西安地區(qū)地裂縫分布段地鐵線路 優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

曾科

摘 要：介紹西安地裂縫對(duì)地鐵線路設(shè)計(jì)的影響及相關(guān)研究進(jìn)展，將線路與地裂縫的關(guān)系分為區(qū)間中部和車(chē)站端部 2 類(lèi)分別進(jìn)行研究和要點(diǎn)總結(jié)，最后以田家灣站和火車(chē)站站為例，具體說(shuō)明線路穿越地裂縫段的線路方案。

關(guān)鍵詞：西安地區(qū);地鐵;地裂縫;線路;設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U231+.2

0 引言

西安地區(qū)地裂縫十分發(fā)育，地裂縫以北東走向呈帶狀橫貫整個(gè)市區(qū)，給西安市的工程建設(shè)造成了嚴(yán)重影響，形成了一種特殊的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。西安地鐵不同于地表點(diǎn)狀建筑物，無(wú)法避讓地裂縫。地裂縫災(zāi)害是西安主要的地質(zhì)災(zāi)害，在地鐵建設(shè)中要給予高度重視。唐文鵬等人通過(guò)野外地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，根據(jù)近些年的監(jiān)測(cè)成果資料對(duì)地裂縫的活動(dòng)性進(jìn)行分析總結(jié)，預(yù)測(cè)了其活動(dòng)趨勢(shì)，采用定量計(jì)算的方法確定了地裂縫對(duì)地鐵線路的影響范圍。倪士浩根據(jù)地裂縫的活動(dòng)強(qiáng)度，提出百年預(yù)留垂直位移統(tǒng)一按500 m考慮，并根據(jù)西安地鐵2號(hào)線的線路變坡和全線施工方法，確定每一條地裂縫段的限界處理長(zhǎng)度，提出了西安地鐵2 號(hào)線地裂縫段的建筑限界處理措施。李團(tuán)社對(duì)西安地鐵1號(hào)線、2號(hào)線穿越地裂縫的活動(dòng)特點(diǎn)和變形規(guī)律進(jìn)行分析，研究地裂縫對(duì)地鐵工程可能引起的工程災(zāi)害，提出地鐵區(qū)間隧道通過(guò)地裂縫帶時(shí)，線路與軌道工程在地裂縫活動(dòng)變形后的適應(yīng)性方案。陜西省組織編制了DBJ61/T 113-2016《城市軌道交通隧道穿越地裂縫段技術(shù)規(guī)范》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“規(guī)范”），提出了線路走向與地裂縫走向相交時(shí)，交叉角度不應(yīng)小于30°，地裂縫調(diào)坡段縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，調(diào)坡段長(zhǎng)度不宜小于遠(yuǎn)期1列車(chē)長(zhǎng)度，并應(yīng)滿足相鄰豎曲線的夾直線長(zhǎng)度不小于50 m。目前尚無(wú)文獻(xiàn)針對(duì)線路與地裂縫具體空間關(guān)系給出指導(dǎo)性建議和進(jìn)行實(shí)例研究。

1 線路設(shè)計(jì)思路

為防止地裂縫沉降對(duì)車(chē)站主體的破壞，地鐵車(chē)站需避讓地裂縫影響區(qū)，同時(shí)應(yīng)滿足縱斷面的調(diào)坡段長(zhǎng)度。以西安地鐵4號(hào)線為例，地裂縫影響范圍在80～200m。根據(jù)規(guī)范，地裂縫調(diào)坡段長(zhǎng)度應(yīng)大于遠(yuǎn)期列車(chē)長(zhǎng)度+豎曲線切線長(zhǎng)度，以6節(jié)編組B型車(chē)為例，長(zhǎng)度在130～190m之間。根據(jù)地裂縫位置的不同，分為以下2種情況進(jìn)行考慮。

情況1：地裂縫位于區(qū)間中部，地裂縫距離兩端車(chē)站的直線距離≥地裂縫影響范圍和預(yù)留調(diào)坡段長(zhǎng)度的較大值。

情況2：地裂縫位于車(chē)站端部，地裂縫距離車(chē)站的直線距離<地裂縫影響范圍和預(yù)留調(diào)坡段長(zhǎng)度的較大值。

情況1線路設(shè)計(jì)中主要矛盾是處理線路平、縱斷面與地裂縫的空間關(guān)系，通過(guò)調(diào)整線路空間幾何形位使得線路與地裂縫的空間關(guān)系滿足規(guī)范要求。情況2線路設(shè)計(jì)中需增加考慮地裂縫對(duì)車(chē)站站位的影響，通過(guò)調(diào)整車(chē)站站位及區(qū)間線路空間幾何形位使得線路與地裂縫的空間關(guān)系滿足規(guī)范要求。

1.1 地裂縫位于區(qū)間中部

地裂縫位于區(qū)間中部為常見(jiàn)形式，以西安地鐵4號(hào)線為例，線路共計(jì)穿越地裂縫11條（13處），其中地裂縫位于區(qū)間中部7條（占比64%），位于車(chē)站端部4條。

地裂縫位于區(qū)間中部，線路調(diào)整余量較大，可以通過(guò)在線路平面上設(shè)置曲線，加大地鐵隧道與地裂縫的交角，以滿足規(guī)范要求。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整線路縱坡設(shè)置，將地裂縫變形區(qū)域置于縱坡中段，預(yù)留足夠的調(diào)線調(diào)坡條件。

根據(jù)線路與地裂縫的空間關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)，具體分為表1所述的3種情況。

（1）線路走向與地裂縫走向基本一致時(shí)，線路平面宜置于相對(duì)穩(wěn)定的下盤(pán)。規(guī)范規(guī)定：“線路位于地裂縫上盤(pán)時(shí)，隧道應(yīng)避開(kāi)地裂縫的最小避讓距離為40 m;線路位于地裂縫下盤(pán)時(shí)，隧道應(yīng)避開(kāi)地裂縫的最小避讓距離為24 m”。

（2）線路與地裂縫相交且?jiàn)A角<30°，需增加平面曲線，通過(guò)改變線路方位角，使得隧道與地裂縫夾角≥30°，同時(shí)縱斷面應(yīng)預(yù)留上盤(pán)方向的調(diào)坡段長(zhǎng)度。

（3）線路與地裂縫相交且?jiàn)A角≥30°，線路不需額外增加平面曲線，維持原方案與地裂縫相交即可，縱斷面亦應(yīng)預(yù)留上盤(pán)方向的調(diào)坡段長(zhǎng)度。

1.2 地裂縫位于車(chē)站端部

城市軌道交通線路站點(diǎn)設(shè)置受城市規(guī)劃、線網(wǎng)規(guī)劃、線路功能定位和建構(gòu)筑物多因素影響。重要站點(diǎn)，如樞紐站、換乘站及位于規(guī)劃商業(yè)中心、公共中心的站點(diǎn)，往往在規(guī)劃階段已經(jīng)錨固，而規(guī)劃階段地裂縫調(diào)研工作尚未開(kāi)展，由于資料缺乏，規(guī)劃階段往往對(duì)地裂縫的影響考慮難以周全，至設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)地裂縫位于站位附近，往往難以滿足規(guī)范要求，需進(jìn)行線站位的調(diào)整優(yōu)化。

地裂縫表現(xiàn)為上盤(pán)（東南側(cè)）下降，下盤(pán)（西北側(cè)）基本不變。為避免地裂縫下沉對(duì)車(chē)站主體的破壞，站位選擇首先必須遵循位于地裂縫下盤(pán)，即西北側(cè)，同時(shí)車(chē)站主體避讓地裂縫設(shè)防范圍。

根據(jù)線路與地裂縫的空間關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)，具體分為表2所述的3種情況。

（1）線路走向與地裂縫基本一致時(shí)，需滿足規(guī)范避讓距離。

（2）線路與地裂縫相交且?jiàn)A角<30°，首先需調(diào)整車(chē)站位置，滿足設(shè)防要求。同時(shí)區(qū)間增設(shè)曲線，有必要時(shí)配合調(diào)整車(chē)站方位角，使得區(qū)間隧道與地裂縫夾角≥30°，縱斷面應(yīng)預(yù)留上盤(pán)方向的調(diào)坡段長(zhǎng)度。

（3）線路與地裂縫相交且?jiàn)A角≥30°，首先需調(diào)整車(chē)站位置，滿足設(shè)防要求，線路可不額外增設(shè)曲線，維持原方案與地裂縫相交即可，縱斷面亦應(yīng)預(yù)留上盤(pán)方向的調(diào)坡段長(zhǎng)度。

綜上可見(jiàn)，對(duì)于車(chē)站位于地裂縫下盤(pán)且相交夾角大于30°的情況，線路平縱設(shè)計(jì)受影響較小，但需注意調(diào)坡后最大、最小坡度不應(yīng)超出規(guī)范。對(duì)于車(chē)站位于地裂縫下盤(pán)且相交夾角30°的情況下，需綜合站點(diǎn)位置和區(qū)間曲線設(shè)置，通過(guò)比較確定。

2 線路設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 西安地鐵 6 號(hào)線田家灣站

田家灣站是西安地鐵6號(hào)線的1座中間站，車(chē)站位于咸寧東路與規(guī)劃路路口，車(chē)站西北及西南象限為田家灣村，東北象限為廣天國(guó)際公寓和恒大綠洲高層，西南象限為軍區(qū)加油站。線路自西向東布設(shè)，與F8地裂縫相交，F(xiàn)8地裂縫位于路口東側(cè)180 m，地裂縫與道路交角20°28'57.85"。車(chē)站周邊同時(shí)存在多個(gè)控制因素，如：①道路南端存在雨水及污水等多條管線;②田家灣村車(chē)站范圍內(nèi)正在拆遷;③存在10 kV電力軍纜和多條通信軍纜。

綜上，田家灣站為地鐵線路的1座普通站，站位及配線存在局部調(diào)整的空間;地裂縫與地鐵車(chē)站平面距離較近，且線路直線布線與地裂縫交角大小不滿足規(guī)范要求;車(chē)站周邊尚存在軍區(qū)加油站、軍隊(duì)電纜、拆遷和雨污水管線等多項(xiàng)控制因素。故需對(duì)站位進(jìn)行如下優(yōu)化。

（1）配線設(shè)計(jì)中需將配線調(diào)整至相臨車(chē)站，若必須設(shè)置于本站，則需設(shè)置于地裂縫較遠(yuǎn)的一端。

（2）車(chē)站站位在滿足車(chē)站功能的前提下應(yīng)盡量與地裂縫拉開(kāi)距離，有效站臺(tái)端部距離地裂縫的平面距離應(yīng)大于遠(yuǎn)期1列車(chē)長(zhǎng)度+豎曲線切線長(zhǎng)度。

（3）站位應(yīng)盡量減少對(duì)軍區(qū)加油站、電纜等控制點(diǎn)的影響，并減少拆遷。線站位優(yōu)化方案見(jiàn)圖1。

2.2 西安地鐵 4 號(hào)線火車(chē)站站

西安火車(chē)站是中西部地區(qū)重要的客運(yùn)動(dòng)脈，未來(lái)將成為一帶一路框架上重要的交通節(jié)點(diǎn)，為應(yīng)對(duì)新時(shí)期的新挑戰(zhàn)，西安火車(chē)站按9臺(tái)18 線（含正線）改擴(kuò)建，西安地鐵4號(hào)線火車(chē)站站為與改造后的國(guó)鐵站房同步運(yùn)營(yíng)的樞紐站。周邊控制性因素包括以下因素。

（1）西安火車(chē)站新建北站房及配套建筑與丹鳳門(mén)呈中軸對(duì)稱(chēng)，南北站房之間設(shè)置高架候車(chē)室，東西兩側(cè)新建出站通道各1處。

（2）周邊大明宮遺址為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)區(qū)，地鐵線路應(yīng)盡量減小對(duì)大明宮遺址公園的影響。

（3）F3地裂縫與大明宮南宮墻垂直距離約150 m，沿線路與地鐵火車(chē)站站距離約190 m。

（4）存在建構(gòu)筑物、城墻、護(hù)城河、解放路東側(cè)高層建筑物等因素。

為通過(guò)站點(diǎn)設(shè)置優(yōu)化地鐵線路與地裂縫的關(guān)系，結(jié)合路由比選，進(jìn)行3個(gè)方案的比選。方案比選示意圖如圖2所示。

方案1：紅色線路方案（與國(guó)鐵站場(chǎng)垂直相交方案）。優(yōu)點(diǎn)為地鐵車(chē)站與國(guó)鐵出站通道垂直，換乘距離最近。缺點(diǎn)為下穿大明宮遺址保護(hù)區(qū)，對(duì)文物保護(hù)區(qū)影響較大，且下穿解放飯店，協(xié)調(diào)難度較大。

方案2：藍(lán)色線路方案（與國(guó)鐵站場(chǎng)斜交方案）。優(yōu)點(diǎn)為避開(kāi)大明宮遺址保護(hù)區(qū)重點(diǎn)保護(hù)范圍，對(duì)文物保護(hù)區(qū)影響較小。缺點(diǎn)為與國(guó)鐵換乘距離較方案1增加約100 m。

方案3：紫色線路方案（南北廣場(chǎng)均設(shè)站方案）。優(yōu)點(diǎn)為車(chē)站設(shè)置于南北廣場(chǎng)，地鐵工期不受?chē)?guó)鐵站改影響。缺點(diǎn)為北廣場(chǎng)站位于地裂縫設(shè)防范圍內(nèi)，且無(wú)法與國(guó)鐵零距離換乘。

方案2下穿大明宮地塊范圍較少，線型最順直，穿越建筑物較少，車(chē)站避開(kāi)地裂縫調(diào)坡范圍，作為推薦方案。

火車(chē)站站受?chē)?guó)鐵車(chē)站位置錨固， 且F3地裂縫縱向設(shè)防理論值為上盤(pán)36 m，下盤(pán)25 m，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，優(yōu)化地鐵火車(chē)站站位，車(chē)站主體避開(kāi)設(shè)防范圍和線路調(diào)坡段，區(qū)間隧道采用馬蹄形斷面，軌道結(jié)構(gòu)采用框架板整體道床。通過(guò)優(yōu)化線路方案，較好地解決了線站位與地裂縫的空間關(guān)系，既滿足與高鐵的無(wú)縫銜接又避免車(chē)站位于地裂縫調(diào)坡段。

3 結(jié)語(yǔ)

地裂縫是西安地區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害，西安市區(qū)現(xiàn)存地裂縫共計(jì)14條，地鐵工程不同于一般工業(yè)及民用建筑，無(wú)法避讓?zhuān)仨毚┰降亓芽p，并且不允許出現(xiàn)影響運(yùn)營(yíng)安全的事故，科學(xué)地處理好地鐵與地裂縫的關(guān)系是西安地鐵設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。地鐵線路專(zhuān)業(yè)作為地鐵設(shè)計(jì)的總圖專(zhuān)業(yè)，在規(guī)劃階段應(yīng)重視線路與地裂縫的空間關(guān)系，做到盡量避讓?zhuān)瑹o(wú)法避讓時(shí)做到線路與地裂縫的夾角盡量垂直。在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)調(diào)整車(chē)站站位及區(qū)間線路平縱曲線，預(yù)留地裂縫調(diào)線調(diào)坡條件，確保后期沉降可控可調(diào)。

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收稿日期 2019-04-17

責(zé)任編輯 孫銳嬌