西安地区地裂缝分布段地铁线路优化设计研究

2019-10-21曾科

现代城市轨道交通 2019年9期

关键词：站位号线车站

曾科

摘要：介绍西安地裂缝对地铁线路设计的影响及相关研究进展，将线路与地裂缝的关系分为区间中部和车站端部 2 类分别进行研究和要点总结，最后以田家湾站和火车站站为例，具体说明线路穿越地裂缝段的线路方案。

关键词：西安地区;地铁;地裂缝;线路;设计

中图分类号：U231+.2

0 引言

西安地区地裂缝十分发育，地裂缝以北东走向呈带状横贯整个市区，给西安市的工程建设造成了严重影响，形成了一种特殊的环境地质灾害。西安地铁不同于地表点状建筑物，无法避让地裂缝。地裂缝灾害是西安主要的地质灾害，在地铁建设中要给予高度重视。唐文鹏等人通过野外地质环境和地质灾害调查，根据近些年的监测成果资料对地裂缝的活动性进行分析总结，预测了其活动趋势，采用定量计算的方法确定了地裂缝对地铁线路的影响范围。倪士浩根据地裂缝的活动强度，提出百年预留垂直位移统一按500 m考虑，并根据西安地铁2号线的线路变坡和全线施工方法，确定每一条地裂缝段的限界处理长度，提出了西安地铁2 号线地裂缝段的建筑限界处理措施。李团社对西安地铁1号线、2号线穿越地裂缝的活动特点和变形规律进行分析，研究地裂缝对地铁工程可能引起的工程灾害，提出地铁区间隧道通过地裂缝带时，线路与轨道工程在地裂缝活动变形后的适应性方案。陕西省组织编制了DBJ61/T 113-2016《城市轨道交通隧道穿越地裂缝段技术规范》（下文简称“规范”），提出了线路走向与地裂缝走向相交时，交叉角度不应小于30°，地裂缝调坡段纵断面设计时，调坡段长度不宜小于远期1列车长度，并应满足相邻竖曲线的夹直线长度不小于50 m。目前尚无文献针对线路与地裂缝具体空间关系给出指导性建议和进行实例研究。

1 线路设计思路

为防止地裂缝沉降对车站主体的破坏，地铁车站需避让地裂缝影响区，同时应满足纵断面的调坡段长度。以西安地铁4号线为例，地裂缝影响范围在80～200m。根据规范，地裂缝调坡段长度应大于远期列车长度+竖曲线切线长度，以6节编组B型车为例，长度在130～190m之间。根据地裂缝位置的不同，分为以下2种情况进行考虑。

情况1：地裂缝位于区间中部，地裂缝距离两端车站的直线距离≥地裂缝影响范围和预留调坡段长度的较大值。

情况2：地裂缝位于车站端部，地裂缝距离车站的直线距离<地裂缝影响范围和预留调坡段长度的较大值。

情况1线路设计中主要矛盾是处理线路平、纵断面与地裂缝的空间关系，通过调整线路空间几何形位使得线路与地裂缝的空间关系满足规范要求。情况2线路设计中需增加考虑地裂缝对车站站位的影响，通过调整车站站位及区间线路空间几何形位使得线路与地裂缝的空间关系满足规范要求。

1.1 地裂缝位于区间中部

地裂缝位于区间中部为常见形式，以西安地铁4号线为例，线路共计穿越地裂缝11条（13处），其中地裂缝位于区间中部7条（占比64%），位于车站端部4条。

地裂缝位于区间中部，线路调整余量较大，可以通过在线路平面上设置曲线，加大地铁隧道与地裂缝的交角，以满足规范要求。同时，通过调整线路纵坡设置，将地裂缝变形区域置于纵坡中段，预留足够的调线调坡条件。

根据线路与地裂缝的空间关系进行分类，具体分为表1所述的3种情况。

（1）线路走向与地裂缝走向基本一致时，线路平面宜置于相对稳定的下盘。规范规定：“线路位于地裂缝上盘时，隧道应避开地裂缝的最小避让距离为40 m;线路位于地裂缝下盘时，隧道应避开地裂缝的最小避让距离为24 m”。

（2）线路与地裂缝相交且夹角<30°，需增加平面曲线，通过改变线路方位角，使得隧道与地裂缝夹角≥30°，同时纵断面应预留上盘方向的调坡段长度。

（3）线路与地裂缝相交且夹角≥30°，线路不需额外增加平面曲线，维持原方案与地裂縫相交即可，纵断面亦应预留上盘方向的调坡段长度。

1.2 地裂缝位于车站端部

城市轨道交通线路站点设置受城市规划、线网规划、线路功能定位和建构筑物多因素影响。重要站点，如枢纽站、换乘站及位于规划商业中心、公共中心的站点，往往在规划阶段已经锚固，而规划阶段地裂缝调研工作尚未开展，由于资料缺乏，规划阶段往往对地裂缝的影响考虑难以周全，至设计阶段发现地裂缝位于站位附近，往往难以满足规范要求，需进行线站位的调整优化。

地裂缝表现为上盘（东南侧）下降，下盘（西北侧）基本不变。为避免地裂缝下沉对车站主体的破坏，站位选择首先必须遵循位于地裂缝下盘，即西北侧，同时车站主体避让地裂缝设防范围。

根据线路与地裂缝的空间关系进行分类，具体分为表2所述的3种情况。

（1）线路走向与地裂缝基本一致时，需满足规范避让距离。

（2）线路与地裂缝相交且夹角<30°，首先需调整车站位置，满足设防要求。同时区间增设曲线，有必要时配合调整车站方位角，使得区间隧道与地裂缝夹角≥30°，纵断面应预留上盘方向的调坡段长度。

（3）线路与地裂缝相交且夹角≥30°，首先需调整车站位置，满足设防要求，线路可不额外增设曲线，维持原方案与地裂缝相交即可，纵断面亦应预留上盘方向的调坡段长度。

综上可见，对于车站位于地裂缝下盘且相交夹角大于30°的情况，线路平纵设计受影响较小，但需注意调坡后最大、最小坡度不应超出规范。对于车站位于地裂缝下盘且相交夹角30°的情况下，需综合站点位置和区间曲线设置，通过比较确定。

2 线路设计实例

2.1 西安地铁 6 号线田家湾站

田家湾站是西安地铁6号线的1座中间站，车站位于咸宁东路与规划路路口，车站西北及西南象限为田家湾村，东北象限为广天国际公寓和恒大绿洲高层，西南象限为军区加油站。线路自西向东布设，与F8地裂缝相交，F8地裂缝位于路口东侧180 m，地裂缝与道路交角20°28'57.85"。车站周边同时存在多个控制因素，如：①道路南端存在雨水及污水等多条管线;②田家湾村车站范围内正在拆迁;③存在10 kV电力军缆和多条通信军缆。

综上，田家湾站为地铁线路的1座普通站，站位及配线存在局部调整的空间;地裂缝与地铁车站平面距离较近，且线路直线布线与地裂缝交角大小不满足规范要求;车站周边尚存在军区加油站、军队电缆、拆迁和雨污水管线等多项控制因素。故需对站位进行如下优化。

（1）配线设计中需将配线调整至相临车站，若必须设置于本站，则需设置于地裂缝较远的一端。

（2）车站站位在满足车站功能的前提下应尽量与地裂缝拉开距离，有效站台端部距离地裂缝的平面距离应大于远期1列车长度+竖曲线切线长度。

（3）站位应尽量减少对军区加油站、电缆等控制点的影响，并减少拆迁。线站位优化方案见图1。

2.2 西安地铁 4 号线火车站站

西安火车站是中西部地区重要的客运动脉，未来将成为一带一路框架上重要的交通节点，为应对新时期的新挑战，西安火车站按9台18 线（含正线）改扩建，西安地铁4号线火车站站为与改造后的国铁站房同步运营的枢纽站。周边控制性因素包括以下因素。

（1）西安火车站新建北站房及配套建筑与丹凤门呈中轴对称，南北站房之间设置高架候车室，东西两侧新建出站通道各1处。

（2）周边大明宫遗址为国家级重点文物保护区，地铁线路应尽量减小对大明宫遗址公园的影响。

（3）F3地裂缝与大明宫南宫墙垂直距离约150 m，沿线路与地铁火车站站距离约190 m。

（4）存在建构筑物、城墙、护城河、解放路东侧高层建筑物等因素。

为通过站点设置优化地铁线路与地裂缝的关系，结合路由比选，进行3个方案的比选。方案比选示意图如图2所示。

方案1：红色线路方案（与国铁站场垂直相交方案）。优点为地铁车站与国铁出站通道垂直，换乘距离最近。缺点为下穿大明宫遗址保护区，对文物保护区影响较大，且下穿解放饭店，协调难度较大。

方案2：蓝色线路方案（与国铁站场斜交方案）。优点为避开大明宫遗址保护区重点保护范围，对文物保护区影响较小。缺点为与国铁换乘距离较方案1增加约100 m。

方案3：紫色线路方案（南北广场均设站方案）。优点为车站设置于南北广场，地铁工期不受国铁站改影响。缺点为北广场站位于地裂缝设防范围内，且无法与国铁零距离换乘。

方案2下穿大明宫地块范围较少，线型最顺直，穿越建筑物较少，车站避开地裂缝调坡范围，作为推荐方案。

火车站站受国铁车站位置锚固，且F3地裂缝纵向设防理论值为上盘36 m，下盘25 m，因此应根据实际情况，优化地铁火车站站位，车站主体避开设防范围和线路调坡段，区间隧道采用马蹄形断面，轨道结构采用框架板整体道床。通过优化线路方案，较好地解决了线站位与地裂缝的空间关系，既满足与高铁的无缝衔接又避免车站位于地裂缝调坡段。

3 结语

地裂缝是西安地区主要的地质灾害，西安市区现存地裂缝共计14条，地铁工程不同于一般工业及民用建筑，无法避讓，必须穿越地裂缝，并且不允许出现影响运营安全的事故，科学地处理好地铁与地裂缝的关系是西安地铁设计的关键问题之一。地铁线路专业作为地铁设计的总图专业，在规划阶段应重视线路与地裂缝的空间关系，做到尽量避让，无法避让时做到线路与地裂缝的夹角尽量垂直。在设计阶段，通过调整车站站位及区间线路平纵曲线，预留地裂缝调线调坡条件，确保后期沉降可控可调。

参考文献

[1]黄强兵，彭建兵，范文. 西安地铁二号线沿地裂缝未来位错量估算及工程分级[J]. 工程地质学报，2007，15（4）：469-474.

[2]彭建兵. 地裂缝活动对西安地铁4号线的影响及设防研究[R]. 陕西西安：长安大学，2013.

[3]陕西省住房和城乡建设厅. DBJ 61/T 113-2016 城市轨道交通隧道穿越地裂缝段技术规范[S]. 陕西西安：陕西省建筑标准办公室，2006.

[4]唐文鹏，黄强兵，王德志，等. 西安地铁4号线沿线地裂缝活动趋势预测及危险性评价[J]. 现代隧道技术，2013，50（2）：20-25.

[5]倪士浩. 西安地铁2号线穿越地裂缝段的限界设计[J]. 城市轨道交通研究，2008：63-67.

[6]李团社. 西安地铁穿越地裂缝带线路与轨道工程方案研究[J]. 铁道工程学报，2009（12）：81-85.

[7]王旭. 西安火车站北站房及高架候车室地裂缝的勘察、评价及对策[J]. 铁道标准设计，2015（4）：102-105，124.

[8]李尚哲. 西安地铁4 号线跨越地裂缝灾害研究[D]. 陕西西安：西安工业大学，2018.

[9]黄强兵，彭建兵，邓亚虹，等. 西安地铁2号线隧道穿越地裂缝带的设防参数[J]. 岩土力学，2010（9）：2882-2888.

[10] 吴明，彭建兵，黄强兵，等. 小角度穿越地裂缝带的地铁隧道衬砌性状分析[J]. 城市轨道交通研究，2014（7）：44-49，58.

[11] 李新生，王静，王万平，等. 西安地铁二号线沿线地裂缝特征、危害及对策[J]. 工程地质学报，2007，15（4）：463-448.