復雜山區高速鐵路站場工程關鍵技術分析

文 東

(中鐵二院昆明勘察設計研究院有限責任公司，昆明650200 )

山區具有地形起伏大、地質條件復雜等特點，山區高速鐵路橋隧比重高，如鄭萬、大麗攀高速鐵路橋隧比分別達91.9%和95.0%，超高的橋隧比和復雜的地形地質條件增加了山區高速鐵路站場工程的難度。

目前國內針對高速鐵路站場工程的研究，分別集中在站場布置圖型[1-2]、車站選址[3]及站間距[4]等方面。但站場屬于系統工程，每條高速鐵路的修建都應對全線車站的分布、規模、站址、站型和站坪等進行統籌研究布局，且復雜地形條件下的山區高速鐵路站場工程與平原地區有較大差別，因此，有必要對其進行系統分析研究。

1 山區高速鐵路車站分布及車站規模

1.1 山區高速鐵路車站分布

車站分布應滿足遠景線路年輸送能力的要求，中間站應根據沿線城鎮分布及產業布局合理分布，并滿足養護維修、救援等要求[5]。西南山區高速鐵路車站設置如表1所示。

表1 西南山區高鐵車站設置情況表

從表1對西南12條典型山區既有、在建和規劃的高速鐵路車站統計可知：

(1)西南山區高速鐵路平均站間距分布在28.0～53.3 km，其中91.7%的線路平均站間距分布在30～60 km，如圖1所示，與設計規范推薦的30～60 km相符。其下限值低于西北地區高速鐵路平均站間距 40～60 km和京滬、鄭武高速鐵路的60 km，而上限值高于東部、南部及東北地區的平均站間距30～40 km[5]。

圖1 西南山區高速鐵路平均站間距分布圖

(2)西南山區高速鐵路車站最小站間距主要分布在10～20 km，占比為66.7%(如圖2所示)，小于規范推薦下限值30 km的比例為83.3%。其主要是受線路引入樞紐、城市群密集設站的影響，如成渝高速鐵路引入重慶樞紐，沙坪壩站與重慶站之間的站間距僅9.0 km，而鄭萬高速鐵路(襄萬段)和大麗攀高速鐵路未引入大型樞紐，其最小站間距分別達37.6 km和35.9 km。

圖2 西南山區高速鐵路最小站間距分布圖

(3)山區高速鐵路車站的分布，一般取決于沿線經濟據點的分布。因山區經濟條件相對落后，部分地區經濟據點相距較遠，因此山區高速鐵路最大站間距離均偏大，最大站間距大于規范規定平均站間距上限值60 km的比例為83.3%，如圖3所示。其中滬昆高速鐵路和西成客運專線最大站間距均分別達到92.4 km和95.0 km。

圖3 西南山區高速鐵路最大站間距分布圖

1.2 山區高速鐵路車站規模特征

受山區城市人口密度和設站條件等的影響，除省會城市和部分地級市設置的始發站規模較大外，山區高速鐵路在其他地、縣級城市設置的中間站規模均較小，其中縣級站以1～2個站臺配2～4條到發線(不含正線)為主，地級站以3個站臺配5條到發線為主，受最大站間距、快車越行慢車等影響時，部分線路根據需要設置越行站。

根據表1分析可知，山區高速鐵路設置1～2個站臺的中間站比重為65.8%(如圖4所示)，明顯高于其他地區的高速鐵路，如滬昆高速鐵路杭長段20個車站中，2個站臺規模車站僅6個，比重為30%；而長昆段25個車站中，2個站臺規模車站為16個，比重達64%。

圖4 西南山區高速鐵路不同類型車站比例圖

綜上分析，山區高鐵沿線經濟據點分散，地方經濟條件相對落后，對車站分布及規模影響較大。車站設置應利于帶動沿線地方經濟發展，在滿足運輸能力需求的前提下，應盡量縮減車站規模；在滿足養護維修、救援等要求下，可采用超長站間距。

2 山區高速鐵路車站站址設置

2.1 山區高速鐵路車站選址主要原則

山區高速鐵路車站選址除應遵循規范規定的普遍原則外，還應遵循以下主要原則：

(1)重要車站宜“以點定線”

山區復雜的地形地貌及城市特殊的空間分布決定了山區高速鐵路車站選址的復雜性，為保證車站的“服務”屬性，盡量在空間上縮短站城距離，引領城市發展，在滿足線路宏觀走向順直的前提下，重要經濟據點的車站宜“以點定線”[6]。

(2)一般車站“站址服從走向”

山區普通中間站，鄰城設站走向迂回、工程巨大時，鑒于客流較小、停站車次不多，應“站址服從走向”，局部服務全局，以走向順直為根本。

(3)節約、集約用地原則

具有山地特征的城市，地勢狹窄，土地資源緊張，站址的選擇應有利于市政配套，有利于實現站區綜合交通、綜合換乘，節約、集約用地。

(4)復雜條件下車站選址應進行技術經濟比選

山區高速鐵路橋隧工程占比大，路基工點復雜，臨近城鎮地勢平坦時、沿線既有建筑物的拆遷、還建工程量大，工程實施難度大。車站選址應在技術可行性和工程經濟性間綜合權衡確定。

2.2 山區高速鐵路車站選址對線路長度的影響

無論山區高速鐵路還是平原高速鐵路，線路走向與車站設置始終存在干線順直通過設站和干線繞行設站兩種關系的權衡[6]，如圖5所示。

圖5 車站設置對高速鐵路線路走向影響示意圖

干線繞行設站對正線建筑長度影響較大，并影響線路展線系數，典型山區和平原高速鐵路展線系數如表2所示，典型山區和平原高速鐵路經重要經濟據點設站比例對展線系數的影響規律如圖6所示。

圖6 典型山區和平原高速鐵路經重要經濟據點設站比例對展線系數的影響規律圖

表2 典型山區和平原高速鐵路展線系數對比表

根據表2及圖6可知：

(1)無論山區高速鐵路還是平原高速鐵路，線路展線系數與沿線鐵路必須經過的重要經濟據點設站比例基本呈正相關關系。部分山區高速鐵路沿線重要經濟據點設站比例高，但展線系數小，如滬昆高速鐵路長昆段和西成客運專線等，其主要原因在于沿線經濟據點順線路宏觀走向基本呈直線分布，且與線路中心的偏移距離短，干線繞行設站距離短。

(2)山區高速鐵路展線系數并不比平原高速鐵路展線系數高。根據表2可知，山區高速鐵路展線系數基本分布在1.07～1.18，而平原高速鐵路展線系數分布范圍為1.08～1.26。平原或丘陵地帶經濟相對發達，經濟據點密集，需繞行設站的點多；而山區經濟據點相對較少，能影響線路宏觀走向的站點少，因此其展線系數反而小。如滬昆高速鐵路杭長段以平原為主，展線系數比為1.26，明顯高于長昆段的1.08。

綜上所述，山區復雜地形地質條件并不是影響展線系數的關鍵因素，而是沿線需要設站的重要經濟據點數量及據點與線路宏觀走向的偏離距離，即車站分布和站址設置是影響山區高速鐵路正線繞行距離的主要因素。

特殊情況下，當山區高速鐵路不具備繞行設站或繞行代價較大時，也可采用正線順直通過，聯絡線下線設站的特殊方式。如西成客運專線的青川站，采用到發線外繞到隧道外貫通設站(如圖7所示)，成貴鐵路的峨眉山站則采用聯絡線下線盡頭設站方式(如圖8所示)。

圖7 干線順直通過、聯絡線下線城市附近設站圖

圖8 干線順直通過、聯絡線下線城市附近設站圖

2.3 山區高速鐵路站址設置與城市關系

2.3.1 充分考慮山區城市空間布局對站址選擇的影響

受江河和山脈阻隔，山地城市沿河、依山而建，山區城市空間布局與平原城市有較大差別，少有攤大餅式空間形態，一般呈組團式布局。最常見的有星座式(如重慶、昆明等)和帶狀式(如宜賓、文山等)組團結構，不同城市組團發展形狀布局對站址的選擇影響很大。

城市組團因地理區位和產業結構發展條件不同，其出行需求也各不相同，高速鐵路車站選址時，應對不同組團的客流量和客流性質進行科學分析，合理確定區域鐵路客流重心，指導站址選擇[6]。

2.3.2 山區高速鐵路站址與城市空間距離分析

站址與城市的空間距離，應以方便旅客出行，利于綜合交通布設，并為城市規劃預留發展空間為原則。山區高速鐵路沿線城市多具有山地特征，其通站道路實施難度大，投資高，旅客出行可供選擇的交通方式較大城市少。因此，在滿足線路技術標準條件下，應盡可能在中心城區或靠近城市建成區附近設站。

典型山區高速鐵路與城市距離統計如表3所示，典型山區高速鐵路車站選址分布及站址與城市空間距離分關系如圖9、圖10所示。

圖9 典型山區高速鐵路車站選址分布情況圖

圖10 典型山區高速鐵路站址與城市空間距離分布關系圖

由表3、圖9和圖10分析可知：

(1)山區高速鐵路站址設置在中心城區主要為引入鐵路樞紐新設客運站或引入既有站設站兩種情況，新建通過式中間站伸入市區內設站較少，市區內設站約占111個統計樣本的17.1%。

(2)受地形、拆遷、城市規劃及線路宏觀走向等影響，山區高速鐵路車站主要設置在城市外緣，其中站址與城市距離為0～5 km的車站有55個，占統計樣本的 49.5 %；10 km及以內的近郊車站占統計樣本的87.3%。據圖9可知，8個典型山區高速鐵路車站的近郊站址占比在80%及以上，10 km以上的遠郊站址占比在20%以下。

綜上所述，山區高速鐵路站址與城市空間距離應以“近而不進”為宜。

3 山區高鐵車站站型設置

山區高速鐵路以1～2個站臺的中間站為主，占比達65.8%，本文以該類型車站為列分析山區高速鐵路車站站型設置特點。

3.1 高速鐵路車站普適站型

高速鐵路車站一般采用正線中穿橫列式布置圖型[7-8]，站臺和到發線均衡布置在正線兩側，車站兩端分別設置1～2組渡線。為減少場坪寬度，車站站臺與股道、股道與股道之間均按規范規定的最小距離設計，如圖11所示。

圖11 高速鐵路中間站標準圖型[8]

3.2 設站條件較好時的山區高速鐵路車站站型

山區高速鐵路在設站條件較好時，站型以采用普適布置圖型為主。當站內有橋隧工程時，可適當調整車站布置形式，達到工程簡單、工程節省的目的。如為避免道岔上橋，渡線可集中在咽喉一端設置(如圖12所示)；當車站架空設橋時，站房可布置在線側下或線正下，充分利用立體空間(如圖13所示)。

圖12 車站渡線集中設置在咽喉一端布置示意圖

圖13 線下式站房布置示意圖

3.3 特殊地形地質條件下的山區高速鐵路車站站型

特殊地形地質條件下，若車站按普適圖型布置時，工程代價和工程風險極高，則應根據工程技術條件對站型進行特殊設計，即針對不同的地形、地質條件，結合站內橋、隧、路工程條件，因地制宜差異化布置車站平面。

3.3.1 “一線天”地形條件下車站布置圖型

“一線天”地形條件下，車站布設在兩座隧道之間，當露天段無法滿足站坪長度需求時，咽喉需伸入隧道。為避免形成四線隧道，車站到發線按縱列錯尺布置，將車站兩端隧道簡化為三線隧道，站房和站臺設置在露天段，如圖14所示。

圖14 “一線天”車站到發線縱列式布置示意圖

3.3.2 隧道分修工程條件下的車站布置圖型

當車站位于需要分修的長大隧道附近時，站內上下行正線應拉開一定間距，以滿足隧道分修條件，此時車站平面可采用正線外包4線夾1臺“燕尾式”布置圖型，如圖15所示。

圖15 正線外包布置示意圖

3.3.3 車站設于隧道內的布置圖型

山區高速鐵路受地形條件控制，無設置地面車站條件時，可在隧道內設置車站，受隧道最大開挖跨度限制，地下車站的正線與兩側到發線及站臺應單(雙)線分洞設置，同時站臺與地面站房應設置進出站通道連接，如圖16所示。

圖16 地下車站平面布置示意圖

3.3.4 到發線外繞設站布置圖型

隧道內設置車站工程難度大，工程投資高，旅客疏散相對困難，當隧道外方有設站條件，且受線路走向、地形影響，正線不能繞行時，可采用正線順直通過，到發線外繞到隧道外方設站的布置圖型[2]，如圖17所示。

圖17 到發線外繞設站平面布置示意圖

3.3.5 盡端式車站布置圖型

盡端式車站布置圖型國內較少，國外較普遍，多設于城市中心。當受線路宏觀走向影響或受地質、環保等限制，山區高速鐵路不具備繞行貫通式設站條件時，可采用正線順直通過，聯絡線下線設盡端式車站的特殊布置形式，如圖8、圖18所示。

圖18 盡端式車站平面布置示意圖

4 山區高速鐵路車站站坪設置

車站站房場坪形式和高程是影響車站工程體量的關鍵，站坪形式應結合線路引入條件、工程投資及站址周邊自然條件、城市規劃等綜合比選確定，站坪高程應統籌考慮站區立體空間開發需要，并利于站前廣場和市政道路等配套設施的銜接。

4.1 一般條件下的站坪設置

站址周邊自然條件較好時，站坪應優先考慮設置在路基上，為減少工程建設對自然環境的影響，場坪盡量填挖平衡，并根據工程條件確定站房場坪采用線側平式、線側下式或線側上式。

4.2 復雜地形地質條件下的站坪設置

山區高速鐵路受自然條件制約，橋隧比重高，若站內路基段長度及寬度不滿足站坪設置要求，則站坪不可避免地需設置在橋梁上、隧道內或橋隧相連處。根據不同地形、地質條件，車站站坪可采用半橋半路基(平面布置如圖15所示)、全橋(平面布置如圖13所示)、橋隧路相連(平面布置如圖14所示)、隧路相連(平面布置如圖17所示)和全隧(平面布置如圖16所示)5種形式。其中，以橋、路工程相連最為常見，包括站坪沿線路縱向設置在橋路工程上和一面坡地形條件下站坪橫向設置在橋路工程上兩種形式。

山區高速鐵路沿線城市具有土地資源緊張，站房及站前廣場等配套設施布置局促等特點，車站站坪應充分利用地形條件因地制宜設置。站內高填方路段應做橋路方案比選，在工程投資相差不大，且有車站立體空間開發需求時，應以橋方案為主。

5 結束語

山區地形地質條件復雜，山區高速鐵路橋隧比重高，沿線經濟據點分散，站點設置對正線繞行長度影響較大，應結合線路走向合理分布車站。山區高速鐵路以2個站臺規模的車站為主，重要城市車站規模根據客流量和客車對數等確定，復雜山區應因地制宜設置站址、站型和站坪。

復雜山區高速鐵路站場工程具有特殊性和多樣性，應根據不同工程技術條件進行差異化創新設計，達到降低工程風險、節省工程投資、節約土地、運輸組織靈活、旅客出行便捷和服務地方經濟發展的目的。