北京地鐵13號線西二旗至上地區間改線方案研究

晏小波 張夢然

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

為適應城市軌道交通網絡化的要求，除新建線路外，既有線的升級改造也是一項重要內容[1]。既有線改造工程是一項技術復雜、繁瑣的工作[2]，線路改造過程中，通常需要綜合考慮信號系統、軌道系統、城市用地等一系列復雜條件的相互制約，并將對運營的影響程度降到最低限度[3]。許多學者進行了相關研究，王秀志等對上海軌道交通4號線的地質條件、運營工況進行綜合分析，確定了改線方案[4]；邸曉新等對京滬Ⅲ線及京滬上、下行線撥移工程的運輸條件進行深入研究，認為向北側撥移可取得顯著的經濟效果[5]。由此可見，合理的施工方案不僅能夠減少封鎖時間、降低限速延時，還能縮減施工費用、增加運輸效益，達到施工與運輸的雙贏。以下基于前人的研究成果，對北京地鐵13號線上地至西二旗區間改線方案進行深入分析，以期得出最優方案。

1 項目背景

1.1 項目概況

北京至張家口高速鐵路設計速度為350 km/h，正線全長174 km[6]，清河站作為京張高鐵始發站之一，是集地鐵、公交車、出租車、私家車為一體的大型綜合交通樞紐。

京張高鐵清河站位于既有地鐵13號線上地與西二旗區間東側，地鐵昌平線南延線、19號線支線均在此設站。為緩解地鐵13號線西二旗站的壓力，進一步提高交通樞紐軌道交通換乘能力，2017年北京市相關部門提出將地鐵13號線引入該樞紐內，并增設一座車站(如圖1所示)。

增設的地鐵13號線清河站軌行區位于地面，其站臺與京張高鐵站臺并行等高，與昌平線南延線及19號線支線為上下關系。

圖1 13號線改建平面示意

1.2 既有地鐵13號線

既有地鐵13號線上地至西二旗區間呈南北走向，位于京新高速東側、京張高鐵西側，線路上跨小營西路后與在建昌平線南延并行。上地站與西二旗站站間距為2.53 km，區間共采用5組曲線，如圖2所示。

圖2 既有13號線平面

本段線路以地面敷設為主、高架敷設為輔。上地站為地面站，線路出上地站后向北沿地面敷設(長約602 m)，與京張高鐵并行上跨小營西路后，接320 m上坡(17‰)進入高架段(高架段總長約750 m)，之后以18‰下坡落地， 于地面敷設730 m后，接入西二旗站(地面站)，既有地鐵13號線上地至西二旗段縱斷面如圖3所示。

圖3 既有13號線縱斷面

2 改線點位置選擇

2.1 選擇原則

(1)應選擇在直線段

主要考慮以下2點因素：①在運營后，線路平面局部會產生位移，曲線銜接會導致線路及軌道調整范圍增加；②在既有線路曲線段，外股道鋼軌一般存在側磨情況，曲線銜接易導致新剛軌與既有鋼軌寬度不一致，從而帶來換軌量的增加。

(2)應選擇在路基段

線路需從既有線引入至新建線路，線路逐漸變寬，路基段施工方便，且工程量最小。另外，高路基會帶來工程量及施工難度的增加，故宜選擇在平坡段接軌。

(3)宜選擇線間距2.6 m處作為分界點

該段采用三軌供電方式，軌枕有2.5 m和2.55 m 2種尺寸。當線間距大于2.55 m時，可不中斷運營鋪設軌道，考慮施工誤差等因素，取2.6 m作為新建段線路起點，圖4為撥線段路基加寬處理方案。

圖4 撥線段路基加寬處理方案(單位：mm)

對于線間距<2.6 m的地段，可先對既有路基進行加寬處理(如圖5所示)，待停運時，利用既有鋼軌、軌枕進行撥移；線間距>2.6 m的地段，對既有線行車造成干擾小，可先期開展施工和鋪軌工作。

圖5 新建段與撥線段分界示意

2.2 改線點位置的確定

根據改線點選擇的原則，結合既有線路情況，滿足要求的改線點位置共有3處。第1處位于剛出上地站的直線段區間(該段線路為平坡)；第2處位于上跨小營西路后的直線段(該段線路位于路橋過渡段)；第3處位于進西二旗站之前的直線上(該段線路位于1‰下坡段)。改線點位置示意如圖6。

圖6 改線點位置示意

3 改線方案比選研究

在樞紐南側共有2處適合作為改線點，樞紐北側僅有1處可作為改線點，比選過程如下。

3.1 小營西路以南接線方案

(1)方案簡介

本段線路第一段接線起點位于上地站北側直線路基段，之后線路沿既有路基段向北，采用1組R=1 000 m曲線東偏(相對于既有線路)，使新建線與既有線分開。在上跨小營西路處與京張高鐵共用既有鐵路橋，并對既有鐵路橋進行改造。在京張高鐵樞紐范圍內設清河站，出站后，線路沿京張高鐵與既有13號線高架段間的空地繼續向北，并采用R=1 500 m、R=750 m曲線將線間距由15.8 m調整為3.6 m；過規劃安寧莊路后采用R=1 200 m曲線繼續向北，之后采用R=1 000 m曲線使線路西偏接入既有線路直線段，小營西路以南接線方案如圖7所示。

本方案線路長度共計1 749.495 m，其中撥線段長308.505 m，新建段長1 440.99 m。

(2)方案難點

新建13號線距京張鐵路左線線間距最小僅有6.6 m，受線間距控制，13號線需占用既有京包鐵路橋西側翼緣部位。因此，需對該橋進行加固處理，費用約395.29萬元。

3.2 小營西路以北接線方案

(1)方案簡介

本段線路撥線起點在小營西路北側路基段，線路斜穿既有擋墻段后，采用2組曲線將線間距調整為15.8 m，在京張高鐵樞紐范圍內設清河站。出站后線路沿京張鐵路與既有13號線高架段間空地繼續向北，并接入既有線路直線段，小營西路以北接線方案如圖8所示。

圖7 小營西路以南接線方案平縱斷面

圖8 小營西路以北接線方案平縱斷面

本方案線路長度共計1 300.33 m，其中撥線段長247.43 m，新建段長1 052.90 m。

(2)方案難點

本方案改線點靠近路橋過渡段，新老線路豎向存在高差，平面存在交叉重疊，需破除長約58 m的既有擋墻(如圖9所示)。擋墻東側部分新路基可在停運前施工，以便縮短停運時間；與擋墻重疊段路基，需在停運后施作。

圖9 擋墻段路基施工示意(單位：m)

3.3 方案比選

小營西路以南接線方案，需與鐵路共橋，由于既有橋梁年限較長、需采取加固措施，同時其線路長度較長，工程投資增加2 208.22萬元。小營西路以北接線方案停運時間稍長，但其工程投資少，與國鐵間距大，有利于軌旁設施的敷設，其施工風險較小。方案比較見表1。

表1 方案比較

4 結論

有砟道床地面線路改造的關鍵在于選擇合理的接線點，以降低對運營線路的影響。通過對地鐵13號線上地至西二旗段區間條件的分析，認為選擇路基平坡段有利于施工和既有線銜接。在對小營西路南北2個接駁點的方案進行綜合分析后，認為小營西路以南接線方案中13號線位于鐵路橋西側翼緣板上，存在安全隱患，且運營維護界面不清晰，工程造價較高，故推薦小營西路以北接線方案。