基于工程可实施性的地铁线路设计方案优化案例分析

2015-06-28冯磊

城市轨道交通研究 2015年10期

冯磊

(北京城建设计发展集团股份有限公司，100037，北京//高级工程师)

城市轨道交通工程从立项到审批，主要经历建设规划、工程可行性研究(以下简为“工可”)和初步设计等几个阶段，随着每个阶段研究的深入，方案都会有不同程度的调整，工程规模和投资也会发生相应变化。较大的方案调整和投资变化往往会给方案上报和审批带来一定的难度，有时也会给建设单位的工程建设造成一定的被动，尤其是在初步设计和施工设计阶段，经常存在由于工程实施原因引起方案调整从而影响建设工期和批复概算额度不足等问题。

本文以南京地铁3号线为例，重点分析设计方案的优化在后期工程实施过程中起到的举足轻重的作用，包括如何通过方案优化减少下穿的沿线房屋数量、减小工程实施风险和费用，如何通过场段用地的调整减小工程实施难度和工期压力，以及结合规划调整方案实现地铁服务功能和可实施性的平衡。

1 南京地铁3号线工程概况

南京地铁3号线北起林场站，南至秣周东路站，沿线途径浦口区、鼓楼区、玄武区、秦淮区和江宁区，线路全长约45 km，除起点林场站及林场至星火路站部分区间采用高架敷设方式外，其余均采用地下敷设方式。全线设站29 座，其中高架站1 座，地下站28 座。采用 A 型车6 辆编组，直流1 500 V 架空接触网供电，最高运营速度80 km/h。全线设林场停车场和秣周车辆段各一座，主变电站两座，控制中心1 处。3号线线路走向如图1所示。

3号线批复工程概算297.62 亿元，平均造价指标6.63 亿元/正线km，于2010年下半年开工建设，2015年4月建成通车试运营。

2 设计过程回顾

建设规划阶段和工可阶段，3号线方案基本相同。线路起自林场站，终点至东大九龙湖校区站，全线设28 座车站，设林场停车场和双龙街车辆段(自大明路站接轨)各1 座。

图1 南京地铁3号线线路走向示意图

初步设计阶段，经方案深化和优化，针对建设规划和工可方案主要做了以下几个方面的调整:

(1)林场站站位西移约1.1 km，以更好地服务于周边客流及与规划城际铁路对接;

在此次研究中,对照组使用了常规护理方式,观察组使用了临床护理路径,对两组的护理情况进行对比分析,经过治疗,观察组的疾病知晓率是90.00%(45/50),治疗依从性是92.00%(46/50),对照组的疾病知晓率是78.00%(39/50),治疗依从性是82.00%(41/50),结果存在统计学差异性(P<0.05)。两组的阳性、阴性症状经过治疗均有所改善,观察组的改善情况比对照组突出,结果存在统计学差异性(P<0.05)。

(2)增设星火路站和秣周东路站，取消位于宏运大道站与胜太西路站之间的秦淮路站;

(3)车辆段由双龙街车辆段调整至秣周车辆段;

(4)天元西路站至诚信大道站区段由高湖路走廊调整至清水亭西路走廊。

此外，各具体车站站位及线路走向也根据方案深化结果进行了适当的调整和优化，如原雨花门站主变电站调整至南京南站主变电站。

3 针对工程可实施性的方案优化案例分析

南京地铁3号线穿越主城中心区，沿线建成度高，建筑物密集，工程地质条件较为复杂，施工风险较大，且3号线工期较为紧张，工程投资压力较大。如何在设计过程中有的放矢地针对上述问题进行方案调整和优化，是设计人员需要重点解决的问题。

3.1 调整平面线形，减少受影响的房屋数量

3号线设计过程中，主要针对原工可方案在以下几个方面进行了平面线形调整，以减少下穿和受影响的房屋数量，进而减少拆迁工程量及降低施工难度，增加工程可实施性。

3.1.1 合理选择斜穿地块的线路曲线半径

为尽量减少线路从地下斜穿地块时受影响的建筑物的数量，线路选线和设计时一般采取不低于全线最小曲线半径标准的较小平面曲线半径，以达到线路线形和对沿线地块及建筑物影响的相对平衡。以3号线九龙湖站站后区间为例，3号线线路在出九龙湖站后，沿清水亭西路向东，在双龙大道路口右转进入双龙大道路中，线路斜穿拐角地块并需要下穿多栋既有建筑物。在3号线设计过程中对该处曲线半径进行了350 m 和400 m 的方案比选。在采用350 m 曲线半径的情况下，区间线路少侵入地块约25 m，少下穿3 栋既有建筑物(建筑物面积达23 510 m2)。350 m 半径虽然为全线最小曲线半径，但由于全线有多处350 m 半径的曲线，因此并没有降低全线的线路标准。

经综合比较分析，最终选择采用350 m 的曲线半径(见图2)，以减少线路下穿建筑物数量，避免可能引起的建筑物拆迁。

图2 南京地铁3号线九龙湖站后区间线路优化

3.1.2 局部困难地段适当增加线路曲线数量

线路选线过程中，有条件时线路应尽量布置在较宽的道路内，以减小对道路两侧用地和建筑物的影响。但受线网规划及相关外部条件的制约，部分地段不可避免地会沿着较窄的道路敷设，如果道路线形较为曲折，且道路两侧建筑物较为密集，退让道路红线较少，则势必会引起地铁线形平顺性与两侧建筑物拆迁(或下穿建筑物)的矛盾。该种情况下，选线时不能一味追求线路线形的平顺性，而是应该根据外部条件综合考虑。

以3号线雨花门站至卡子门站区间为例，工可研究阶段，线路出雨花门站后，采用一处500 m 半径的曲线下穿晨光路西侧雨花村住宅小区，然后再拐回晨光路。该方案线形相对较为顺直，但需要直接下穿10 栋5～7 层的住宅楼。虽然所下穿建筑物均为浅基础形式，盾构推进时不存在与建筑物基础的直接矛盾，但由于区间采用直接下穿方式，在盾构施工和后期的运营过程中可能会产生振动等对居民较为不利的负面影响。根据相关的工程经验和教训，此类方案一般会受到沿线居民的强烈反对，甚至会发生现场阻拦施工及上访等引发社会不稳定因素的情况。

为此，设计单位对该区间线形进行了适当调整，由原方案的一组曲线调整为半径分别为1 000 m 和350 m 的两组曲线，如图3所示。调整后线形虽然较原方案稍差，但区间线路基本位于道路红线内，避免了线路直接下穿居民楼，极大地减小了工程实施难度和实施风险。

图3 南京地铁3号线晨光路段线路优化

3.1.3 适当减小线间距，减小对两侧建筑物影响

地铁线路尤其是骨干线路一般敷设于城市中心区和老城区，沿线建筑物较为密集，部分道路红线较窄。在这种情况下，线路应尽量敷设于道路红线内，以减小对两侧建筑物的影响。但有时道路两侧的建筑物退让道路红线较少或没有退让，甚至部分建筑物位于道路红线内(即道路红线尚未完全实现规划)，此时，可结合沿线地质条件，采取适当减小线间距的方式来减小盾构区间施工期间对周边建筑物的影响。

在3号线所沿太平南路段，道路红线宽度仅约33 m，且两侧建筑物年代较为久远，大部分没有退让红线或位于道路红线内，为尽量减小施工和运营期间对沿线的影响，减少沿线建筑物的拆迁，设计单位采取了适当增加曲线数量和减小区间线间距(约11 m)的方法，使区间线路没有直接下穿路侧建筑物，从而避免了可能的建筑物拆迁，如图4所示。

图4 南京地铁3号线太平南路段线路优化

据初步统计，通过上述线形调整，与工可阶段方案相比，实施方案少下穿房屋约25 栋，一方面减少了可能的大量拆迁费用，另一方面也避免了大量的工程实施矛盾，对工程的顺利推进起到了积极的作用。

3.2 调整场段位置，减小拆迁费用及工期压力

地铁车辆段和停车场占地面积较大，在段场位置选择时，应尽量避免将其设置在有大量建筑物的地块内，以减小拆迁费用和工期压力。

在工可方案中，3号线车辆段位于京沪高铁、绕城公路和宁溧路所夹地块内，从大明路站接轨。在3号线初步设计过程中，设计单位通过现场踏勘发现，双龙街车辆段地块用地范围内有大量民宅和厂房，多为1～3 层建筑物，拆迁工程量较大，拆迁面积约17 万m2。且拆迁范围内不仅有大量工厂，还涉及三个村庄，拆迁难度大、周期长。考虑到3号线需在2014年下半年(原计划)通车试运营，在工期压力较为紧张的条件下，双龙街车辆段用地范围内的拆迁进度极有可能成为3号线能否按期通车的决定性因素。

而在3号线工可报告专家评审意见中，专家认为双龙车辆段段址并不理想:一是段址离接轨站较远，出入段线长度近3.5 km，对运营不利;二是段址地块狭窄、拆迁量大，总图布置比较困难，也将影响作业;三是车辆段位于全线线路中部约1/3 处，收发车距离较长，使用较为不便。设计单位对双龙街车辆段的位置进行了详细的研究和方案比选，最终提出将双龙街车辆段调整至线路端部基本没有拆迁的秣周车辆段段址，不仅减少了大量的工程拆迁，减少了工期和工程投资，也使功能更趋合理。

此外，在3号线原设计方案中，终点位于秣周车辆段北侧的东大九龙湖校区站，考虑到新的车辆段用地距离终点站较远(约1.8 km)，设计单位结合车辆段新址将3号线终点延伸一站至秣周东路站，同时设置八字线出入线，解决了列车调头问题，可减少轮对偏磨、降低运营成本。调整后的终点站秣周东路站周边规划有大片住宅用地和部分商业用地，且部分住宅用地已开工建设，因此，线路延伸设站后，也有利于服务车站周边的客流，有效地与周边规划进行衔接。

图5 秣周车辆段段址及秣周东路站周边规划示意图

车辆段位置调整后，与工可方案相比，线路延伸约2.5 km，增加一座地下车站秣周东路站，车辆段出入线分别从秣周东路站前和秣周东路站—东大九龙湖校区站区间接轨，成“八字线”布置。调整后方案在满足车辆掉头、减少轮缘偏磨、方便收发车功能的同时，也更有效服务了车站周边客流;虽然线路延伸后增加工程投资约6.5 亿元，但却减少房屋拆迁费近16 亿元，综合投资节省近10 亿元，且有利于加快工程实施进度。

3.3 优化线路走廊，减小实施矛盾

合理的设计方案可有效降低工程实施矛盾和投资。在线路选线过程中，区间线路应尽量躲避沿线建、构筑物，并保持合理的避让距离;车站范围应综合考虑临时施工用地、管线改移空间，以及车站宽度、出入口和风亭布置条件等因素，以避免后续施工期间对临近风险源尤其是临近建筑物的影响。

以3号线天元西路站至诚信大道站线路方案(见图6)为例，在工可方案中，线路出天元西路站后左转至高湖路，在高湖路、马浦街路口设高湖路站，出站后线路右转至双龙大道，然后沿双龙大道向南至诚信大道站。总体设计单位在初步设计过程中，认为高湖路宽度仅15 m，周边多为厂房、别墅，环境闭塞，客流稀少，且由于道路狭窄，实施条件较差，管线无处改移。同时，线路出天元西路站后，在拐向高湖路转弯处需下穿多处楼房，实施难度和工程风险极大。因此，初步设计中总体设计单位提出该段路由改走清水亭西路的方案:线路出天元西路站后沿利源路向南，在牛首山河前左转，下穿牛首山河和九龙湖公园后拐向清水亭西路，设九龙湖站，然后线路在双龙大道前右转，接原方案走廊。与原方案相比，新方案外部矛盾较少，区间下穿楼房较少;新站位周边规划用地性质多为住宅和教育、科研用地，客流吸引条件较好;站位周边场地较为开阔，工程实施条件较好。最终，经与地铁公司及规划部门沟通，确定将该方案作为工程实施方案，最大程度减小了工程实施风险。

图6 天元西路站至诚信大道站区段方案比选示意图

3.4 对接规划，达到功能与实施性的平衡

一个工程方案的优劣，不光要看方案的工程可实施性，还要注重方案与规划对接的合理性，二者缺一不可。例如，工程实施条件好、难度小，但可能存在与规划不吻合或不协调之处;方案与规划衔接较好，但可能存在工程实施难度较大、工程代价较高等问题。因此，在具体工程实践中需综合考虑，达到二者的平衡。

工可方案中，3号线起点站位于国铁林场站附近，站后接林场停车场，车站和出入线位于既有泰花路附近(见图7)，与泰花路的矛盾以及工程实施难度均较小。在初步设计方案中，考虑到原林场站周边客流吸引条件相对较差，且站位与规划城际走廊相隔较远，不利于后期城际站与地铁站的换乘，为此结合规划将林场站西移约1.1 km，使其更靠近规划城际走廊(见图8)。虽然方案调整后需大范围对既有泰花路进行改移，沿线实施矛盾有所增大，但新站位与规划城际铁路结合得更好，且周边客流吸引条件也较好，因此新方案更加合理，功能更为完善，真正达到了功能与可实施性的结合与平衡。同时，林场站站位调整后，距原方案中下一站东大成贤学院站约3.6 km，区间长度较长，结合星火路路口周边规划用地性质，在星火路路口增设星火路站。

图7 林场站站位工可方案示意图

图8 林场站站位实施方案示意图

同样，取消秦淮路站也是设计单位综合考虑车站周边以工业和教育科研为主的规划用地性质、前后站间距，以及车站周边规划市政高架桥、河道和管线等的工程实施性等因素后达到的功能和实施性平衡的结果，由于篇幅关系，在此不再赘述。

4 优化要点和阶段分析

综上所述，为尽量减少工程规模和工程投资的变化给方案上报、审批和实施带来的影响，在方案研究过程中应加强对可实施性的分析，着重注意对沿线建筑物的影响分析以及在规划层面的对接。建筑物的影响范围或拆迁量的大小会直接影响工程投资规模，而建筑物的拆迁是制约工程能否如期完工的重要因素之一，也是关系社会稳定和民生利益的重要因素。由于工程拆迁而造成投资规模或工程方案较大调整的案例时有发生，因此，应加强方案优化，尽量避让沿线建筑物，减少工程拆迁量;对于占地面积较大的场段等设施用地，应尽量避免占用既有建筑物较多的地块。同时，与沿线规划的对接对于方案的稳定至关重要，只有与规划充分对接，达到功能与实施性的平衡，在后期实施阶段方案才不至于有较大调整甚至“翻车”的可能性。

从设计阶段来讲，应尽量在总体设计和初步设计阶段完成相关的方案优化。一方面，工可阶段由于研究深度有限，方案尚不能完全落地，存在一定的变化和调整可能性，而总体设计和初步设计阶段，随着沿线建、构筑物等基础资料的收集以及与沿线规划等部门的充分对接，方案研究逐步深入，在该阶段基本上可以达到稳定方案的目的;另一方面，初步设计概算作为初步设计文件和政府投资项目批复文件的主要内容，概算额度应力求准确并留有一定的余量，以避免后期的概算调整，这也要求在初步设计以后应尽量避免较大的方案调整。