西安地鐵4 號線工程
——綜合分析地下車站下穿城墻及護城河后方案及站位的確定

孫灝

（中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司，陜西 西安710054）

1 研究背景

1.1 項目背景

西安地處關中平原中部、北瀕渭河、南依秦嶺，八水潤長安，是聯合國教科文組織于1981 年確定的“世界歷史名城”，也是中華文明和中華民族重要發祥地之一、絲綢之路的起點，歷史上先后有十多個王朝在此建都，豐鎬都城、秦阿房宮、兵馬俑，漢未央宮、長樂宮，隋大興城，唐大明宮、興慶宮等勾勒出“長安情結”。西安是中國最佳旅游目的地、中國國際形象最佳城市之一，有兩項六處遺產被列入《世界遺產名錄》，分別是：秦始皇陵及兵馬俑、大雁塔、小雁塔、唐長安城大明宮遺址、漢長安城未央宮遺址和興教寺塔。另有西安城墻、鐘鼓樓、華清池、終南山、大唐芙蓉園、陜西歷史博物館、碑林等景點。

截至2021 年1 月，西安市開通運營地鐵線路共有8 條，分別為：1 號線、2 號線、3 號線、4 號線、5 號線、6 號線、9 號線和機場線，均采用地鐵系統，運營里程長度共計244 千米；共設車站153 座，其中換乘車站13 座。西安地鐵共有8 條（段）在建線路，分別為：1 號線三期、2 號線二期、6 號線二期、8 號線、10 號線一期、14 號線、15 號線一期和16 號線一期。

眾所周知，西安具有大量歷史建筑、文物古跡，西安地鐵在穿越這座歷史古城下方的時候，必將不可避免的頻繁與歷史“擦肩而過”。

圖1 含元殿站線路與城墻遺址關系示意圖

圖2 和平門站線路與護城河、老橋、和平門城墻門洞關系示意圖

其中，西安地鐵4 號線工程是陜西省西安市第四條建成運營的地鐵線路，全線于2014 年5 月開工建設，于2018 年12 月26 日開通運營。線路北起未央區北客站（北廣場）站，途經新城區、碑林區、雁塔區，終點止于長安區航天新城站，聯通了西安國家民用航天產業基地、曲江新區及西安經濟技術開發區等新區，是西安市軌道交通中的一條骨干線路。西安地鐵4 號線全長35.2 千米，全部為地下線；共設29 座車站（其中1 座暫緩開通），全部為地下車站；列車采用6 節編組B 型列車。

地鐵4 號線下穿明城墻的有含元殿站、和平門站，其中含元殿站下穿大明宮唐城墻遺址，和平門站下穿護城河、老橋、和平門明城墻門洞（圖1、2）。

1.2 國內現狀

全國目前比較典型的下穿城墻或者護城河的地鐵有：北京19 號線景風門站到牛街站區間下穿南護城河、南京地鐵5 號線區間下穿明城墻、西安地鐵6 號線區間下穿唐城墻遺址。

其中，和平門站因同時下穿護城河、護城河老橋、明城墻門洞等多方面涉古跡因素，成為國內較為典型的具備論述的車站。

因此，本文章主要以西安地鐵4 號線和平門站的方案形成為例，綜合分析地下車站下穿城墻及護城河后方案及站位的確定。

2 車站控制性邊界條件

2.1 車站北側區間線路控制性因素

圖3 車站與其北側區間線路控制性因素關系示意圖

和平門站北側的和平門～大差市區間線路上方有護城河、護城河老橋，和平門明城墻等構筑物對線路制約較大，從而影響本站站位以及埋深。（本條控制性因素對具體站位及站形的分析，詳見本文章節3。）

2.2 車站周邊控制性建構筑物

圖4 車站周邊現狀圖

本站沿雁塔北路兩側的建筑物密集，影響車站出入口風亭布置的控制性建筑物有：勝利飯店的臨街建筑物、陜西省地質礦產勘查開發總公司的臨街住宅樓及公司大門、中國新時代國際工程公司的住宅樓及臨街建筑，沿環城南路規劃有下穿立交。

車站下穿護城河后如何迅速與周邊現狀銜接和避讓亦是本站的重點控制性邊界條件。

2.3 車站其它控制性邊界條件分析

2.3.1 車站周邊規劃分析

車站站址周邊主要規劃為商業用地、行政辦公用地、教育科研用地及居住用地。車站出入口及站位的布置需充分考慮規劃用地性質的客流吸引。

2.3.2 車站客流分析

表1 預測客流及超高峰系數表（人/小時）

車站上車設計客流為：（1723+1604）×1.25=4159（人/h）

車站下車設計客流為：（3034+2997）×1.25=7539（人/h）

車站設計客流：（1723+1604+3034+2997）×1.25=11698（人/h）

車站站形規模的選擇受客流影響，本文章節3 將對具體受控因素做出分析選擇。

2.3.3 車站周邊控制性管線

圖5 車站周邊管線位置示意圖

影響車站的管線有：沿雁塔北路方向有兩根直徑均為1.5m的排水管，埋深分別為6.88m 和6.71m；車站東側通道上方一根直徑為1m 的鑄鐵給水管，埋深為3.1m。沿環城南路方向有一根直徑1.2m 的排水管，埋深為7.5m。其亦對車站站形產生關鍵性的影響，章節3 詳述。

3 車站設計的重難點

3.1 車站站位的選擇

3.1.1 受前后站間距的影響以及車站盡量靠近十字路口的布置原則，本站下穿護城河出城后，需盡快設站，如本站布置在城墻以內（以北），將與北側大差市站站間距過近，如何布置在城墻以外遠離十字路口位置，又將與李家村站站間距過大，如何從平面及縱向（線路埋深）上綜合考慮站位，是該站首當其沖的重難點之一。

在車站站位范圍合理的情況下，我們共分析了以下四種站位：

站位1——車站靠近路口，位于雁塔北路路中方案。該方案優點在于站間距較均勻及能充分吸引周邊客流。缺點在于拆遷量較大(拆遷面積約16760m2)。

站位2——車站遠離路口，位于雁塔北路西側方案。該方案優點與方案1 一致。缺點在于拆遷量較站位一大。(拆遷面積約20900m2) 線路不順直及拆遷協調難度大等問題(需拆除陜西省地勘所有臨街建筑)。

站位3——車站緊鄰路口，位于雁塔北路路中方案。該方案優點與方案1 一致。缺點在于拆遷量最大。（拆遷面積約23010m2），拆遷難度大（Ⅱ號出入口需拆遷新時代工程公司多棟辦公樓)，線路曲線進站。

表2 站位比較第一階段分析表

站位4——車站跨路口方案。該方案優點在于能滿足過街功能；拆遷小。缺點在于工程可實施性差:車站距護城河橋過近，施工風險大；交通疏解困難；地下一層受環城南路埋深7.5 米DN1200 排水管影響，地下一層布置困難（表1）。

3.1.2 通過以上分析，站位3、4 的可實時性較低，本次設計我們針對站位一和站位二這兩個有比較價值的站位進行了深入分析，具體分析如下：

圖6 車站站位1、站位2 方案位置示意圖

（1）站位一，車站靠近路口設置，基本位于雁塔北路路中；

（2）站位二，車站向南向西偏移，位于雁塔北路西側，車站主體避開兩根排水管。

受線路平面穿越和平門門洞的影響，車站設置于雁塔北路西側的同時需往南偏移，以滿足線路要求，且車站主體避開排水管后，車站主體距離雁塔北路西側的建筑物已不到1 米，此時需拆除雁塔北路西側的所有臨街建筑物。

我們仍舊通過站位對比表來綜合分析兩個站位的優缺點：

表3 站位比較第二階段分析表

考慮到房屋拆遷量以及線路的合理性，本次初步設計推薦站位一：車站靠近環城南路路口，位于雁塔北路路中的站位。

3.2 車站下穿城墻及護城河后埋深的選擇

本次項目的重點重難點就是站位的選擇，由于車站區間受制于和平門～大差市區間下穿護城河、護城河橋、和平門城墻等風險點，其站位又受到前后站間距的限制，故本站根據以上綜合情況就線路埋深進行了地下二層方案和三層方案的比較。

當車站為三層方案時：

（1）區間穿越城墻——線路軌面埋深約為23m，區間隧道過和平門城墻時，隧道拱頂距地面約18.1m。根據現場調查,城墻基礎埋深為2m，隧道拱頂至城墻基礎豎向凈距約16.1m，大于2倍洞徑。參考西安地鐵一、二號線過城墻經驗，該距離可滿足區間隧道施工要求。

（2）區間隧道穿越護城河——拱頂距離護城河底近距約9m，大于1 倍洞徑，盾構機通過時可保證護城河安全。

圖7 三層方案時護城河下穿部分區間關系示意圖

當車站為二層方案時：

（1）區間穿越城墻——線路軌面埋深約為17m，區間隧道過和平門城墻時，隧道拱頂距地面約12.14m；隧道拱頂至城墻基礎凈距約10.1m，小于2 倍洞徑。參考西安地鐵一、二號線過城墻經驗，該距離偏小。運營時對城墻及護城河橋擾動較大，對文物保護不利。

（2）區間隧道穿越護城河——區間隧道在過護城河時，拱頂距離護城河底凈距約3.0m，約為0.5 倍洞徑，盾構機通過時風險很大。

圖8 二層方案時護城河下穿部分區間關系示意圖

經以上研究比選后，在區間安全穿越諸多控制物的前提下，本次設計推薦和平門站為地下三層車站。

3.3 車站與地下管線的關系

圖9 地下三層方案與管線關系示意圖

圖10 站廳層位置與管線關系示意圖

經與管線產權部門協商，車站范圍內控制車站主體的兩根排水管可以改遷，且車站東側的一根DN1000 埋深3.1 米的鑄鐵給水管不能改遷。因此將影響車站主體的埋深6.88 米的排水管遷改至車站東側，該管道成為制約車站站廳層埋深的主要因素（圖10）。

車站站廳層在負一層時，為使車站東側出入口通道下穿排水管，車站站廳層埋深將達到11.05m，此時車站軌面埋深約為23.75m，線路埋深不合理，且車站投資較大。

因此，本站將站廳層設置在地下二層，不但較好的解決了通道上方管線的問題，也可減小軌面埋深。

圖11 車站總平面示意圖

綜上所述，和平門站采用地下三層車站形式，站廳層位于地下二層在雁塔北路路中設置。

4 本站的最終方案情況

通過以上分析比較，得出車站最終方案如下：

4.1 車站總平面情況

車站總長149.60m，標準段寬21.40m，車站主體建筑面積10166.31m2，附屬建筑面積3553.74m2，總建筑面積13720.05m2。車站共設置4 個出入口和兩組共8 個風亭。其中Ⅰ號出入口預留；Ⅱ號出入口及殘疾人電梯設于新時代國際工程公司用地上，需拆除中國新時代國際工程公司部分建筑，拆除面積約3110m2；Ⅲ號出入口和2 號風亭設于勝利飯店用地上，需拆除勝利飯店部分建筑，拆除面積約9250m2；Ⅳ號出入口及1 號風亭設于陜西省地勘開發公司用地上，需拆除該公司1 棟住宅樓（目前已空置）及門衛房，拆除面積約4400m2；冷卻塔位于1 號風亭處。Ⅲ號出入口遠期改造可作為換乘通道。

4.2 車站設備層（地下一層）布置情況

設備層布置有通信、信號、電設備、通風空調等設備房間，變電所下方設置1.5m 高的電纜夾層。其中變壓器的運輸路徑則通過凈寬2.5m 的走道，從通風空調機房內的風孔運輸至站臺層。

設備層兩端分別設置一個直通地面的消防疏散出入口，以滿足消防要求。

4.3 車站站廳層（地下二層）布置情況

車站站廳層由公共區和兩端的設備及管理用房組成。公共區劃分為非付費區和付費區。付費區內設有兩組上下行自動扶梯，一組步行樓梯，殘疾人電梯位于付費區的中部。公共衛生間位于Ⅳ號出入口通道處。

4.4 車站站臺層（地下三層）布置情況

車站采用12.5m 島式站臺，有效站臺長度為118m。車站南端設置區間人防隔斷門，車站為盾構過站。

4.5 車站縱斷面布置情況

車站設備層凈高為6.25m，站廳層凈高為4.7m，站臺層凈高為4.55m。

4.6 車站橫斷面布置情況

車站頂板覆土3m，有效站臺中心處軌面埋深21.4m，車站總高20.95m。

4.7 車站建成后現狀

圖12 車站現狀公共區照片

5 專題分析價值及總結

本專題通過對地下車站前后區間下穿古城墻及護城河后的埋深等特點，結合線路情況、車站前后站間距、車站周邊控制性因素等綜合分析，在以上受控因素的限制條件下分析本站綜合具體情況，推薦和平門站采用地下三層車站形式，站廳層位于地下二層，在雁塔北路路中設置。

通過前文分析我們可以看出，國內目前下穿古跡后立刻設站的地鐵線路并不多，主要涉及這類下穿的車站多出現在國內歷史較為悠久的古城，通過對和平門站這一典型車站的綜合分析，我們可以依次從以下思路順序進行車站的站位及埋深分析：

線路走向情況的分析——站位前后車站情況及站間距——下穿區間與古跡的平、縱面關系分析——確定軌面埋深范圍——確定其它控制性因素——確定最終的站位及站形。

通過本專題分析，希望可以對我們完善設計思路、確定車站站位及站形給出參考價值。