鄭東車輛段站場若干問題的設計原則及方案優化

李春劍，任 磊，崔天麟

(鄭州市軌道交通有限公司，鄭州 450000)

1 工程簡介

1.1 鄭東車輛段功能定位

鄭東車輛段承擔著鄭州市軌道交通1號線各系統和建、構筑物的維修工作及其他線路各系統小型設備及零部件的修配及加工任務;承擔1號線運營及2條線路車輛廠、架修的設備機具、材料、備品備件等的儲存和發放工作。

1.2 地理位置

鄭東車輛段與綜合基地設于鄭州市1號線一期工程終點，位于賈魯河、魏河以南，七里河以北，京珠高速公路以東，楊橋干渠以西，規劃桑林西路(規劃京港澳高速輔道)貫穿區域南北，占地34.96 hm2。整個區域地形西高東低，南北高中間低。該地區現階段為平原區，區域內基本為農田。車輛段位于馬樓村東北方向，所在處平均高程83.2 m，為區域中相對高處。

2 布置方案

2.1 平面布置原則

結合鄭州市城市軌道交通線網規劃、地鐵車輛檢修運用技術的發展趨勢、軌道交通1號線一期工程運營組織方案、相關地鐵車輛段與綜合基地(場)及各線聯絡條件的規劃情況，綜合確定鄭東車輛段與綜合基地的功能定位和規模，以實現資源共享最大化的目標。并以方便行車組織，提高車輛檢修運用質量和效率為目標，對段、場的分工進行研究，合理確定鄭東車輛段與綜合基地和凱旋路停車場的分工和設計規模。

車輛段與綜合基地的總平面布置設計應符合城市規劃要求，并在滿足功能要求的前提下，盡量緊湊，最大限度利用土地資源。建設應近、遠期相結合，其股道、房屋和機電設備等盡量按近期設計，對于遠期改擴建困難的檢修車庫按遠期規模一次建成考慮;用地范圍按遠期規模并在遠期站場股道和房屋規劃布置的基礎上確定［4-10］。

2.2 平面布置實施方案

根據上述原則，確定的車輛段的平面布置(圖1)。

圖1 鄭東車輛段總平面布置

該方案具有如下優點。

(1)從車輛段與周邊既有及規劃條件結合情況看，最為因地制宜，試車線設在車輛段西側，緊鄰馬樓村，不切割地塊，便于地塊整合利用。

(2)廠前區集中設置且場地開闊，人員辦公環境較好。

(3)充分利用整合了試車線出入段線布置，將對環境有一定影響的污水處理站和有防火要求的雜品庫放置在此，更有效地利用了空地，占地更省，段型更為緊湊［12］。

2.3 站場豎向設計

車輛段豎向設計是對廠區用地范圍的自然地形及車輛各生產、辦公區建、構筑物進行豎向方向的高程設計，合理的豎向設計減少工程投資，提高工作效率。豎向設計作為車輛段總圖設計的一個重要環節，應與總平面布置同時考慮配合進行。鄭州東車輛段地勢平坦，挖方量不大，結合地形情況設計僅需滿足排水需要即可。

室外排水采用分流制，室外排水、生活廢水與生活污水均分流排放。排水重力流管道采用埋地高密度聚乙烯HDPE雙壁波紋管，根據管道直徑采用0.2% ～0.5%的坡排入鄭開大道DN500市政污水系統。

3 車輛段場坪高程的確定

鄭州市軌道交通1號線鄭東車輛段與綜合基地所處區域地勢基本為西高東低，北高南低。屬尚未建成區域，規劃尚未實施。

對于車輛段與綜合基地的防洪標準，依據《地鐵設計規范》［1］(GB10157—2003)第 22.10.3 條“沿海或江河附近地區車輛段與綜合基地的線路路肩設計高程不應小于1/100潮水位、波浪爬高值和安全高之和”和《鐵路路基設計規范》［1］(TB10001—2005)第 3.0.1條“當路肩高程受洪水位或潮水位控制時，應計算其設計水位，設計洪水頻率或重現期應符合下列規定:1、設計洪水頻率標準應采用1/100……”，確定鄭州市軌道交通1號線鄭東車輛段與綜合基地場坪的防洪標準為百年一遇。水文資料顯示百年一遇水位高出現狀約2.8 m，為減少工程浪費，確定合理場坪高程，進行了周邊環境分析及計算。

3.1 車輛段周邊河道情況

車輛段周邊的河道主要有賈魯河、七里河和魏河，相對位置關系如圖2所示。

圖2 車輛段周邊河流情況

其中，賈魯河(京珠高速公路～楊橋干渠段)河道會對鄭東車輛段所在區域澇水有一定影響，該段河道長約5.2 km，流經規劃鄭東車輛段區域北部1.5～2.8 km處;七里河(京珠高速公路～楊橋干渠段)河道會對鄭東車輛段所在區域澇水有一定影響，該段河道長約4 km，流經規劃鄭東車輛段區域南部約3.2 km處;魏河(京珠高速公路～入賈魯河段)河道會對鄭東車輛段所在區域澇水有一定影響，該段河道長約2.2 km，流經規劃鄭東車輛段區域北部約1 km處。

3.2 流域防洪水文計算

依據鄭州市對市區河流所劃分的匯水面積，采用排水模數計算各部分流量，再將每塊匯水面積上的流量進行疊加，最終求得流域整個匯水面積上的流量，見表1。

表1 河道設計流量成果

3.3 區域雨洪水文計算(表2)

鄭東車輛段所處地區現階段為平原區，區域內基本為農田。依照《鄭汴新區總體規劃(2009—2020)》，該區域域內不僅規劃有居住工作用地、工業用地和教育科研用地，還有商業金融業用地。隨著新區規劃的實施，城市化進程的不斷加快，區域產流特征由農業區向市區型雨洪轉變，故認為該地區的雨洪計算應依照市區型，通過對河道洪水過程線的分析，河道50年和100年一遇洪水過程中大于5年一遇除澇流量的時間分別為1.5～2 d。本次計算偏保守考慮，內澇雨洪歷時采用3 d降雨。

表2 區域設計雨洪計算結果

表2中Pa為設計前期影響降雨量;P為24 h設計雨量。

3.4 內澇雨洪風險分析評價

3.4.1 河道洪水對規劃區影響

根據《鄭州新區防洪及水系規劃》，賈魯河、魏河和七里河堤頂高程和100年一遇水位與場坪處現狀地面高程的比較見圖3。

圖3 現狀地面與河道特征高程對照示意

由圖3可見，賈魯河、魏河和七里河的百 年一遇水位均高出場坪處現狀地0.9～1.5 m，堤頂高程(50年一遇洪水位加1 m超高)高出場坪處現狀地面1.5～2.0 m。當河道發生50年或100年一遇洪水時，區域澇水由于河道內洪水的頂托作用，無法自排。該區域規劃無提排泵站，故只有待洪峰消退，河道水位回落后，區域積水方可通過排澇涵閘進入河道。

通過對河道水位與地面關系的分析，可知當河道發生50年或100年一遇洪水時，河道水位高于規劃區地面高程，此時區域內若發生因強降水產生的內澇雨洪將難以自流排出。

3.4.2 內澇雨洪影響

依照模擬新區規劃實施后的下墊面情況和地形地貌，區域內發生強降雨時，遭遇河道同頻率洪水，由于河道洪水位高出項目區地面0.5～1.5 m且河道水位下降緩慢，故認為在強降雨過程中，為了防止倒灌，沿河排澇涵閘處于關閉狀態，絕大部分內澇雨洪無法自排流入河道，評價區積水深度升高，滯蓄在區域內部。隨著河道水位的不斷下降，強降雨雨洪將隨著沿河排澇涵閘的開啟，逐步排入河道，評價區水位也隨之降低。

3.5 內澇水位的確定

通過對可能改變澇水流向的主要地物分析，結合京珠高速公路至鄭開大道互通立交已修建、規劃桑林西路尚未修建建立模型。在此情況下，匯水區域總面積9.44 km2，50年一遇和 100年一遇洪量分別為350.06萬m3和399.03萬m3。鄭開大道自東向西穿過，將該區域劃分為鄭開大道以北和鄭開大道以南兩個部分。對此區域繪制H-V曲線，見圖4。

圖4 H－V曲線

查圖4H-V曲線，50年一遇區域內澇雨洪積水高程為83.50 m，最深處積水深度1.00 m;100年一遇區域內澇雨洪高程為83.52 m，最深處積水深度1.02 m。該區域地鐵1號線車輛段與綜合基地50年和100年一遇內澇雨洪積水水位分別為83.50 m和83.52 m，水深分別為0.30 m 和0.32 m。

3.6 車輛段內內澇雨洪水位確定

通過對項目區內有關河道的防洪標準、水位和流量進行系統的分析，并結合車輛段周邊城市規劃建設，推算出車輛段50年和100年一遇的內澇洪水水位為83.51 m 和 83.52 m［3，8］。參照現行《鐵路路基設計規范》［3］中Ⅰ、Ⅱ 級鐵路設計標準，安全高度采用0.5 m，壅水高加波浪侵襲高或斜水高取0.3 m。結合周邊規劃情況確定最終場坪高程為84.32 m，較100年一遇水位降低約1.6 m。

4 地基處理方案的確定

4.1 工程地質及水文地質概況

鄭州市軌道交通1號線一期工程車輛段及出入段線工程整個場地均為耕地，地形相對平坦，站區所處地貌單元為黃河沖積平原。上部21～23 m為粉土、粉質黏土，天然地基承載力特征值70～120 kPa，地基承載力低、壓縮性高，下覆土層細砂、粉土、粉質黏土等，為較好的樁端持力層。

鄭東車輛段地區地下水類型主要為由砂、砂礫石含水層為主的孔隙水，為富水區，地下水埋藏較淺，屬上部潛水，局部分布承壓水。

地下水對混凝土結構無腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋在干濕交替條件下具有弱腐蝕性，對鋼結構也具弱腐蝕性。

4.2 地基處理方案

根據地質情況并結合房屋的功能、上部結構形式，車輛段房屋地基處理方式主要分為3種:水泥土攪拌樁［6］、CFG 樁、級配砂石換填。

車輛段內運用庫、檢修主廠房、調機庫、物資總庫、材料棚等生產性房屋，多為大跨度排架結構+獨立基礎的結構形式，房屋的整體性和剛度都比較差，且基礎下有軟弱下臥層，故獨立基礎下采用水泥土攪拌樁的地基處理方式。乘務員公寓及食堂浴室為框架結構，公寓為3層結構，食堂浴室為一層，兩者之間未設置沉降縫，為了控制變形，采用條基下+水泥攪拌樁的地基處理方式。

4.3 車輛段碎石道床區地基處理方案優化

根據《鐵路路基設計規范》［3］“高度小于2.5 m 的低路堤。…基床底厚度范圍內天然地基靜力觸探比貫入阻力Ps值:Ⅱ級鐵路不得小于1.2 MPa，否則應進行加固處理。”結合地質資料及規范公式，攪拌樁設計確定采用φ500 mm@1 200 mm，樁長約9 m，樁底持力層為粉砂。按此方案進行水泥攪拌樁試樁單樁承載力(單樁豎向抗壓靜載試驗)和復合地基承載力(單樁復合地基載荷試驗)試驗:試樁單樁豎向抗壓承載力特征值為190 kN;試樁復合地基承載力特征值為213.3 kPa。加固后滿足規范要求。

為準確確定地質參數，選用更為合理的加固方案，進行了平板載荷試驗和動力觸探測試試驗，結果顯示:場地第(1)層素填土厚度與原地質勘察報告基本一致，承載力特征值fak=125.0 kPa;場地第(2)層粉土承載力特征值fak=150 kPa。根據此結果進行了重新優化設計，鄭東車輛段碎石道床區按1.2 m間距布樁改為1.5 m樁距;減少攪拌樁7 000根(約45 000延米)。

5 結語

軌道交通車輛段建設規模大、專業復雜、綜合性強，在滿足基本功能情況下不僅要結合周邊現有設施和規劃做好總平面布置設計，而且要結合周邊河流做好防洪設計，并做好雨污水與市政的接駁設計。因工程規模龐大，場坪高程和地基處理方案均對工程投資有較大影響，鑒于此在確定場坪高程和地基處理方案均應進行專項研究和現場試驗，最大限度地避免工程浪費。鄭東車輛段場坪高程和地基處理方案方面的做法可作為類似工程的參考。

［1］北京城建設計研究總院.GB 50157—2003 地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］鐵道第一勘察設計院.TB10001—2005，J447—2005 鐵路路基設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50490—2009 城市軌道交通技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2005.

［4］王棟.地鐵車輛段場坪高度的研究［J］.鐵道工程學報，2011(12):99-103.

［5］蘭淑桂.地鐵車輛段站場設計有關問題的解決方法［J］.鐵道工程學報，2010(6):119-122.

［6］鄭州市水利建筑勘測設計院.鄭州市軌道交通1號線鄭東車輛段與綜合基地內澇雨洪水位分析報告［R］.鄭州:鄭州市水利建筑勘測設計院，2010.

［7］尹華高.水泥深層攪拌樁在軟基處理中的應用［J］.鐵道標準設計，2006(6):20-21.

［8］李桂桂，馮太群.地鐵車輛段站場設計相關問題研究［J］.鐵道標準設計，2012(3):102-104.

［9］顧曉東.地鐵車輛段站場雨水計算公式分析［J］.鐵道標準設計，2009(3):114-117.

［10］負虎.城市軌道交通車輛選型及車輛段設計中值得注意的幾個問題［J］.鐵道標準設計，2004(1):93-94.

［11］彭義，趙金峰.淺談城市地鐵車輛段總平面布置［J］.鐵道標準設計，2001(3):50-51.

［12］趙金峰.淺談城市地鐵車輛段段址的選擇［J］.鐵道標準設計，2000(3):42-44.

［13］張雄.論地鐵車輛段總平面設計特點及其優化［J］.鐵道工程學報，1999(11):14-16.