城市軌道交通項目中線路縱斷面節能坡設計的取舍與思考

摘要 在當前國家大力推行節能減排的大背景下，城市軌道交通項目的線路縱斷面設計盡可能設置節能坡顯得尤為重要，但項目沿線地質、水文、構建筑物、區間最低點位置、車站及中間風井埋深等因素都會影響節能坡的取舍。該文以廣州地鐵八號線東延及北延工程中的較典型案例，通過綜合比選法，分析以上因素對節能坡設置取舍的影響。研究結果表明：在確保工程實施風險可控、造價變化幅度合理的前提下，條件允許時均應盡可能設置節能坡，從長期的運營能耗收益看，地鐵作為綠色交通、百年工程，利遠遠大于弊。

關鍵詞 城市軌道交通；線路；縱斷面設計；節能坡取舍

中圖分類號 U239.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0185-03

0 引言

2021年9月22日，中共中央、國務院印發了《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，明確提出了“2030年碳達峰，2060年碳中和”的目標和行動方案[1]。城市軌道交通作為綠色交通工具的重要組成部分，承擔著推動城市綠色轉型升級的重任，在交通領域綠色低碳發展中起到示范引領作用。

在《地鐵設計規范》（GB 50157－2013）6.3.2中也規定：“（地鐵）車站宜布置在縱斷面的凸形部位上，可根據具體條件，按節能坡理念，設計合理的進出站坡度和坡段長度”[2]。在當下國家越發重視節能減排的大背景下，線路縱斷面設計盡可能地設置節能坡顯得尤為重要。

但在實際工程中的地質、水文、構建筑物、區間最低點位置、車站及中間風井埋深等因素都會影響節能坡的取舍，該文結合廣州地鐵第三期建設規劃調整中的八號線東延及北延工程的兩處較典型的案例作相關分析。

1 背景介紹

廣州地鐵八號線東延及北延為國家批復的廣州地鐵第三期建設規劃調整項目中的其中兩條線，且均為已運營地鐵八號線的延伸線，采用6輛編組A型車，最高設計時速為80 km/h。該文選取的案例為八號線東延中的長新—新洲段及八號線北延中的滘心—鳳翔路段的縱斷面設計。

2 節能坡設置原則

線路縱斷面坡度的大小和方向，對列車的牽引電能消耗有重大影響，一個合理的線路縱斷面，應該滿足列車啟動時加速快，斷電惰行時車速下降緩慢，并以較高的速度惰行到前方車站，在進站制動時停車快的要求。適應這種運行特點的線路縱斷面呈凸形，即車站高，區間低，稱為節能縱斷面，其列車運營節能效果較好。

3 案例分析

3.1 案例一：八號線東延長洲—新洲段縱斷面比選

該段區間中，沿線地質主要為巖層，地質條件較好；線路需下穿珠江，縱向需滿足珠江的百年沖刷要求；該段區間較長，需設置中間風井1座，且由于需下穿山體，風井總體埋深較大。為綜合線路縱坡能耗、風井埋深、最低點與珠江關系等，提出以下三個縱斷面方案比選。

方案一：采用7‰+9.868‰+5‰+28‰的坡度，區間最低點設置在江中，風井軌面埋深40 m。

方案二：采用7‰+20.961‰+5‰+28‰的坡度，區間最低點設置在岸上，風井軌面埋深40 m。

方案三：采用6.339‰+5‰+28‰的坡度，區間最低點設置在岸上，風井軌面埋深52 m。

方案比選示意圖及綜合比選表詳見圖1和表1。

該案例中，線路縱向控制條件主要有地質條件、珠江百年沖刷要求、區間最低點位置、中間風井埋深等。其中沿線地質條件均較好，縱斷面比選可基本不考慮地質；珠江百年沖刷要求為硬性要求，為減少新洲站埋深按與百年沖刷底最小豎向凈距即可；最低點位于珠江底下實施風險極大，結構專業不能接受。因此剩下比選重點為中間風井埋深與運營能耗的關系，最后比選結果為風井最大軌面差為12 m，通過結構專業優化，風井均采用2層建筑+風道的形式，使得風井埋深影響變小，風井規模及造價均在可接受范圍內，因此從長期運營減少能耗來考慮，采用了風井埋深最大，運營能耗最小的方案[3]。

3.2 案例二：八號線北延滘心—鳳翔路段縱斷面比選

該段區間需下穿流溪河及武廣高鐵，其中滘心站為已運營車站，軌面標高已確定，出站后采用28‰下坡剛好滿足下穿流溪河的百年沖刷要求。該段溶洞發育，線路埋深越大溶洞見洞率越高，同時下穿武廣高鐵處對其樁基影響越大。為綜合工程實施條件、運營能耗等優劣，提出以下三個縱斷面方案比選。

方案一：采用28‰+5‰+8.123‰的坡度，隧道位于高鐵橋樁底以下。

方案二：采用28‰+5‰+15.223‰+4‰的坡度，隧道剛好位于高鐵橋樁底部。

方案三：采用28‰+5‰+21.666‰+15‰的坡度，隧道位于高鐵橋樁的腰部偏上。

方案比選示意圖及綜合比選表詳見圖2和表2。

該案例中，線路縱向控制條件主要有已實施的滘心站軌面標高、地質條件、流溪河百年沖刷要求、區間最低點位置、武廣高鐵樁底標高等。其中滘心站軌面標高僅作為設計輸入條件，無需參與比選；區間最低點位置均在流溪河范圍以外，非重點考慮因素；武廣高鐵為國家重點鐵路，對沉降要求極嚴；沿線為溶洞發育區，線路埋深越大溶洞見洞率越高，施工風險越大。因此剩下比選重點為高鐵、溶洞與運營能耗的關系，最后比選結果為運營能耗最優方案地鐵隧道與溶洞的豎向凈距僅0.8 m，且隧道位于高鐵橋樁底以下，對高鐵影響極大，沉降不可控。故本案例從工程風險和實施條件考慮，推薦了運營能耗最大的方案[4]。

4 結語

通過以上兩個案例可知，現實中工程條件往往錯綜復雜，需要考慮的因素很多，地質、水文、構建筑物、區間最低點位置、車站及中間風井埋深等等，其中又有主要控制條件和次要控制條件，實際設計中可通過分析適當舍棄簡化次要控制條件，重點比選主要控制條件，可起到事半功倍的效果。

在當前國家大力推行節能減排的大背景下，線路縱斷面設計盡可能考慮節能坡也是很重要的，但工程要最終落地，其中的工程風險和實施條件又是重要的前置條件。因此，在工程設計的方案比選中，在確保工程實施風險可控、造價變化幅度合理的前提下，有條件時均積極響應國家節能減排政策，盡可能設置節能坡。從長期的運營能耗收益看，地鐵作為綠色交通、百年工程，利遠遠大于弊。

參考文獻

[1]中華人民共和國中央人民政府.中共中央、國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見[EB/OL].2021-10-24.

[2]地鐵設計規范：GB50157—2013[S].北京：中國建筑工業出版社， 2013.

[3]廣州市城市軌道交通8號線東延工程（萬勝圍～蓮花）可行性研究報告[R].廣州：廣州地鐵設計研究院股份有限公司， 2023.

[4]廣州市城市軌道交通8號線北延段工程（滘心～廣州北站）可行性研究報告[R].廣州：廣州地鐵設計研究院股份有限公司， 2023.