+1孔30 m變寬簡支梁+2孔30 m簡支梁+1聯(29+50+29) m連續梁+2孔30 m雙線簡支梁+4孔30 m單線簡支梁(左右線)，本區段連續梁及變寬簡支梁采用支架現澆施工。

地形起伏較大,表層為人工填土，下層以泥質砂巖、砂巖為主，無不良地質。標準橋墩采用獨柱T形橋墩，特殊橋墩采用空心矩形墩、多柱墩，橋臺采用一字橋臺。樁基礎采用鉆孔灌注樁，嵌入巖石。其中，改造段落高架區間現狀如圖5所示。

圖5 改造段落高架區間現狀

3 劉家坪站改造方案

依據《重慶市國土空間總體規劃(2019—2035)》，茶園組團是長江生態文明創新實驗區、國家物聯網產業示范基地、中國智谷(重慶)科技園、國家物聯網產業示范基地所在地。規劃至2035年，人口規模達到65萬人，規劃建設用地69 km2。目前，現狀運營交路小交路已覆蓋茶園片區，高峰小時開行對數達18對/h。

根據《重慶市中長期鐵路網規劃(2016—2030年)》，至2030年重慶將會形成重慶北站、重慶東站、重慶西站、重慶站四大主客運站。新增布局的重慶東站建成后將會銜接高鐵、城際、市域鐵路及地鐵，是重慶市最大的立體化交通綜合樞紐之一，大型客流集散點，預估遠期年旅客發送量為5 000萬人/年。樞紐周邊規劃以商業用地、居住用地為主，局部配有工業用地、綠地等。6號線與重慶東站接駁，可提高重慶東站對外交通樞紐的軌道交通配套能力，形成主城區與重慶東站之間最便捷、高效、重要的客流通道。

綜上所述，茶園站—劉家坪站方向及重慶東站—劉家坪站方向均應保持較高的服務水平。同時，結合目前的客流預測結果，茶園站—劉家坪站區間遠期高峰小時最大客流斷面約為1.49萬人/h，重慶東站—劉家坪站區間遠期高峰小時最大客流斷面約1.32萬人/h，考慮實際運營情況、規劃情況、提高運營靈活性、抗客流風險及軌道交通的長遠發展等方面綜合分析，本次研究了具備獨立運營條件的支線方案和不具備獨立運營條件的支線方案。

3.1 具備獨立運營條件的支線方案

目前，6號線現狀運營交路小交路已覆蓋了茶園片區，高峰小時開行對數已達到18對/h，結合茶園的功能定位，重慶東站—劉家坪站開通運營以后，茶園站—劉家坪站方向的開行對數不應低于現狀(18對/h)的服務水平，如采用不具備獨立運營條件的支線方案，受30對/h的系統能力限制，重慶東方向遠期也只有12對/h的服務水平，且茶園方向也將會長期保持18對/h的能力，若進一步提高茶園方向的服務水平，重慶東方向的服務水平還會進一步降低。而根據重慶東站的功能定位，重慶東站作為年旅客發送量約為5 000萬人/年的大型綜合交通樞紐，服務頻率至少應該保證在3 min為宜(20對/h)。受30對/h系統能力的限制，若采用不具備獨立運營條件的支線運營組織方案必定會顧此失彼。因此，茶園站—劉家坪站同時具備獨立運營及貫通運營條件，可為茶園南片區及重慶東站充分預留發展條件、提高茶園片區及重慶東站的服務水平，同時，提高了抗客流風險的能力及運營靈活性。交路示意如圖6所示。

圖6 具備獨立運營條件的支線方案

因此，結合運營交路，本次在對劉家坪站配線布置形式設計時，考慮了茶園站—劉家坪站方向應具有獨立運營條件的支線運營方案。

方案1：該方案由原來的側式車站改造為雙島四線車站，站臺加寬至14 m；維持原交叉渡線不變，劉家坪站大里程端新建線路與出入線之間增建2組單渡線，正線接入既有線地下段。其中，配線方案以及接軌方案示意分別見圖7、圖8。

圖7 配線方案示意(方案1)

圖8 接軌段方案示意

同時從運營靈活性方面考慮，本次對劉家坪站小里程端是否增設單渡線進行對比研究，即方案2。該方案在改造劉家坪大里程段的同時，還需在小里程端增加1組單渡線，由于劉家坪站小里程端(茶園方向)為曲線，無出岔條線，增設單渡線后需拆除重建劉家坪站小里程端既有橋梁，長度636 m。其中，配線布置形式見圖9，接軌方案見圖10。

圖9 配線方案示意(方案2)

圖10 增設單渡線高架區間改造示意

方案1：采用雙島四線，既可實現主、支線的貫通運營，也可實現獨立運營。獨立運營時采用站后的折返方式，可同臺換乘，乘客換乘便捷。該方案主、支線系統能力均為30對/h，主、支線服務水平高，為軌道交通的發展預留了靈活性，抗客流風險能力及運營組織靈活性較強。

方案2：采用雙島四線，既可實現主、支線的貫通運營，也可實現獨立運營。獨立運營時可采用站前及站后的折返方式，可同臺換乘，乘客換乘便捷。該方案主、支線系統能力均為30對/h，主、支線服務水平高，為軌道交通的發展預留了靈活性，抗客流風險能力及運營組織靈活性強，但需對劉家坪站東、西兩側同時進行改造，改造規模及對運營影響均較大。

方案2較方案1的最大區別在于，方案2在方案1的基礎上在劉家坪站小里程端增加1組單渡線。若采用方案2，劉家坪站正線小里程端(茶園方向)平縱不滿足出岔條件，需拆除重建劉家坪小里程端既有橋梁636 m。而方案1在運營功能方案較方案1稍微弱化，但可減少改造工程量，運營功能也基本可滿足茶園站—劉家坪站方向即可獨立，也可與正線貫通運營的運營需求，運營組織也較為靈活。

綜上，將方案1作為推薦方案。

3.2 不具備獨立運營條件的支線方案

茶園站—劉家坪站方向只能貫通運營，不具備獨立運營的條件。根據客流預測結果，茶園站—劉家坪站區間高峰小時最大斷面客流為1.49萬人/h，劉家坪站—重慶東站區間高峰小時最大斷面客流為1.32萬人/h，遠期開行(15+15)對/h、(20+10)對/h，均可滿足客流需求。交路示意如圖11所示。

圖11 不具備獨立運營條件的支線方案

因此，結合運營交路，本次設計了不具有獨立運營條件的支線方案，其中，劉家坪站的配線布置形式如圖12所示。

圖12 不具備獨立運營條件的支線方案配線布置形式

方案1可實現主、支線的貫通運營，無法實現獨立運營。考慮從線網角度分析，茶園方向繼續延伸的可能性較小，而現狀茶園站—劉家坪站運營里程僅為4.8 km，獨立運營效果一般，該方案土建改造的規模及對既有線影響較小、可基本滿足主、支線的運營需求，但主、支線服務水平受限，靈活調整余地較小，抗客流風險能力及運營組織靈活性較差。

方案2與方案1的最大區別在于，方案2在方案1的基礎上在劉家坪站大里程端，重慶東站—劉家坪站方向設置了2組安全線。該方案不僅充分保證了運營的安全性，同時也預留了遠期拆分運營的條件，未來結合最新的線網規劃調整方案以及重慶東和茶園組團的發展需要擇機進行拆分運營。同時，方案2與方案1工程改造規模、工程投資及中斷運營時間基本一致。

綜上，將不具有獨立運營條件的支線方案的方案2作為推薦方案。

3.3 綜合比選

上述對具有獨立運營條件的支線方案和不具有獨立運營條件的支線方案對應的劉家坪站配線布置形式研究，本次對劉家坪站配線進行了詳細比選。其中，配線方案比選如圖13所示。

圖13 劉家坪站配線方案比選

(1)高架區間改造

方案1：高架區間改造范圍位于長生停車場出入線上，根據渡線設置位置，入場線改造范圍為RDK0+49.236～RDK0+217.236，RDK0+317.236～RDK0+417.236；出場線改造范圍為LDK0+49.236～LDK0+217.236。其中，高架區間影響如圖14所示。

圖14 高架改造影響示意

高架區間內改造包括既有區間拆除，還建既有區間。需拆除單線橋墩13個，平均墩高約26 m；拆除5孔25 m、5孔30 m單線簡支梁和2聯(29+50+29) m連續梁。然后，還建5孔25 m單線簡支梁、3孔30 m雙線簡支梁、2孔40 m變寬簡支梁和2聯(29+50+36) m雙線連續梁。橋墩布置如圖15所示。

圖15 高架改造平面示意

方案2：高架區間改造正線里程范圍YDK5+397.101～YDK5+523.101，包含30 m變寬簡支梁、36 m變寬簡支梁和30 m雙線(單線)簡支梁，拆除長度126 m。然后，還建一聯(30+30+30+36) m四線變寬連續梁。孔跨布置調整如圖16所示。

圖16 高架改造平面示意(單位：m)

為減少中斷運營時間，該工程方案采用連續梁側位現澆，橫向頂推就位的施工方法。頂推前可在橋上安裝相關設備，頂推完成后迅速恢復運營。

(2)地下區間改造

方案1：原劉家坪站—上新街站區間主要由高架段、礦山法隧道與復合式TBM隧道組成。復合式TBM隧道下穿運用及工程車庫。區間北側為停車場綜合樓、料棚料庫、主變電所、銅鑼山隧道泄水洪洞、長生停車場出入線。

改造方案劉家坪站—終點區間總長1 017.6 m，高架段長469.1 m，礦山法段長452 m，明挖段長96 m。接駁段段采用明挖法施工，局部破除既有管片結構，新建隧道一并澆筑成型。并需局部改造既有泄水洞。其中，地下區間改造方案總平面如圖17所示。

圖17 地下區間改造方案總平面(單位：m)

方案2：本方案不涉及地下區間改造工程。

(3)軌道改造方案

方案1：根據線路及橋梁改造方案，軌道在改造時以盡量減少拆鋪中斷運營時間、減少廢棄工程、滿足后期養護維修要求為原則，將地下區間接軌點、出入線新建單渡線和出入線下跨新建線路段處軌道拆除并重建。主要改造流程如下。

①正線軌道改造

a.拆除改造段軌道結構；

b.正線地下隧道改造施工；

c.隧道改造滿足鋪軌要求后插入道岔。

②出入線軌道改造

a.拆除改造段軌道結構；

b.出入線橋梁改造施工；

c.橋梁改造滿足鋪軌要求后插入道岔并鋪軌。

軌道工程需拆除并新建軌道482 m，增加單渡線2組，增加單開道岔2組。軌道改造范圍如圖18所示。

圖18 改造方案橫斷面

方案2：根據線路及橋梁改造方案，軌道在改造時以盡量減少拆鋪中斷運營時間、減少廢棄工程、滿足后期養護維修要求為原則，在橋梁拆鋪地段采用合成枕式整體道床及道岔道床，在正線豎曲線調高段及出入線緩和曲線調線段進行軌道拆除重建，道岔區鋪設區間無縫線路。主要改造流程如下。

①在既有線旁邊待頂推四線道岔梁上提前現澆合成枕式道岔道床及其前后一般整體道床，完成道床混凝土的養護。

②既有線橋梁拆除斷道后，將正線豎曲線調高段及出入線緩和曲線調線段拆除并重建。

③橋梁頂推到位后，安裝道岔鋼軌件、安裝并順接前后鋼軌，精調道岔及一般軌道至設計線形。

軌道工程需拆除軌道260 m，新建軌道長度212 m，新建交叉渡線2組。軌道改造范圍如圖19所示。

圖19 軌道改造方案

(4)投資估算及工程籌劃

方案1：具有獨立運營條件的支線方案改造部分工程投資為117 827.45萬元。改造工程將導致既有線中斷運營，具體工籌如圖20所示。

注：高架區間改造主要影響長生停車場出入線正常使用7個月，不影響正線正常運營。圖20 劉家坪支線方案中斷既有線運營工籌

改造工程中斷運營的關鍵工期為：劉家坪站—終點明挖區間(9個月)→鋪軌工程(1.5個月)→設備系統安裝及調試(25 d)→聯調聯試(10 d)，總計12個月。綜合考慮具體施工時存在不確定因素，中斷運營時間預計為12～14個月。

方案2：不具有獨立運營條件的支線方案改造部分工程投資為64 180.42萬元。改造工程將導致既有線中斷運營，具體工籌如圖21所示。

注：1.軌道工程自橋梁斷道施工開始，至橋梁頂推精調完畢后5 d結束；2.設備系統工程自高架區間主體工程完工后即可開始，即18 d后。圖21 劉家坪支線方案中斷既有線運營工籌

改造工程中斷運營的關鍵工期為：高架改造(25 d)→關鍵節點鋪軌(5 d)→關鍵節點設備系統安裝及調試(13 d)→聯調聯試(10 d)，總計53 d。綜合考慮具體施工時存在不確定因素，中斷運營時間預計為2～4個月。

綜合以上各方案的對比分析，現將具備獨立運營條件的支線方案和不具備獨立運營條件的支線方案優缺點進行對比分析，具體見表1。

表1 劉家坪站配線方案優缺點比較

通過表1可知，方案1(具備獨立運營條件的支線方案)的配線布置形式可根據茶園組團以及重慶東站的發展需要靈活組織運營交路，具有較高的抗客流波動能力，可滿足茶園組團以及重慶東站的發展需求。但改造規模較大，涉及高架及地下區間，中斷運營時間長達12～14個月，工程投資大。

方案2(不具備獨立運營條件的支線方案)的配線布置形式雖然中斷運營時間較短，只需2～4個月即可完成改造，工程投資也較少，同時也基本能滿足遠期客流出行需求。但運營靈活性相對較弱，主支線服務水平較低，除高峰期外平峰期的非共線段服務水平更低。若提高非共線段的服務水平，共線段將造成運能浪費，增加運營成本。

綜上，考慮到本工程為既有線改造工程，劉家坪站為既有站，對劉家坪改造范圍涉及劉家坪—上新街高架區間，因此，改造期間茶園站—劉家坪站以及長生橋停車場需中斷運營，中斷運營期間每日將有9.8萬人進出中心城區受阻。同時，考慮到茶園片區進入主城區的道路資源有限，選擇中斷運營時間較短的方案可盡快緩解路面交通壓力，因此，本次劉家坪站推薦中斷運營時間較短，運營功能相對較弱但也能滿足運能需求的方案2配線布置形式。

4 結語

隨著我國城市的不斷發展，對交通基礎設施建設提出了更高要求，部分既有軌道交通線路已經不能適應新的發展需求，需結合最新城市規劃進一步完善軌道交通線網。而對于部分大型城市軌道交通線網已基本成型，需對既有線路進行改造才能實現城市發展的需要。結合重慶軌道交通6號線改造案例對既有線改造提出以下幾方面的思考。

(1)既有線改造期間不可避免地面臨部分既有線的中斷運營，在改造方案設計階段需綜合比選各種可實施方案的優缺點，在保證運營功能的情況下，盡可能采用中斷運營時間較短的方案，將中斷運營期客流出行的負面影響降到最低。

(2)在中斷運營期需結合配線設置合理組織軌道交通的運輸組織方案，盡可能減少影響范圍，同時需進一步核算未中斷范圍內場段規模，保證運營段的正常停車列檢功能。

(3)既有線正常運營為軌道交通培育了大量客流，軌道交通中斷運營期需做好中斷運營段落的交通接駁，保證該區段內客流的正常出行。

目前，我國城市軌道交通既有線(站)改造還處于前期研究階段，落地項目較少，但隨著城市發展理念的變化，通過既有線(站)改造迎合城市發展理念將會成為后期城市軌道交通的熱點問題。但既有線(站)改造存在技術難度大，改造風險高的特點，結合運營組織、改造成本、中斷運營時間等因素綜合論述了6號線劉家坪站的改造方案，希望對后續類似工程提供參考。