城市中心區(qū)地鐵聯(lián)絡(luò)線規(guī)劃設(shè)計方案優(yōu)化研究
——以廣州地鐵11、13號線天河公園換乘站聯(lián)絡(luò)線為例

馬斌軍

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

1 概述

地鐵以其安全、準(zhǔn)時、舒適、方便、快捷、環(huán)保、運(yùn)量大、人均耗能少等優(yōu)勢被各大城市作為提高城市公共交通的服務(wù)能力、緩解交通壓力、引導(dǎo)城市發(fā)展的主要方式[1]。城市中心區(qū)作為城市功能和社會基礎(chǔ)設(shè)施最為集中的地區(qū)，道路條件受限，沿線建構(gòu)筑物多，土地資源稀缺，兼顧工程設(shè)計施工條件，導(dǎo)致地鐵線站位方案發(fā)揮空間不大，特別是設(shè)計有配線和聯(lián)絡(luò)線并夾雜有部分線路正在施工的非常復(fù)雜的換乘站。鑒于此，在保證線路技術(shù)條件和車站功能、滿足運(yùn)營管理要求及兼顧施工條件及要求等的基礎(chǔ)上，對城市中心區(qū)聯(lián)絡(luò)線的規(guī)劃和設(shè)計提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

總體上講，國內(nèi)外關(guān)于聯(lián)絡(luò)線的設(shè)置研究很多，但主要集中于聯(lián)絡(luò)線施工方案方面的研究，包括施工力學(xué)分析和施工管理，如地鐵聯(lián)絡(luò)線開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形及監(jiān)測方法[2]和聯(lián)絡(luò)線施工噪聲[3]和揚(yáng)塵[4]分析。對聯(lián)絡(luò)線規(guī)劃設(shè)計的研究僅僅局限于線網(wǎng)規(guī)劃的選擇層面[5-8]，聯(lián)絡(luò)線的詳細(xì)設(shè)計不太受重視。以廣州11/13號線天河公園站的聯(lián)絡(luò)線為例進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 天河公園站位及聯(lián)絡(luò)線線位概況

2.1 天河公園站位概況(圖1、圖2)

天河公園站位于黃埔大道與天府路交匯十字路口東北側(cè)的天河公園內(nèi)，為13號線、11號線、21號線的三線換乘站。其中11號線與21號線雙島四線的方式平行換乘，兩站沿南北方向設(shè)置在天府路東側(cè)，13號線車站與上述車站的L形節(jié)點(diǎn)換乘[9]。

站位南側(cè)為員村新村和廣州第四十四中學(xué)，站位西側(cè)為天河區(qū)人民政府，站位北側(cè)和東側(cè)均為天河公園。黃埔大道道路紅線寬度為60 m，天府路道路紅線寬度為26 m，目前已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)規(guī)劃，現(xiàn)狀交通較為繁忙。車站周邊規(guī)劃主要為綠地、住宅、商業(yè)等[10]。

圖1 天河公園站址規(guī)劃條件

圖2 天河公園站址現(xiàn)狀條件

11/13號線聯(lián)絡(luò)線位于天河公園站東北象限并下穿公園景觀湖，11/21號線的渡線設(shè)置于站北且11/21號線天河公園站及車站北側(cè)區(qū)間正在施工，13號線天河公園站后存車線設(shè)置于站東北側(cè)并大部分位于公園湖面范圍，且天河公園站土建部分已開始施工。

2.2 聯(lián)絡(luò)線線位合理性論證

聯(lián)絡(luò)線線位再論證是指對線網(wǎng)規(guī)劃[11-13]中聯(lián)絡(luò)線線位選擇的合理性進(jìn)行論證。對于本工程，聯(lián)絡(luò)線可選擇的共有4個方案，包括：車站的東北象限方案、西北象限方案、西南象限方案和東南象限方案。

方案1：車站的東北象限方案，該方案下穿天河公園景觀湖及其游樂設(shè)施，聯(lián)絡(luò)線設(shè)置拆遷量小，成本低，且行車組織運(yùn)行順暢，但下穿景觀湖，對景觀有些影響。

方案2：車站的西北象限方案，該地塊規(guī)劃為住宅，現(xiàn)狀基本實(shí)現(xiàn)規(guī)劃，設(shè)置聯(lián)絡(luò)線拆遷量大，施工等對居民生活影響較大，且需天河區(qū)政府改遷，聯(lián)絡(luò)線規(guī)模(長度)較大，成本高，行車組織不順，對天河公園影響較小。

方案3：車站的西南象限方案，該地塊規(guī)劃為住宅，現(xiàn)狀基本實(shí)現(xiàn)規(guī)劃，設(shè)置聯(lián)絡(luò)線拆遷量大，施工等對居民生活影響較大，成本高，行車組織不順。

方案4：車站的東南象限方案，該地塊規(guī)劃為公園和住宅，現(xiàn)狀基本實(shí)現(xiàn)規(guī)劃，聯(lián)絡(luò)線規(guī)模(長度)大，拆遷量較大，成本高，并對天河公園有一定的影響，行車組織不順。

經(jīng)過上述分析，從工程可實(shí)施性和行車組織角度，原規(guī)劃天河公園站聯(lián)絡(luò)線設(shè)于車站的東北象限是合理的。

3 天河公園聯(lián)絡(luò)線優(yōu)化設(shè)計研究

3.1 招標(biāo)方案及存在問題

招標(biāo)方案[14]平面曲線半徑為180 m，緩和曲線長25 m，全長656.886 m，縱斷面坡度34.019‰。一端岔心位于11號線里程為YCK6+728的右線處(以下稱“岔心1”)，該岔心距其北端豎曲線接入點(diǎn)25 m左右，距南端夾直線端頭95.4 m。另一端岔心位于13號線左線夾直線上(以下稱“岔心2”)，距其北端存車線岔心距離36 m左右，距其南端曲線端頭28.8 m。兩道岔均采用9號道岔。見圖3。

圖3 聯(lián)絡(luò)線設(shè)置控制因素(底圖來源：BIGMAP)

聯(lián)絡(luò)線施工工法主要有明挖法、礦山法和盾構(gòu)法。由于該方案曲線半徑較小，只能選擇采用明挖法或礦山法施工。如圖3所示，該方案下穿天河公園綠色植被及景觀湖，若采用明挖施工，破壞植被、污染景觀湖，對環(huán)境影響較大，若采用礦山法施工，穿湖段存在涌水涌砂風(fēng)險，工程實(shí)施性較差。

鑒于此，優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線存在兩個思路：(1)采用大半徑曲線使之適應(yīng)盾構(gòu)法施工條件；(2)采用小半徑曲線使聯(lián)絡(luò)線遠(yuǎn)離上方景觀湖，使之降低礦山法涌水涌砂施工風(fēng)險。

3.2 聯(lián)絡(luò)線優(yōu)化條件分析

3.2.111/21、13號線及11/13號線聯(lián)絡(luò)線設(shè)計施工現(xiàn)狀

(1) 11/21號線設(shè)計及施工現(xiàn)狀

11/21號線天河公園站及車站北側(cè)區(qū)間正在施工，聯(lián)絡(luò)線接岔部分前后設(shè)置了曲線半徑為350 m和650 m的S形曲線，夾直線(AC)里程為“YDK6+632.569-YDK6+816.609”，長184.04 m，坡度為5‰。在該夾直線段北端，右線存在里程為“YDK6+753.006-YDK6+876.999”的豎曲線，豎曲線長123.993 m[14]。

(2)13號線設(shè)計及施工現(xiàn)狀

13號線天河公園站土建部分已開始施工，“天河公園-棠下”區(qū)間受兩個高層及過街天橋橋樁的影響，在聯(lián)絡(luò)線接岔部分前后設(shè)置了曲線半徑為550 m和800 m的S形曲線繞避，夾直線(DF)長113 m，坡度為2‰[14]。

(3)主要控制因素

在上述工程條件下，本工程的主要控制因素為：聯(lián)絡(luò)線在11、13號線上的岔心位置受控于11、13號線的平面S形曲線，11號線縱斷面的豎曲線，11、21號線天河公園站配線(單渡線)及13號線天河公園站配線(雙存車線)。

①11號線平面S形曲線及豎曲線

11號線天河公園站及車站北側(cè)區(qū)間正在施工，即其平面曲線和豎曲線無法在改。

②13號線平面S形曲線

13號線天河公園站土建工程正在施工，且天河公園東北側(cè)區(qū)間受人行天橋及高層道的制約，該處線站位也無優(yōu)化條件。

③11/21號線及13號線天河公園站配線

11/21號線及13號線天河公園站配線如圖4所示，其中11/21號線之間設(shè)置單渡線實(shí)現(xiàn)車輛資源及大架修基地共享，13號線設(shè)置存車線實(shí)現(xiàn)線路的折返、故障停車及臨時加車等功能。

圖4 11/21及13號線天河公園站配線示意

3.2.2 優(yōu)化限制條件

(1)實(shí)際限制條件

考慮到道岔的技術(shù)要求及施工要求，原方案的“岔心1”位置最多可再向北端移動3 m，向南移動73.4 m，“岔心2”位置最多可再向北端移動0 m，向南移動6.8 m。

(2)規(guī)范限制條件

聯(lián)絡(luò)線最小曲線半徑為R=150 m[15]。

3.3 聯(lián)絡(luò)線設(shè)計方案優(yōu)化

3.3.1 方案比選

經(jīng)研究，聯(lián)絡(luò)線最大半徑可調(diào)至200 m，即150～200 m半徑范圍均可行，且半徑越大，工程規(guī)模(線路長度)、運(yùn)營條件越好。如圖5所示，曲線半徑最小(即R=150 m)的聯(lián)絡(luò)線仍未遠(yuǎn)離景觀湖，還存在涌水涌砂風(fēng)險，并且其總長為667.991 m，大于原聯(lián)絡(luò)線方案的656.886 m。然而曲線半徑為R=200 m的聯(lián)絡(luò)線總長為606.625 m，比原方案的聯(lián)絡(luò)線656.886 m短50.261 m，且由于廣州地鐵5號線楊箕站～動物園站區(qū)間正線隧道R=200 m，采用盾構(gòu)法施工，且順利完成，因此該方案具有盾構(gòu)法施工的適應(yīng)性。因此，推薦采用R=200 m的聯(lián)絡(luò)線方案。

圖5 半徑R=150 m、160 m、170 m、180 m、200 m的聯(lián)絡(luò)線方案平面示意

原聯(lián)絡(luò)線方案(R-180 m)縱斷面見圖6，R-200 m聯(lián)絡(luò)線方案縱斷面見圖7。天河公園聯(lián)絡(luò)線方案比選及結(jié)論見表1。

圖6 原聯(lián)絡(luò)線方案(R-180 m)縱斷面

圖7 R-200 m聯(lián)絡(luò)線方案縱斷面

表1 天河公園聯(lián)絡(luò)線方案比選

3.3.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

推薦方案聯(lián)絡(luò)線曲線半徑R=200 m，對盾構(gòu)法施工具有較好的適應(yīng)性，不僅降低了施工風(fēng)險，縮短了工期，減小了對環(huán)境的影響，而且縮短了聯(lián)絡(luò)線的長度，優(yōu)化了運(yùn)營條件，有利于節(jié)能及減小輪軌磨耗。

4 結(jié)語

通過對廣州地鐵11、13號線天河公園換乘站聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行設(shè)計方案優(yōu)化研究，認(rèn)為在城市中心區(qū)地鐵聯(lián)絡(luò)線規(guī)劃設(shè)計應(yīng)符合“規(guī)劃-設(shè)計”的程序，為確保工程方案的經(jīng)濟(jì)、合理，每個階段應(yīng)重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容。

(1)規(guī)劃階段

①拆遷條件：房屋拆遷的數(shù)量、質(zhì)量、使用性質(zhì)、拆遷難易、拆遷費(fèi)用等的比較，地下管線的拆遷難度及費(fèi)用比較；施工時改移道路及綠化拆遷等方面的比較。

②行車組織：分析行車組織的要求及配線設(shè)置情況。

③對周圍環(huán)境影響：聯(lián)絡(luò)線設(shè)計方案應(yīng)盡可能減少對城市環(huán)境的影響，并減少施工時對周圍居民生活的影響。

(2)設(shè)計階段

①對周圍環(huán)境影響：聯(lián)絡(luò)線設(shè)計方案應(yīng)盡可能減少對城市環(huán)境的影響。

②線路(正線)條件：分析車站聯(lián)絡(luò)線設(shè)置象限內(nèi)正線平面(平面曲線)、縱斷面(豎曲線)及車站位置等技術(shù)條件。

③運(yùn)營管理?xiàng)l件：分析車站聯(lián)絡(luò)線設(shè)置象限內(nèi)是否鄰接渡線、存車線等限制聯(lián)絡(luò)線設(shè)計的配線因素。

④施工工法：分析工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料、聯(lián)絡(luò)線規(guī)模大小及各種工法的施工風(fēng)險，確定最合理的施工工法。

⑤工程規(guī)模：分析在特定的邊界條件下各曲線半徑的聯(lián)絡(luò)線的長度，盡量選取工程規(guī)模較小的設(shè)計方案。

綜上可知，聯(lián)絡(luò)線的規(guī)劃設(shè)計并不是由單一因素決定的，而是多種因素間相互博弈選取的最佳方案。除此之外，各影響因素間并不是孤立存在、相互對立的，而是相互影響、相輔相成的，如不同的施工工法在特定的條件下對環(huán)境的影響不同，線路條件及運(yùn)營管理?xiàng)l件的限制對聯(lián)絡(luò)線規(guī)模的影響不同。

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