山地城市軌道交通的選線難點與應對方法

王 亮

(北京城建設計發展集團股份有限公司 北京100037)

城市軌道交通作為一種運量大、速度快的公共交通工具，是引導城市發展、解決大城市交通擁堵的重要交通方式。近年來，國內大部分大城市開始進行軌道交通的規劃和建設，解決交通問題并促進經濟發展。重慶、青島等山地城市受到地勢起伏大、山川河流分割、道路網不規則等條件的制約，其軌道交通選線與平原城市有很大區別，筆者以重慶為例，分析山地城市軌道交通選線的難點，并提出應對方法。

1 重慶城市特點概述

1.1 城市空間布局

重慶是我國重要的中心城市之一，是國家歷史文化名城和重要的現代制造業基地，是長江上游地區的經濟中心、西南地區的綜合交通樞紐。

重慶的自然本底，或者說自然限制的兩大因素是江和山。重慶市主城區位于東部明月山和西部縉云山之間，被銅鑼山和中梁山隔斷，形成了南北方向的三大塊地域，形成的三塊地域又被長江、嘉陵江切割，形成“一城五片”的城市結構，如圖1所示。

圖1 重慶“一城五片”的城市結構

鑒于重慶城市的自然特點，多中心組團式思想已經成為重慶城市發展的準繩。《重慶市城鄉總體規劃(2007—2020)》確定，城市空間結構為“一城五片、多中心組團式”。經過城市及其規劃的發展與演變，目前重慶的組團數量也由原來的16個拓展至21個，如圖2所示。

1.2 軌道交通線網規劃情況

重慶市遠景規劃線網由18條線路組成“環+放射線”形狀，總規模約820 km［1］，其中主城區約780 km，中心城區約485 km［2］。

圖2 重慶“多中心組團式”發展的城市結構

目前，開通運營的線路包括1、2、3、6號線、6號線支線，其中2、3號線為跨坐式單軌交通系統，其余線路為傳統鋼輪鋼軌交通系統。

重慶軌道交通第二輪建設規劃(2012—2020年)的建設項目包括4號線一期(昆侖大道—唐家沱)、5號線一期(園博園—跳蹬)、6號線支線(禮嘉—沙河壩)、9號線(站西路—花石溝)、10號線(蘭花路—王家莊)、環線(重慶西站—重慶北站—上新街—重慶西站)等6條軌道交通線路，如圖3所示。

2 山地城市軌道交通選線難點

2.1 建設用地緊張

山地城市用地分散，大多沿河流、鐵路等交通干線或地形交錯帶呈“邊緣優勢”分布，孤立的山地相對分布少，在廣大山區尚未形成完善的城市體系。山地城市的地形一般較為狹窄，有限的臺地、平壩集中了大量的城市建筑，因此組團式發展特點非常明顯［3］。

以重慶為例，目前規劃中的組團數量有21個，其中以渝中組團為代表的老城區發展時間長，成熟度高，開發強度大，地上、地下建(構)筑物和管線等密度極大，線路通過非常困難。而組團之間則受到地形地勢的影響，開發密度相對較低，線路通過相對容易。

圖3 重慶軌道交通第二輪建設規劃

2.2 道路狹窄且不規則

在重慶城市發展過程中，受到自然條件的制約，其城市道路網往往采用“隨坡就彎”的原則進行設計和建設;同時由于可建設用地少，道路寬度往往比較狹窄，幾乎不具備地上敷設高架線路的條件，同時可供占路施工的條件也很差。以上特點在老城區表現得尤為嚴重，圖4是重慶市渝中半島的道路網，可見其非常不規則，無法像平原城市選線一樣沿城市干道敷設線路。而在新規劃和開發的城區，此情況則得到了一定的改善。

圖4 渝中半島狹窄而曲折的道路網

2.3 地勢制約明顯

山地城市軌道交通選線受地勢制約主要表現在兩方面:一是地面高低懸殊，二是地勢變化急劇、起伏大。

地面高低懸殊主要對線路整體走向有一定影響，以重慶10號線為例，自低點上灣路站至其最高的江北機場區域，線路長度約為8.83 km，地面高低變化達到165 m，而線路一路爬坡，軌頂標高變化也達到了155 m。另外，由于山地城市地勢高差大的特點，其城市道路在設計和建設中坡度也很大，40‰及以上的縱坡使用非常普遍，而對于常規軌道交通來講，爬坡能力在35‰以下［4］，無法完全適應道路坡度的變化，再加上設站需要緩坡、連續提升高度等限制條件，山地城市選線時縱斷面設計難度很大。受地勢高差大的影響，山地城市軌道交通的車站經常出現埋深極大的情況，如重慶既有1號線的馬家巖站軌頂埋深75.75 m［5-6］，規劃10號線的紅土地站，軌頂埋深82.5 m［7］等等。車站埋深大，帶來了工程造價高、設備使用多、乘客服務水平低、安全疏散困難等一系列問題。

地勢變化急劇、起伏大的制約主要體現在對線路局部工程方案的影響上。由于地勢變化急劇且起伏大，重慶在城市發展過程中存在大量的挖方和填方工程，以滿足建設用地需要，故在線路沿線存在大量的天然沖溝及回填沖溝。在天然沖溝地段，容易出現軌道線路露出地面的現象;而在覆蓋區域大的深填方區，線路在不得不進行穿越時，工程方案無論采取明挖還是暗挖都非常困難，存在安全隱患。

沖溝高回填區是在重慶山地城市選線中很容易遇到的一種較難處理的情況。山地城市在發展過程中，為獲得更多發展空間，在建設進程中經常將大量沖溝填平以獲得更多平地。由于回填土的質量以及沖溝作為天然排水通道的富水性，導致軌道交通隧道通過時施工難度極大。以重慶10號線三亞灣—上灣路區間為例，如圖5所示，填方區域大而深，采用明挖方案，需打樁長度最大約55 m;采用暗挖方案，線路即使使用44‰的坡度也仍然需要在填方區域通過［7］。這種情況的工程建設風險較大，施工時的安全保障和施工后的沉降控制都是需要重點關注的要素。

圖5 線路穿越深填方區時的縱斷面方案比較

2.4 控制性建(構)筑物眾多

山地城市的自然特點決定了線路沿線控制性的建(構)筑物種類和數量眾多，主要包括橋梁、隧道、大型邊坡、樁基礎、管涵5種。橋梁、隧道主要是在城市發展過程中，由于受到地勢控制，城市道路、鐵路等不得不依據地勢而采用了橋梁、隧道的通過方式。橋梁包括了跨越河流的橋梁、立交橋梁、局部旱橋等形式;大型邊坡是為了獲得新的建設用地，不得不對原有山嶺、高地等進行大面積削方;基礎樁主要出現在填方區，在大型填方區域進行建設時需要采用樁基礎，以保證建(構)筑物的穩定性;管涵則主要是出于排水需要，在進行地形改造時留下的供水體通過的構筑物。此外，還有電纜、天然氣等其他種類的管線。

上述的橋、隧、坡、樁、涵是山地城市選線時需要重點關注的控制性要素。而對于線路下穿常規建(構)筑物，如高層樓房、居民區等，由于山地城市天然基礎較好，并且線路埋深較大，所以只要其不位于深填方區，反而比平原城市選線時下穿建筑要容易許多。

3 山地城市軌道交通選線應對策略

3.1 軌道交通建設時機的選擇

針對山地城市建設用地緊張、高強度開發后往往道路網狹窄且不規則的特點，筆者認為:在山地城市進行軌道交通規劃和建設時，可以適度考慮采用TOD(transit-oriented development，公共交通導向開發)發展模式，希望通過公共交通來引導土地利用和城市開發。此種發展模式提倡以軌道交通車站為中心，以適宜的步行或常規公交距離為半徑，在這個范圍內混合使用土地。TOD模式有利于對土地進行高強度綜合開發利用，可以實現對城市土地的集約化利用［2］。

TOD發展模式在山地城市具有很大的優點，但仍應注意建設時機的選擇。建設時機過晚，無法達到TOD的目的和效果;建設時機過早，則容易造成軌道交通相當程度上的閑置和浪費，形成經營方面的負擔。故應適度采用，科學決策，選擇最佳時機進行軌道交通的建設。

3.2 平面選線應對方法

3.2.1 不苛求沿道路敷設，適當加大區間埋深

針對重慶道路狹窄且不規則的特點，軌道交通平面選線應突破平原城市選線盡量沿城市主干道敷設的原則，不必苛求。山地城市在選線過程中，可以充分利用地勢高低變化的特點，加大線路埋深，在道路分隔所成的地塊下方通過。由于埋深較大，所以一般區間可以不受城市道路方向控制。

3.2.2 以車站位置確定線路走向

山地城市建設用地緊張、組團式發展特點顯著，車站位置的選擇首先要服從城市發展特點的需要。在具體設計中，首先應該確定各組團的大型客流集散點，然后因地制宜地選取滿足車站布設的位置，較為靈活地布置車站的出入口、風亭等附屬建筑［8］。在車站位置大致確定后，對各車站用區間進行連接并對車站進行適當調整［9］。此過程需要線路專業與建筑等專業緊密配合，最終選出合理的站位和線路方案。

3.2.3 避免單邊客流

山地城市選線應注意盡量避免線路尤其是車站設置于山嶺的坡腳位置和鄰近陡坡的位置，山腳和鄰近陡坡處客流具有明顯的單邊特征，軌道交通利用效率不高。在城市發展呈帶狀分布的情況之下，應將車站盡量布設于城市發展帶狀的中心區［8］，充分發揮軌道交通的作用與效益。

3.2.4 對控制性要素首選平面繞避

本原則與平原城市選線原則基本一致，對橋、隧、坡、樁、涵等控制性要素盡量考慮平面繞避。但橋、隧、涵的分布并非點狀分布，填方區的分布也涉及很大區域，平面上往往無法完全繞避，在此種情況之下，需要預先判斷縱斷面處理的難點所在，選擇縱向通過空間最為經濟合理的平面位置敷設線路。

3.3 縱斷面選線的應對方法

3.3.1 節能坡設置與區間泵站數量

平原城市選線縱斷面設計時，往往將車站設置于凸形部位，達到“進站減速、出站加速”的節能坡效果。山地城市由于地勢高差大、變化快，則不苛求節能坡設置，應該首先考慮適應地勢地形變化，在條件良好時才適當考慮設置節能坡。同時，根據重慶地鐵運營的經驗，由于區間與車站高差大，區間泵站往往受到各種因素的影響而排水效果不理想。所以，應盡量減少區間泵站的數量。可以通過在兩站之間的區間采用單向坡或人字坡等方式實現。

3.3.2 最大坡度與長大坡段問題

《城市軌道交通工程項目建設標準》中提出，對于常規鋼輪鋼軌系統車輛，當正線線路坡度大于30‰或連續提升高度大于16 m時，要根據列車動力配置、線路具體條件和環境條件，均應對列車各種運行狀態下的安全性和運行速度進行全面分析評價［10］。此條標準對山地城市選線，在一定程度上形成了較大制約。

在重慶軌道交通建設中，由于地勢高差大，多條線路都突破了此限制，如1號線線路穿越中梁山隧道段時采用27‰坡度，持續上坡2 750 m，爬升高度74.25 m;10號線在采用新研制的As車的前提下，線路最困難處采用了44‰的坡度，連續提升29.04 m。1號線目前已經投入使用，經過實際運營的檢驗，基本不存在安全問題。在第二輪建設規劃中，重慶正在研發山地城市As車，積極推進地方規范的編制和使用，這將有利于解決最大坡度和長大坡段的問題。

3.3.3 車站埋深問題

車站埋深問題，大原則是盡量將站位選擇在溝谷區域以減小車站埋深。在線路縱斷面設計過程中，結合天然地貌特征盡量使車站位于溝谷地區，利用區間隧道通過兩側地勢較高的山嶺。這既可以照顧到車站周邊的客流需求，又有效減小了車站的埋深，可以在很大程度上解決車站埋深過大帶來的一系列問題。

3.3.4 天然沖溝和回填沖溝

兩山間較低地區往往為天然沖溝，天然沖溝在雨季時承擔山區泄洪通道的作用。由于有車輛爬坡能力及車站埋深要求的限制，選線時往往形成線路在兩側山嶺地區埋深較深，而到天然沖溝地段露出地面的現象。在線路縱斷面設計中，可通過設置涵洞代替天然沖溝、降低線路埋深或采用橋梁形式通過等方法，減少其對線路設計的影響。

對于回填沖溝，在平面無法繞避的情況下，應在詳細地質資料指導下，首先考慮盡可能降低隧道標高，下穿回填沖溝的設計方法;其次，當無法下穿回填沖溝時，應盡量考慮將隧道底標高放置在原狀巖石上，有利于控制工后沉降;再次，線路區間不得不在填方區中部穿越時，可以考慮長樁基礎明挖、注漿固結暗挖或者打鋼管樁暗挖等施工方法，綜合考慮地層加固、超前支護、基礎處理等加強措施，從而保證施工安全及控制地層、結構沉降。在最不利的第三種情況下，當采用暗挖法施工時，線路也應當盡量加大埋深，減小線路下方填方區的深度，以減少地基處理的工程量和工程難度。此外，具體的施工方案還應考慮地下填方區內富含的地下水的流動問題，盡量保留其排水通道的功能。

3.4 研制適合山地城市的車輛

重慶作為典型的山地城市，坡陡、彎急、高差變化劇烈的特點非常明顯，軌道交通車輛制式應該最大可能滿足平面轉彎能力強、縱向爬坡能力大的特點。已經開通的重慶2、3號線使用支撐和走行均為膠輪的單軌跨坐系統，很好地體現了以上所述優點。目前，重慶正在研發山地城市As型車輛，通過對現有A型車、B型車進行性能優化與改進，改變動車拖車比例等途徑，使該車型預計最小平面轉彎半徑可降至250 m，爬坡能力最大可達50‰。此外，列車在適應重慶山城特點，具備轉彎半徑小、爬坡能力強特點的同時，還能提高乘坐舒適度，在一定程度上提升運量。

3.5 制定適合山地城市的地鐵規范

我國內地現有的地鐵設計規范是在前蘇聯地鐵規范的基礎上，總結吸收了北京、上海、廣州等平原城市軌道交通建設與運營經驗后形成的。重慶是全國典型的山地城市，城市特點明顯有別于多數平原城市，在規范應用時應充分考慮其特殊性［11］。目前，北京、上海等城市都單獨制定了地方性的地鐵設計規范。考慮重慶城市特點，結合軌道交通第二輪建設規劃，和山地城市As型車的開發，重慶也初步編制完成了《重慶市地鐵設計規范》，計劃作為重慶第二輪建設規劃的指導文件，這對于山地城市的選線具有相當重要的意義。

4 結語

筆者根據從事重慶軌道交通選線工作的經驗，結合重慶既有軌道交通線路的設計、建設與運營經驗，對山地城市軌道交通線路設計的難點進行了歸納總結，提出了在山地城市線路設計中應重點考慮的控制因素，并給出了應對方法，同時也對重慶軌道交通建設的最新動態和發展方向進行了簡要論述，希望能夠為山地城市線路設計工作提供一定的借鑒和參考。

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