空铁联运-高速铁路引入机场设计问题探讨

周晓林

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

据统计，截至2018年底，中国铁路营业里程达到13.1万km以上，其中高速铁路的运营里程已经达到2.9万km，占世界高速铁路运营总里程的2/3，铁路旅客发送量达到33.7亿人次，高铁客运量占铁路客运量超过50%。2025年，中国高速铁路通车里程将达到3.8万km，届时将形成“八纵八横”的高铁网，高铁客运量仍将保持快速增长。与此同时，改革开放以来，我国民航运输一直保持着两位数的快速增长，截至2018年底，中国民航旅客运输量已达6.1亿人次。2018年5月10日，中国民用航空局与原中国铁路总公司签署《推进空铁联运战略合作协议》，该协议的签署标志着中国民航与铁路的合作进入新阶段，也意味着铁路引入机场，实现空铁联运的功能将越来越普遍。

铁路和民航均是我国综合运输体系的重要组成，而我国从交通大国迈向交通强国，发展多式联运是一个重要的抓手。面对铁路与航空运量的大幅增长，通过空铁联运可以将铁路速度快、站点多和飞机长距离快速直达的技术经济特征相结合，通过优势互补，将高速铁路网与航空运输网有效衔接，形成空铁一体化运输网络，为旅客提供高效的一体化运输服务，同时也可以增强机场对周边区域经济空间辐射能力，使区域内外各种生产要素的聚集和扩散行为变得迅捷通达，对于铁路和民航是个双赢的结果。[1]

当然，所谓“空铁联运”并不仅仅局限于客运，货运空铁联运也已经从设想变为现实，受篇幅所限，仅对高速铁路(含城际铁路)引入机场实现客运联运在设计中应该关注的问题进行探讨。

1 国内高速铁路引入机场的现状

随着社会的发展，综合性交通枢纽的重要性逐渐凸显，目前国内很多城市都在不断完善空铁联运基础设施，“航空+高铁”的联运将很好地完成跨区域的运输对接，将各种运输方式有效地结合起来，各取所需而又扬长避短。

近年来我国在高速铁路(包括城际铁路)引入机场的工程方面已有了大量实践经验，据不完全统计，目前国内已有十余座机场引入了高铁，大多数机场例如上海虹桥、海口美兰、三亚凤凰、郑州新郑、长春龙嘉、兰州中川等将高铁直接接入机场航站楼附近，旅客通过步行即可实现换乘，也有个别机场例如石家庄正定机场站距离正定国际机场4.5 km，需通过汽车进行二次换乘。北京大兴国际机场、成都天府国际机场等大型基础设施项目也都有1条甚至多条高铁线路引入。

2 高速铁路引入机场需遵循的原则

高速铁路引入新建或既有机场时，应根据不同运输方式的特点，实现交通枢纽功能布局紧凑、换乘方便快捷，对有需求、有条件的机场和高铁车站在规划及建设上应坚持“以人为本”，尽量实现“零换乘”的无缝衔接，对于确实没有条件的机场，可在机场与车站间开展摆渡服务或探索采用其他方式进行衔接；同时，高速铁路引入机场除遵循铁路相关设计规范以外，还必须遵循机场相关规范、管理规定要求，需满足民用机场对净高、电磁环境保护以及不停航施工等方面的要求。

3 高速铁路引入机场设计中需要注意的问题

3.1 对民用机场相关规范及规定要予以重视[2-3]

高速铁路引入机场在前期的方案研究、设计乃至后期施工过程中都要充分考虑民用机场相关规范及规定的要求，需要注意的主要问题如下。

(1)MH5001-2013《民用机场飞行区技术标准》中，为保证航空器起降安全和机场安全运行，防止由于机场周围障碍物增多使机场无法使用，该标准详细规定了机场周边障碍物的限制和移除要求，对障碍物限制面、限制要求做出了明确规定，其实质是对机场周边建筑物、构筑物的高度进行了规定。因此，高速铁路引入机场时对线路高程、施工机械高度的控制必须满足障碍物限制要求，一般情况下在近机场地段线路、车站的设置宜采用地下线形式。

(2)中国民用航空总局令第191号《民用机场运行安全管理规定》(CCAR-140)，对机场净空、电磁环境保护以及不停航施工等方面的管理均作出规定。其中，对于机场电磁环境管理中第一百七十七条规定“在机场飞行区电磁环境保护区内设置工业、科技、医疗设施，修建电气化铁路、高压输电线路等设施不得干扰机场飞行区电磁环境”，同时也明确修建电气化铁路需要报告民航地方管理局，因此高速铁路引入机场时需要开展电磁环境测试与评估专题工作；对于不停航施工管理问题，本规定对不停航施工管理的基本要求、批准程序等做出了明确规定，特别需要注意的是第二百三十五条规定“在跑道有飞机活动期间，禁止在跑道端之外300 m以内、跑道中心两侧75 m以内的区域进行任何施工作业”，因此在高铁引入机场线站位确定过程中，需尽量避免距离跑道过近，以免实施过程中面临无法施工或增大施工难度的问题。

3.2 合理选择高速铁路引入机场的线路敷设方式

我国高速铁路的线路敷设方式一般以地面和高架为主，少数线路例如珠三角部分城际线路以地下为主，主要目的是为了减少沿线拆迁、降低对城市交通的阻隔。相较于地下线，地面和高架敷设方式在工程投资、施工风险乃至运营成本等方面均有较大优势。对于高速铁路引入机场线路的敷设方式，一般情况下为了实现车站与航站楼之间的无缝衔接，高铁线路、车站应尽量靠近航站楼，同时为了满足《民用机场运行安全管理规定》和《民用机场飞行区技术标准》等技术要求，高铁线路及车站需要采用地下线形式，国内机场已建成或在建的高铁基本上都是如此。因此，高速铁路引入机场宜采用地下线形式。对于确实没有条件的机场，可以牺牲便捷的换乘，适当将线路远离机场，采用地面(高架)线形式，个别机场站例如上海虹桥枢纽、石家庄正定机场站即是如此。根据现有经验，采用地面或高架线形式的高铁线路距离导航台一般不宜小于1 km，同时为了验证线站位方案是否合理，还需根据所处机场导航台(站)设施的配置和布局开展电磁评估专题。

3.3 高速铁路引入机场可能需要开展的专题工作

为了满足高速铁路引入机场设计方案的可行性以及可实施性，保证机场安全、正常运行，在高铁设计阶段，根据相关规范以及民航地区管理局要求，需要针对高铁引入机场开展一些必要专题，概括如下。

(1)电磁环境测试与评估[4]

为确保飞机在机场安全起飞和降落，按国家或民航标准在机场相关位置设置了功能各异、技术性能不同的多套导航设备，这些导航设备能够在其服务区范围内向飞机提供一定强度的导航信号，引导飞机安全起飞和降落。高速铁路引入机场后，在铁路线上高速运行的动车组会向四周随机辐射电磁杂波，动车所辐射的电磁杂波会不会对机场导航构成安全隐患是十分重要的问题。虽然国家有相关标准对动车电磁辐射有所限制，但此限制并非针对机场导航系统安全要求制定。导航系统对电磁环境安全要求与飞机在服务区内飞行操作控制情况密切相关，为确保机场的导航安全，有必要对穿经机场的动车电磁辐射造成的环境影响进行评估。

电磁环境测试与评估意义在于，将运行的动车作为电磁辐射源，论证其产生的电磁辐射经过传输衰减，到达各导航系统服务区内的最高强度是否在导航系统限定的“最大容许干扰场强或功率”电平以下，是否能够充分满足机场导航系统对动车造成电磁环境变化的要求。

根据相关研究成果及评估报告，一般来说，高铁如采用地下形式穿越机场，动车在隧道内产生的电磁辐射由于隧道顶部钢筋混凝土覆盖层的屏蔽，不会再对外界机载或地面导航等设备构成威胁[5]。

(2)地下车站消防性能化评估[6]

高铁机场站一般位于地下，与城市轨道交通的地铁车站有些相似，但为了满足接发长编组动车以及动车越行、折返等作业的需要，车站的体量往往比地铁车站要大得多，例如海口美兰机场站面积2.7万m2，郑州新郑机场站面积约5.2万m2，北京大兴国际机场站面积达到11.5万m2。

由于高铁机场站具有面积大、空间分隔少的特点，现行规范不能涵盖车站特殊的空间特点和功能使用要求，根据中华人民共和国公安部关于印发《(公消[2009]52号)建设工程消防性能化设计评估应用管理暂行规定》的通知，需要运用性能化消防设计方法进行分析论证，确证其安全是否可达到规范要求的同等水平，通过运用消防性能化设计和评估的方法，切实解决防火分区超面积、火灾烟气难以排放，安全疏散距离超规的问题，对车站关键节点的火灾烟气发展与人员疏散安全进行较为全面的评估和分析，提出相应的消防安全策略[7-8]。

(3)地下车站气动效应影响评估[9-10]

同一般的隧道不同，当高速列车通过同隧道相连的地下车站时，所诱发的瞬变压力、微气压波和列车风等空气动力学效应具有特殊的规律和量值，开展地下车站气动效应影响评估工作，使车站的设计方案不仅要满足旅客乘车舒适度，还要考虑气动效应对车站环境、旅客候车舒适度以及站房设施的影响。另外，为了保证地下站站台人员的安全，缓解列车高速运动引起的气动效应，并满足车站环控设备的节能要求，地下高铁站往往设置了屏蔽门系统，通过对地下站空气动力学的研究，可以为车站屏蔽门系统，特别是正线侧屏蔽门提供抗风压参数，以免高速列车通过对屏蔽门造成损害，影响运营安全，也可以通过计算确定正线通过的限速值。因此，空气动力学效应是隧道特别是地下车站设计中必须考虑的重要问题。

(4)微振动环境影响评估[11]

本项评估的目的是高速铁路引入机场后，通过确定机场容许振动标准，测试工程施工所产生的振动以及运营后列车在运行过程中产生的振动是否会对机场的精密仪器产生微振动，使精密仪器无法正常工作，并根据测试结论提出振动影响解决措施。

以上仅是根据相关项目设计经验，按照机场方面要求或工程设计需要梳理出来的一部分专题，只能作为指导设计工作的参考，实际工作中应根据不同地区民航管理部门的要求和项目的具体情况予以增减。

4 高速铁路引入机场线路方案、站场布置形式

高速铁路引入机场一般采用地下线形式，相对于地面线和地面站，其工程规模和投资均会大幅增加，如何缩短隧道长度，设置规模合理的车站，对于工程规模及投资控制具有重要意义。

4.1 线路引入机场方案问题[12-14]

高铁线路引入新建机场无太多控制因素，两者若能同步实施，线路可以以最为短直的形式穿越机场，隧道可以直接下穿航站楼、机场飞行区等设施，工程实施条件好、投资省，车站与航站楼换乘条件最为便捷。

高速铁路引入既有机场，影响线路的既有建(构)筑物控制因素较多，给选线造成非常大的困难。高铁引入既有机场时，往往面临一项技术问题难以抉择，即当线路走向与跑道方向一致时，高铁线路不需绕行，隧道长度是可控的，但当线路和跑道方向相悖时，线路绕行会大幅增加工程投资。以郑州至新郑机场城际铁路引入新郑机场为例，平行引入机场方案较垂直引入方案线路长度增加2.6km，隧道长度增加2.9 km，投资增加3.7亿元(图1)。若线路取直下穿跑道，虽然可以缩短隧道长度，但存在较大施工风险。因此，高铁线路下穿机场跑道的可行性对线路方案的影响重大，需要认真论证。

图1 郑州至新郑机场城际铁路引入机场方案示意

地下穿越机场是一项技术复杂、风险极大的工程。目前世界上只有极少数机场实施过地下穿越工程，国内的案例主要有：北京市轨道交通机场线T2支线穿越首都机场停机坪，广东珠海机场地下服务车道穿越停机坪，天津地铁2号线机场延长线盾构下穿天津滨海机场停机坪等。相对穿越机场停机坪而言，穿越机场跑道的风险更大，案例更是少之又少，国内已成功实施的案例仅见上海轨道交通10号线地下穿越虹桥机场跑道。另外，在建的穗莞深城际铁路(速度140 km/h)下穿深圳机场飞行区，在建的新白广城际铁路(速度160 km/h)下穿广州白云机场飞行区是国内少数可见的铁路下穿机场案例，两条铁路的速度等级并不高，严格意义上并不属于高速铁路，且主要是穿越了机场停机坪和滑行道(新白广下穿了白云机场1条跑道，跑道加固期间采取了停航措施)，在项目的实施过程中对飞行区沉降控制做了大量研究[15]。从以上工程的实施来看，虽然地质条件差异较大，采取的工法各有差异，但是大多数工程都倾向于在飞机停航或休航后施工；已实施工程虽然为机场飞行区实施地下穿越积累了一定的成功经验，但部分机场在运营条件下实施地下穿越过程中发生了一些安全事故。受篇幅所限，本文不做具体技术讨论，仅根据相关研究成果给出如下建议。

高铁如需穿越跑道施工必须满足飞行区关于停航、沉降、安全施工范围等限制条件。

(1)跑道沉降控制标准

在不停航条件下进行飞行区地下穿越施工，必须严格控制跑道和滑行道道面的沉降，以保证飞机正常运营，按照《国际民航公约附件十四》，道面沉降控制标准为，跑道道面相邻两个坡度的变化不大于1.5%，从一个坡度过渡到另一个坡度最小曲率半径为30 000 m;滑行道道面从一个坡度过渡到另一个坡度最小曲率半径为3 000 m。考虑地基曲率半径与道面曲率半径的差别，建议机场场道地基的沉降控制标准为地基不均匀变形变坡率不大于1.5‰。

(2)施工风险概率

由于飞行区的特殊性及其严格的安全控制要求，飞行区地下穿越工程在施工中一般不允许中止机场跑道的正常运营，不允许对现有设施造成较大的影响。如果由地下穿越引起地表沉降过大甚至道面开裂的情况在机场跑道和滑行道上产生，引起的后果轻则是机场停航，重则是出现机毁人亡的重大事故。在机场飞行区地下穿越施工，需要通过选择合理的穿越方式和施工设备，采用先进的施工工艺和监测技术，制定严格的施工管理和控制措施，将事故出现的概率降低到民航部门要求的二百万分之一以下。

(3)施工方案分析

穿越机场跑道可采用浅埋暗挖法或盾构法施工。根据现有案例，不停航条件下施工，国内只有上海轨道交通10号线采用盾构法施工，较为成功地实现了地下穿越机场跑道，而高速铁路隧道地下穿越机场跑道，隧道断面大，沉降控制难度更大，国内还没有先例。根据计算结果及工程实践分析，盾构法施工对沉降控制较好，但即使采用盾构法施工，其沉降计算值也很难满足跑道正常运营及不限航条件下飞行区运营安全的要求。

根据以上分析，为了减少对机场运营的影响，高铁线路宜与机场跑道平行布设，可以满足CCAR-140《民用机场运行安全管理规定》的要求，工程可实施性强；高速铁路如需下穿机场跑道，在不停航条件下施工，面临施工风险高，协调难度大，工程可行性差的问题，应尽量避免，若有可行的施工过渡方案，例如机场有其他跑道过渡或者采取限航穿越施工，可有效规避工程风险，工程也是可行的。

4.2 机场站站场布置形式[16-18]

机场站的设置应尽量靠近航站楼，以实现“零换乘”的功能要求，受机场电磁环境、景观等因素限制，机场站一般建于地下，为减少工程投资，车站的布置形式应结合运输组织模式、车站的客车开行方案和车流特点，在满足动车停站、越行和折返的功能下合理确定，尽量控制车站规模。以下介绍机场站的主要布置形式。

(1)“一岛两线”站型

对于所有动车均停靠或采用“站站停”运输组织模式的线路可采用“一岛两线”布置形式(图2)，有折返车时可设置站后折返线(例如广州白云机场站、深圳机场站等)。该站型优点是车站规模较小，投资省，缺点是运输组织不灵活，无法办理越行作业。

图2 “一岛两线”站型示意

(2)“两台四线”站型

对于多数动车通过、部分动车停靠的车站，可采用“两台夹四线”布置形式(图3)。该站型机场站使用较多，设正线2条、到发线2条，侧式站台2座，车站两端设“八”字渡线，用于动车折返(例如长春龙嘉机场站、海口美兰机场站等)。该站型优点是高速车可不限速通过，车站规模较小，缺点是仅有两条线办理到发作业，接发车能力小，车站服务频率低。

图3 “两台四线”站型示意

(3)“双岛四线”站型

对于多数动车停靠、少量动车通过的车站，可采用“双岛四线”布置形式(图4)。车站设正线2条、到发线2条，岛式站台2座，车站两端设“八”字渡线，用于动车折返(例如郑州新郑机场站)。该站型正线可兼做到发线，可以大幅提高动车停靠数量，缺点是由于正线间隧道断面小且设有屏蔽门，通过列车需限速运行，车站规模较大。

图4 “双岛四线”站型示意

有时为减少折返车对正线的切割，或者为更好的控制区间正线沉降，正线采用单线双洞设计，“双岛四线”站型也可采用正线外包形式(图5)。

图5 “双岛四线正线外包”站型示意

(4)“双岛六线”站型

对于停靠和通过动车比例相当的车站，可采用“双岛六线”布置形式(图6)。车站设正线2条、到发线4条，岛式站台2座，车站两端设“八”字渡线，用于动车折返(例如北京大兴国际机场站)。该站型的优点是既可以满足大量动车停站要求，也可以保证不停站列车高速通过，停站车和通过车的作业条件均较好，缺点是由于车站加宽加长，车站体量大，工程投资贵。

图6 “双岛六线”站型示意

以上是机场站的几种典型布置形式，其他形式车站此处不再赘述。机场站站型的选择需要根据机场的具体情况、铁路的运输组织模式综合确定，建议干线高铁引入大型枢纽机场时可采用“双岛六线”站型，其余高铁、城际铁路机场站可选用其他3种站型。

5 结语

引入高速铁路衔接机场，发展空铁联运，有利于优化交通资源配置，提高运输效率。近年来，随着中国高速铁路网快速建设和完善，具备“空铁联运”功能的民用机场将会越来越多。对高速铁路引入机场设计中需要注意的问题进行了较为全面的分析和总结。研究结论为，高铁引入机场宜采用地下线形式，区间隧道应尽量避免穿越机场跑道，车站布置应根据机场具体情况、铁路运输组织模式和车流特点选择合适的站型，并尽量实现与航站楼间的无缝衔接，同时设计要充分重视民用机场的相关规范、规定，重视高速铁路引入机场后，对机场电磁环境、微振动环境的影响，保证机场安全、正常运行。希望能对今后实施的相关项目提供借鉴和指导作用。