橘子洲地铁站规划设计的几个关键技术问题

傅萃清

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉//高级工程师)

1 橘子洲地铁站规划建设的必要性

橘子洲为长沙市城区湘江水域中的小岛，岛形狭长，地形平坦，现为开放式休闲景区。橘子洲大桥从岛上横跨而过，大桥南北两侧有匝道与景区相联。橘子洲南北长达5 km，最宽处仅约300 m。1925年，毛泽东从广州回到湖南领导农民运动，寒秋时节，重游橘子洲，写下了《沁园春·长沙》，由此橘子洲声名大振。1961年橘子洲被辟建为橘洲公园，1962年对外开放，1998年更名为岳麓山风景名胜区橘子洲景区，2001年更名为长沙岳麓风景名胜区橘子洲景区。2004年5月，长沙市委市政府作出全面整治橘子洲的重大决策，成立橘子洲开发建设指挥部，对橘子洲进行提质改造。为更好地发展橘子洲得天独厚的旅游资源，突出“山水洲城”的城市特色，长沙市政府做了《岳麓山国家级风景名胜区橘洲景区详细规划》，将橘子洲和其北面的傅家洲进行一体化规划(南北长约6 km)，旨在充分发挥和利用橘子洲的自然与历史文化资源优势和特色，建设一个以自然风光为主体，以“生态、文化、旅游、休闲”为主题，生态环境优美、功能布局合理、景区特色鲜明、基础设施配套完备的生态、文化休闲景区, 使橘子洲成为“生态之洲”、“文化之洲”、“生命之洲”。2007年12月24日，国家批准长株潭城市群为全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区，加快了长沙市“一洲两岸”风光带建设的步伐，橘子洲景区工程是长沙市“一洲两岸” 风光带的核心部分。2009年4月21日橘子洲改造成为开放式休闲公园对游客免费开放，随着观光游客和休闲市民流量大增，每日入园游客数量很快突破10万人次。由于橘子洲景区与城市道路之间只能通过双向四车道的橘子洲大桥进行联系，因此出入景区十分不便。

2009年1月15日，国家发改委批复长沙市城市快速轨道交通近期建设规划，同意长沙市建设地铁1、2号线一期工程。其中，地铁2号线横贯城市东西，连接两大火车站和汽车西站等重要交通枢纽，是长沙市城市轨道交通网络中最重要的骨干线路。2号线穿越湘江和橘子洲，如在橘子洲设地铁站，则可实现橘子洲景区与外界最快速、最便捷、最舒适的交通衔接，通过轨道交通网络，能最大限度地服务源自城市各主要区域和对内对外交通枢纽的游客，将在有效缓解橘子洲大桥交通压力的同时，给广大游客出行带来极大的方便。一方面可以丰富广大居民的生活方式，扩大橘子洲的影响，提升长沙市城市形象；另一方面可以大大减少进出橘子洲景区的汽车量，减少景区内公交、大巴、小车停车位的设置，减少景区内机动车尾气的排放，为景区生态环境保护起到积极的促进作用。因此，长沙地铁2号线在橘子洲设站是十分必要的。

2 橘子洲地铁站规划设计的几个关键技术问题

橘子洲为湘江激流回旋、泥沙淤沉堆积而成。地铁2号线穿越橘子洲处的岛内地面东西宽仅约160 m，现状地面高程约36.6 m，仅相当于湘江20年一遇洪水位标高，橘子洲防洪不设防。在橘子洲设站必须稳妥解决橘子洲站建设和运营期间的结构安全、防洪安全和出入口、风亭等地面建筑对湘江汛期泄洪的影响等问题，而且橘子洲站位于全国闻名的5A级风景名胜区，其建设和运营对景区景观和生态环境的影响必须可控。

因此，虽然规划建设橘子洲地铁站很有必要，但由于缺乏类似工程经验，该站的规划设计必须妥善解决以下几个关键技术问题。

2.1 生态环保问题

由于橘子洲大桥北侧有建成不久联通大桥和橘子洲岛的螺旋式匝道桥，且湘江西岸桥头北侧建有交警大楼高层建筑，2号线只能从橘子洲大桥南侧穿越湘江，橘子洲地铁站只能设于大桥南侧的橘子洲岛中央。

根据湘江河床测量资料分析，受橘子洲大桥桥墩的影响，橘子洲岛东侧靠近大桥桥墩处的河床冲刷较严重。考虑到地铁区间安全，东端的橘子洲站—湘江中路站区间应尽量向南偏移以远离桥墩，但紧邻橘子洲大桥南侧有1棵300年以上树龄的古樟树，树干中心距离桥南侧边沿约80 m，树冠直径约30 m。为保护古樟树，统筹考虑车站站位及其两端区间，将车站主体结构外侧距离古树树冠垂直投影距离控制为不小于1 m，车站施工期间采用基坑内降水，并加强保护措施。尽量利用橘子洲岛上的既有建筑作为施工期间生产生活房屋，尽量减少建设活动对周边环境的影响，确保古障树的正常生长。车站施工共需弃土约10万m3，根据规划，橘子洲和其北面洲尾的傅家洲将进行一体化规划建设，即连为一体，故洲尾回填可消化大部分弃土，其余弃土运至长沙市指定的弃渣场弃置。此外，橘子洲站位于湘江水源保护区，车站建设期间和建成运营后生活污水均排放到橘子洲岛上的专用污水管网，不向湘江直接排放污水，施工期间基坑开挖前进行的注浆加固采用安全环保的浆液材料，以实现“环境友好”的目标。

2.2 景观协调问题

为适应周边环境，地铁2号线的线位和站位选择需因地制宜，出入口及风亭等建筑的设计均充分考虑长沙本地文化及橘子洲景区环境，尽量减少对周边既有景观的影响。

车站设计为地下四层岛式站台，设置2个破顶板出入口，均布置在原橘子洲停车场范围内。结合橘子洲景观及车站防洪安全需求，出入口及风亭处采用高筑平台。出入口及风亭建筑风格与周边环境协调一致，充分考虑高平台及出入口对橘子洲景区的景观影响，对站位周边进行重新规划。出入口延续橘子洲上的建筑风格，采用红砖红瓦与坡屋顶，与周边建筑风格遥相呼应，与景区的整体环境相协调。该站出入口建成后又成为橘子洲景区一个新的特色景点，如图1所示。

图1 橘子洲站出入口与景区融合图示

2.3 防洪防汛问题

由于橘子洲站周边环境情况特殊，其出入口和风亭均采用破顶出地面的方式，出入口及风亭的防洪设计采用加筑高平台方案。湘江200年一遇洪水位标高为38.26 m，高出岛内现状地面约1.66 m，根据水利部门的要求需考虑不小于1.5 m的防洪超高。结合湘江两岸的城区地面高程及防洪大堤的实际情况，再考虑防洪超高，最终设计的高平台按200年一遇洪水位高程再加高1.57 m即39.83 m实施，因此所筑高平台高出橘子洲岛现状地面约3.23 m，也高于湘江两岸防洪大堤挡水墙标高。高平台四周做混凝土结构墙，内部素土夯实，局部抬高出入口处的地面，乘客先通过台阶上行至高平台，然后再下行进入车站。

橘子洲岛防洪不设防，洪水位如表1所示。

表1 橘子洲洪水不同水位高程与出现概率对照表

考虑到出入口和风亭都采用顶出的方式，因此将东、西两端的出入口及风亭分别相对集中设置，以便于出入口及风亭处共同采用加筑的高平台防洪，且地面合建的出入口及风亭尽可能减小占地面积，压缩规模，与橘子洲周边环境相协调。每一组风亭、出入口的迎水面方向尺寸仅约15 m。根据橘子洲岛上建筑物现状、历史资料及调查取证结果，证明历朝历代岛上均有人居住，存有较多的人文古迹，如长沙海关、唐生智公馆、水上工人俱乐部等。目前已按规划新建和改造了较多建筑，其中新建毛泽东雕像的尺寸宽83 m高41 m，社会停车场配套建筑基础尺寸为18 m×30 m。所有这些配套建筑物和改造建筑文物均通过了水利部门、规划部门批准。这些建筑物和改造文物的基础占地面积均远远大于橘子洲地铁站出入口和风亭，因此出入口和风亭的设置对行洪的影响是很小的。

2017年7月，湘江流域遭遇罕见的洪涝灾害，7月3日0:12湘江长沙水文站水位吴淞高程39.51 m(黄海高程37.71 m)，创下有记录以来历史新高，橘子洲被洪水贯穿。橘子洲岛地面被淹约1.11 m，橘子洲地铁站出入口平台仍高出水面约2.12 m。橘子洲站因配合防汛大局需要和橘子洲景区闭园而跳站运营，2号线其他车站正常运营，橘子洲地铁站及其两端区间均经受住了考验。

2.4 防渗防淹问题

橘子洲站所处地层由上至下依次为杂填土、细砂、卵石、强风化板岩、中风化板岩、微风化板岩，车站底板处于中风化板岩内。根据历史资料记载与河道地形资料分析，橘子洲河段的河势和形态早在几百年前就已经形成，近几十年来未见明显改变，河道处于相对稳定的平衡状态，橘子洲左右汊分流比变化不大。由于橘子洲河段两岸均为基岩出露形成的节点，控制河床展宽，加上近些年在两岸修建堤防与实施护岸工程以后，橘子洲分汊河段岸边界渐趋稳定。

橘子洲站采用全外包防水设计，为了保护橘子洲车站周边土体的稳定性以及结合车站东西两端盾构进出站加固要求，车站基坑开挖之前对基坑周边土体进行袖阀管注浆加固：在车站东、西两端车站主体围护结构地连墙外围设置一圈800 mm厚素混凝土地连墙，在两墙之间实施袖阀管注浆加固，加固范围宽9m，注浆采用双液浆，注浆对象是砂层、卵石层及强风化板岩；车站基坑南、北两侧袖阀管注浆加固范围宽6 m,加固对象是砂层和卵石层，注浆也采用双液浆。地面注浆浆液类型及注浆参考参数：①浆液类型为水泥浆-水玻璃(1∶1)。②浆液扩散半径为100 cm。③注浆孔间距为120 cm，梅花型布置。④注浆初压为0.5～1.0 MPa，稳压为2.0～3.0 MPa。⑤浆液材料：42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.8∶1～1∶1；水泥水玻璃配比1∶1；缓凝剂为磷酸氢二纳，其参量为水泥质量的1%～2%。图2为基坑周边注浆加固示意图。

图2 基坑周边注浆加固示意图

车站出入口所筑平台高出地面3.23 m，高筑平台能保证汛期泄洪期间洪水不会进入车站内部。极端特殊情况下，如果洪水漫过筑台顶部，则关闭出入口及风道口部具有挡水防淹功能的防护密闭门，本站停止运营，全线仍可保持贯通运营。当洪水位过高，条件极为恶劣时，则关闭车站两端防淹门，该站及两端区间停止运营，仍可保证本线其他车站、区间及城市的安全。

2.5 建设安全问题

橘子洲站采用明挖法施工，车站围护结构采用厚度为1 000 mm的地连墙，地连墙之间采用工字钢接头，并在接头处预埋注浆管。基坑深达30.8～31.7 m，基坑东、西两端距离橘子洲岛堤岸固脚挡墙最近处分别约为27 m、26 m，基坑深度范围内存在14.5～26.3 m厚的砂层和卵石层，透水性较强。

为确保地铁基坑和相邻区间工程施工安全，施工按防百年一遇洪水位37.65 m采取措施，围护结构采用地下连续墙并对接头进行加强止水防渗措施，防止漏水漏砂。由于既有地面较百年洪水位低，冠梁上部设置防洪挡墙且高出百年洪水位150 mm，同时在基坑周边设置9 m宽、顶标高与百年洪水位持平的闭合防洪平台。当预警洪水位达到或超过百年一遇时，使用预备砂包在该平台上临时堆码按需要进行加高。橘子洲站实际施工过程中，湘江洪水均未淹没橘子洲岛，施工未启用紧急抢险措施。图3为基坑施工方案与应急措施示意图。

a) A-A注浆加固断面图(北侧)b) B-B注浆加固断面图(西侧)

图3 基坑施工方案与应急措施示意图

为防止基坑开挖过程中，因基坑变形导致周边环境产生破坏，车站基坑设计先设置了5道支撑+1道倒撑，内支撑全部采用混凝土支撑，计算受力及变形均满足要求。在施工过程中，为方便施工，根据现场监测轴力，将第四、五道混凝土支撑变更为钢支撑，加快了现场施工进度，监测基坑受力及变形均满足要求，确保安全的同时也节省了投资。基坑北端距离橘子洲大桥沉井基础46 m，施工期间加强对桥梁的监测，车站施工未对桥梁桩基产生影响。

3 橘子洲地铁站规划设计方案

橘子洲站位于橘子洲岛上，东西两端正线区间均需下穿湘江，线路必须加大埋深，因此车站设计为地下四层。又因橘子洲岛东西向宽度仅约160 m，受此限制，需尽量压缩车站长度。2号线采用6辆B型车编组，车站有效站台长118 m，因此车站设计采用立式风机，将橘子洲站总长控制在138 m以内，标准段宽22.2 m，岛式站台宽12 m，总建筑面积13 828 m2，车站中心处轨面埋深28.05 m。橘子洲站总长才138 m，不能按常规做法设计设备区，需将设备区外挂；再巧妙地将过厅层打造成公共文化展示平台，充分地利用了地下空间。

车站共设置2个顶出式地面出入口，均布置在原橘子洲停车场范围内。在车站西端1号出入口通道旁设无障碍电梯及坡道，方便残疾人使用。为满足消防疏散要求，在车站东端主要设备管理用房区设置直达地面的消防专用出入口。车站设2组共6个风亭，均为顶出的敞口风亭。

4 结论

2014年4月29日长沙地铁2号线一期工程顺利建成通车，橘子洲地铁站开通运营。2号线自开通以来，日常客运及重大节假日迎峰度峰均全面实现有序组织、平稳运行，经受了2017年长沙市超历史最高水位的洪水考验。目前2号线日客流量最高达62.83万人次，橘子洲站的日平均客流集散量为42 953人次(工作日20 985人次，周末71 154人次，节假日更是高达92 591人次，节假日集散量在全线车站中排名第五)，经济社会效益已十分明显。

在全国闻名的5A级风景区橘子洲岛上设置地铁车站，开创了在江心洲上设置地铁车站的先河，车站设计需充分考虑建设和运营安全。因车站位于风景区，为适应周边环境，车站因地制宜，线位和站位选择充分考虑了对环境的友好性，避让了300年以上树龄的古樟树。出入口及风亭等建筑的设计充分考虑了长沙本地文化及橘子洲景区环境，使地铁站本身融入周边环境，成为橘子洲的又一特色景点。橘子洲站规划设计所积累的上述经验可供同类工程参考借鉴。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范：GB 50517—2013 [S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2] 中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家发展和改革委员会.城市轨道交通工程项目建设标准：建标104—2008 [S].北京：中国计划出版社，2008.

[3] 长沙市规划设计院有限责任公司.岳麓山国家级风景名胜区橘洲景区详细规划[R].长沙:长沙市规划设计院有限责任公司，2007.

[4] 长沙市人民政府.长沙市城市快速轨道交通建设规划(2008—2015年)[R]. 长沙:长沙市人民政府,2008.

[5] 中铁第四勘察设计院集团有限公司. 长沙市轨道交通2号线一期工程可行性研究报告[R]. 武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司,2009.

[6] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.长沙市轨道交通2号线一期工程初步设计总说明书[R].武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司,2009.

[7] 中国中铁二院工程集团有限责任公司.长沙市轨道交通2号线一期工程施工图设计第四篇车站工程第五册橘子洲站第二分册车站结构设计第1册主体围护结构施工图[R].成都：中国中铁二院工程集团有限责任公司,2010.

[8] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.长沙市城市轨道交通建设规划中期评估分析报告[R].武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司,2018:123.