山地城市轨道交通的选线难点与应对方法

王 亮

(北京城建设计发展集团股份有限公司 北京100037)

城市轨道交通作为一种运量大、速度快的公共交通工具，是引导城市发展、解决大城市交通拥堵的重要交通方式。近年来，国内大部分大城市开始进行轨道交通的规划和建设，解决交通问题并促进经济发展。重庆、青岛等山地城市受到地势起伏大、山川河流分割、道路网不规则等条件的制约，其轨道交通选线与平原城市有很大区别，笔者以重庆为例，分析山地城市轨道交通选线的难点，并提出应对方法。

1 重庆城市特点概述

1.1 城市空间布局

重庆是我国重要的中心城市之一，是国家历史文化名城和重要的现代制造业基地，是长江上游地区的经济中心、西南地区的综合交通枢纽。

重庆的自然本底，或者说自然限制的两大因素是江和山。重庆市主城区位于东部明月山和西部缙云山之间，被铜锣山和中梁山隔断，形成了南北方向的三大块地域，形成的三块地域又被长江、嘉陵江切割，形成“一城五片”的城市结构，如图1所示。

图1 重庆“一城五片”的城市结构

鉴于重庆城市的自然特点，多中心组团式思想已经成为重庆城市发展的准绳。《重庆市城乡总体规划(2007—2020)》确定，城市空间结构为“一城五片、多中心组团式”。经过城市及其规划的发展与演变，目前重庆的组团数量也由原来的16个拓展至21个，如图2所示。

1.2 轨道交通线网规划情况

重庆市远景规划线网由18条线路组成“环+放射线”形状，总规模约820 km［1］，其中主城区约780 km，中心城区约485 km［2］。

图2 重庆“多中心组团式”发展的城市结构

目前，开通运营的线路包括1、2、3、6号线、6号线支线，其中2、3号线为跨坐式单轨交通系统，其余线路为传统钢轮钢轨交通系统。

重庆轨道交通第二轮建设规划(2012—2020年)的建设项目包括4号线一期(昆仑大道—唐家沱)、5号线一期(园博园—跳蹬)、6号线支线(礼嘉—沙河坝)、9号线(站西路—花石沟)、10号线(兰花路—王家庄)、环线(重庆西站—重庆北站—上新街—重庆西站)等6条轨道交通线路，如图3所示。

2 山地城市轨道交通选线难点

2.1 建设用地紧张

山地城市用地分散，大多沿河流、铁路等交通干线或地形交错带呈“边缘优势”分布，孤立的山地相对分布少，在广大山区尚未形成完善的城市体系。山地城市的地形一般较为狭窄，有限的台地、平坝集中了大量的城市建筑，因此组团式发展特点非常明显［3］。

以重庆为例，目前规划中的组团数量有21个，其中以渝中组团为代表的老城区发展时间长，成熟度高，开发强度大，地上、地下建(构)筑物和管线等密度极大，线路通过非常困难。而组团之间则受到地形地势的影响，开发密度相对较低，线路通过相对容易。

图3 重庆轨道交通第二轮建设规划

2.2 道路狭窄且不规则

在重庆城市发展过程中，受到自然条件的制约，其城市道路网往往采用“随坡就弯”的原则进行设计和建设;同时由于可建设用地少，道路宽度往往比较狭窄，几乎不具备地上敷设高架线路的条件，同时可供占路施工的条件也很差。以上特点在老城区表现得尤为严重，图4是重庆市渝中半岛的道路网，可见其非常不规则，无法像平原城市选线一样沿城市干道敷设线路。而在新规划和开发的城区，此情况则得到了一定的改善。

图4 渝中半岛狭窄而曲折的道路网

2.3 地势制约明显

山地城市轨道交通选线受地势制约主要表现在两方面:一是地面高低悬殊，二是地势变化急剧、起伏大。

地面高低悬殊主要对线路整体走向有一定影响，以重庆10号线为例，自低点上湾路站至其最高的江北机场区域，线路长度约为8.83 km，地面高低变化达到165 m，而线路一路爬坡，轨顶标高变化也达到了155 m。另外，由于山地城市地势高差大的特点，其城市道路在设计和建设中坡度也很大，40‰及以上的纵坡使用非常普遍，而对于常规轨道交通来讲，爬坡能力在35‰以下［4］，无法完全适应道路坡度的变化，再加上设站需要缓坡、连续提升高度等限制条件，山地城市选线时纵断面设计难度很大。受地势高差大的影响，山地城市轨道交通的车站经常出现埋深极大的情况，如重庆既有1号线的马家岩站轨顶埋深75.75 m［5-6］，规划10号线的红土地站，轨顶埋深82.5 m［7］等等。车站埋深大，带来了工程造价高、设备使用多、乘客服务水平低、安全疏散困难等一系列问题。

地势变化急剧、起伏大的制约主要体现在对线路局部工程方案的影响上。由于地势变化急剧且起伏大，重庆在城市发展过程中存在大量的挖方和填方工程，以满足建设用地需要，故在线路沿线存在大量的天然冲沟及回填冲沟。在天然冲沟地段，容易出现轨道线路露出地面的现象;而在覆盖区域大的深填方区，线路在不得不进行穿越时，工程方案无论采取明挖还是暗挖都非常困难，存在安全隐患。

冲沟高回填区是在重庆山地城市选线中很容易遇到的一种较难处理的情况。山地城市在发展过程中，为获得更多发展空间，在建设进程中经常将大量冲沟填平以获得更多平地。由于回填土的质量以及冲沟作为天然排水通道的富水性，导致轨道交通隧道通过时施工难度极大。以重庆10号线三亚湾—上湾路区间为例，如图5所示，填方区域大而深，采用明挖方案，需打桩长度最大约55 m;采用暗挖方案，线路即使使用44‰的坡度也仍然需要在填方区域通过［7］。这种情况的工程建设风险较大，施工时的安全保障和施工后的沉降控制都是需要重点关注的要素。

图5 线路穿越深填方区时的纵断面方案比较

2.4 控制性建(构)筑物众多

山地城市的自然特点决定了线路沿线控制性的建(构)筑物种类和数量众多，主要包括桥梁、隧道、大型边坡、桩基础、管涵5种。桥梁、隧道主要是在城市发展过程中，由于受到地势控制，城市道路、铁路等不得不依据地势而采用了桥梁、隧道的通过方式。桥梁包括了跨越河流的桥梁、立交桥梁、局部旱桥等形式;大型边坡是为了获得新的建设用地，不得不对原有山岭、高地等进行大面积削方;基础桩主要出现在填方区，在大型填方区域进行建设时需要采用桩基础，以保证建(构)筑物的稳定性;管涵则主要是出于排水需要，在进行地形改造时留下的供水体通过的构筑物。此外，还有电缆、天然气等其他种类的管线。

上述的桥、隧、坡、桩、涵是山地城市选线时需要重点关注的控制性要素。而对于线路下穿常规建(构)筑物，如高层楼房、居民区等，由于山地城市天然基础较好，并且线路埋深较大，所以只要其不位于深填方区，反而比平原城市选线时下穿建筑要容易许多。

3 山地城市轨道交通选线应对策略

3.1 轨道交通建设时机的选择

针对山地城市建设用地紧张、高强度开发后往往道路网狭窄且不规则的特点，笔者认为:在山地城市进行轨道交通规划和建设时，可以适度考虑采用TOD(transit-oriented development，公共交通导向开发)发展模式，希望通过公共交通来引导土地利用和城市开发。此种发展模式提倡以轨道交通车站为中心，以适宜的步行或常规公交距离为半径，在这个范围内混合使用土地。TOD模式有利于对土地进行高强度综合开发利用，可以实现对城市土地的集约化利用［2］。

TOD发展模式在山地城市具有很大的优点，但仍应注意建设时机的选择。建设时机过晚，无法达到TOD的目的和效果;建设时机过早，则容易造成轨道交通相当程度上的闲置和浪费，形成经营方面的负担。故应适度采用，科学决策，选择最佳时机进行轨道交通的建设。

3.2 平面选线应对方法

3.2.1 不苛求沿道路敷设，适当加大区间埋深

针对重庆道路狭窄且不规则的特点，轨道交通平面选线应突破平原城市选线尽量沿城市主干道敷设的原则，不必苛求。山地城市在选线过程中，可以充分利用地势高低变化的特点，加大线路埋深，在道路分隔所成的地块下方通过。由于埋深较大，所以一般区间可以不受城市道路方向控制。

3.2.2 以车站位置确定线路走向

山地城市建设用地紧张、组团式发展特点显著，车站位置的选择首先要服从城市发展特点的需要。在具体设计中，首先应该确定各组团的大型客流集散点，然后因地制宜地选取满足车站布设的位置，较为灵活地布置车站的出入口、风亭等附属建筑［8］。在车站位置大致确定后，对各车站用区间进行连接并对车站进行适当调整［9］。此过程需要线路专业与建筑等专业紧密配合，最终选出合理的站位和线路方案。

3.2.3 避免单边客流

山地城市选线应注意尽量避免线路尤其是车站设置于山岭的坡脚位置和邻近陡坡的位置，山脚和邻近陡坡处客流具有明显的单边特征，轨道交通利用效率不高。在城市发展呈带状分布的情况之下，应将车站尽量布设于城市发展带状的中心区［8］，充分发挥轨道交通的作用与效益。

3.2.4 对控制性要素首选平面绕避

本原则与平原城市选线原则基本一致，对桥、隧、坡、桩、涵等控制性要素尽量考虑平面绕避。但桥、隧、涵的分布并非点状分布，填方区的分布也涉及很大区域，平面上往往无法完全绕避，在此种情况之下，需要预先判断纵断面处理的难点所在，选择纵向通过空间最为经济合理的平面位置敷设线路。

3.3 纵断面选线的应对方法

3.3.1 节能坡设置与区间泵站数量

平原城市选线纵断面设计时，往往将车站设置于凸形部位，达到“进站减速、出站加速”的节能坡效果。山地城市由于地势高差大、变化快，则不苛求节能坡设置，应该首先考虑适应地势地形变化，在条件良好时才适当考虑设置节能坡。同时，根据重庆地铁运营的经验，由于区间与车站高差大，区间泵站往往受到各种因素的影响而排水效果不理想。所以，应尽量减少区间泵站的数量。可以通过在两站之间的区间采用单向坡或人字坡等方式实现。

3.3.2 最大坡度与长大坡段问题

《城市轨道交通工程项目建设标准》中提出，对于常规钢轮钢轨系统车辆，当正线线路坡度大于30‰或连续提升高度大于16 m时，要根据列车动力配置、线路具体条件和环境条件，均应对列车各种运行状态下的安全性和运行速度进行全面分析评价［10］。此条标准对山地城市选线，在一定程度上形成了较大制约。

在重庆轨道交通建设中，由于地势高差大，多条线路都突破了此限制，如1号线线路穿越中梁山隧道段时采用27‰坡度，持续上坡2 750 m，爬升高度74.25 m;10号线在采用新研制的As车的前提下，线路最困难处采用了44‰的坡度，连续提升29.04 m。1号线目前已经投入使用，经过实际运营的检验，基本不存在安全问题。在第二轮建设规划中，重庆正在研发山地城市As车，积极推进地方规范的编制和使用，这将有利于解决最大坡度和长大坡段的问题。

3.3.3 车站埋深问题

车站埋深问题，大原则是尽量将站位选择在沟谷区域以减小车站埋深。在线路纵断面设计过程中，结合天然地貌特征尽量使车站位于沟谷地区，利用区间隧道通过两侧地势较高的山岭。这既可以照顾到车站周边的客流需求，又有效减小了车站的埋深，可以在很大程度上解决车站埋深过大带来的一系列问题。

3.3.4 天然冲沟和回填冲沟

两山间较低地区往往为天然冲沟，天然冲沟在雨季时承担山区泄洪通道的作用。由于有车辆爬坡能力及车站埋深要求的限制，选线时往往形成线路在两侧山岭地区埋深较深，而到天然冲沟地段露出地面的现象。在线路纵断面设计中，可通过设置涵洞代替天然冲沟、降低线路埋深或采用桥梁形式通过等方法，减少其对线路设计的影响。

对于回填冲沟，在平面无法绕避的情况下，应在详细地质资料指导下，首先考虑尽可能降低隧道标高，下穿回填冲沟的设计方法;其次，当无法下穿回填冲沟时，应尽量考虑将隧道底标高放置在原状岩石上，有利于控制工后沉降;再次，线路区间不得不在填方区中部穿越时，可以考虑长桩基础明挖、注浆固结暗挖或者打钢管桩暗挖等施工方法，综合考虑地层加固、超前支护、基础处理等加强措施，从而保证施工安全及控制地层、结构沉降。在最不利的第三种情况下，当采用暗挖法施工时，线路也应当尽量加大埋深，减小线路下方填方区的深度，以减少地基处理的工程量和工程难度。此外，具体的施工方案还应考虑地下填方区内富含的地下水的流动问题，尽量保留其排水通道的功能。

3.4 研制适合山地城市的车辆

重庆作为典型的山地城市，坡陡、弯急、高差变化剧烈的特点非常明显，轨道交通车辆制式应该最大可能满足平面转弯能力强、纵向爬坡能力大的特点。已经开通的重庆2、3号线使用支撑和走行均为胶轮的单轨跨坐系统，很好地体现了以上所述优点。目前，重庆正在研发山地城市As型车辆，通过对现有A型车、B型车进行性能优化与改进，改变动车拖车比例等途径，使该车型预计最小平面转弯半径可降至250 m，爬坡能力最大可达50‰。此外，列车在适应重庆山城特点，具备转弯半径小、爬坡能力强特点的同时，还能提高乘坐舒适度，在一定程度上提升运量。

3.5 制定适合山地城市的地铁规范

我国内地现有的地铁设计规范是在前苏联地铁规范的基础上，总结吸收了北京、上海、广州等平原城市轨道交通建设与运营经验后形成的。重庆是全国典型的山地城市，城市特点明显有别于多数平原城市，在规范应用时应充分考虑其特殊性［11］。目前，北京、上海等城市都单独制定了地方性的地铁设计规范。考虑重庆城市特点，结合轨道交通第二轮建设规划，和山地城市As型车的开发，重庆也初步编制完成了《重庆市地铁设计规范》，计划作为重庆第二轮建设规划的指导文件，这对于山地城市的选线具有相当重要的意义。

4 结语

笔者根据从事重庆轨道交通选线工作的经验，结合重庆既有轨道交通线路的设计、建设与运营经验，对山地城市轨道交通线路设计的难点进行了归纳总结，提出了在山地城市线路设计中应重点考虑的控制因素，并给出了应对方法，同时也对重庆轨道交通建设的最新动态和发展方向进行了简要论述，希望能够为山地城市线路设计工作提供一定的借鉴和参考。

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