北京地铁13号线西二旗至上地区间改线方案研究

晏小波 张梦然

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

为适应城市轨道交通网络化的要求，除新建线路外，既有线的升级改造也是一项重要内容[1]。既有线改造工程是一项技术复杂、繁琐的工作[2]，线路改造过程中，通常需要综合考虑信号系统、轨道系统、城市用地等一系列复杂条件的相互制约，并将对运营的影响程度降到最低限度[3]。许多学者进行了相关研究，王秀志等对上海轨道交通4号线的地质条件、运营工况进行综合分析，确定了改线方案[4]；邸晓新等对京沪Ⅲ线及京沪上、下行线拨移工程的运输条件进行深入研究，认为向北侧拨移可取得显著的经济效果[5]。由此可见，合理的施工方案不仅能够减少封锁时间、降低限速延时，还能缩减施工费用、增加运输效益，达到施工与运输的双赢。以下基于前人的研究成果，对北京地铁13号线上地至西二旗区间改线方案进行深入分析，以期得出最优方案。

1 项目背景

1.1 项目概况

北京至张家口高速铁路设计速度为350 km/h，正线全长174 km[6]，清河站作为京张高铁始发站之一，是集地铁、公交车、出租车、私家车为一体的大型综合交通枢纽。

京张高铁清河站位于既有地铁13号线上地与西二旗区间东侧，地铁昌平线南延线、19号线支线均在此设站。为缓解地铁13号线西二旗站的压力，进一步提高交通枢纽轨道交通换乘能力，2017年北京市相关部门提出将地铁13号线引入该枢纽内，并增设一座车站(如图1所示)。

增设的地铁13号线清河站轨行区位于地面，其站台与京张高铁站台并行等高，与昌平线南延线及19号线支线为上下关系。

图1 13号线改建平面示意

1.2 既有地铁13号线

既有地铁13号线上地至西二旗区间呈南北走向，位于京新高速东侧、京张高铁西侧，线路上跨小营西路后与在建昌平线南延并行。上地站与西二旗站站间距为2.53 km，区间共采用5组曲线，如图2所示。

图2 既有13号线平面

本段线路以地面敷设为主、高架敷设为辅。上地站为地面站，线路出上地站后向北沿地面敷设(长约602 m)，与京张高铁并行上跨小营西路后，接320 m上坡(17‰)进入高架段(高架段总长约750 m)，之后以18‰下坡落地， 于地面敷设730 m后，接入西二旗站(地面站)，既有地铁13号线上地至西二旗段纵断面如图3所示。

图3 既有13号线纵断面

2 改线点位置选择

2.1 选择原则

(1)应选择在直线段

主要考虑以下2点因素：①在运营后，线路平面局部会产生位移，曲线衔接会导致线路及轨道调整范围增加；②在既有线路曲线段，外股道钢轨一般存在侧磨情况，曲线衔接易导致新刚轨与既有钢轨宽度不一致，从而带来换轨量的增加。

(2)应选择在路基段

线路需从既有线引入至新建线路，线路逐渐变宽，路基段施工方便，且工程量最小。另外，高路基会带来工程量及施工难度的增加，故宜选择在平坡段接轨。

(3)宜选择线间距2.6 m处作为分界点

该段采用三轨供电方式，轨枕有2.5 m和2.55 m 2种尺寸。当线间距大于2.55 m时，可不中断运营铺设轨道，考虑施工误差等因素，取2.6 m作为新建段线路起点，图4为拨线段路基加宽处理方案。

图4 拨线段路基加宽处理方案(单位：mm)

对于线间距<2.6 m的地段，可先对既有路基进行加宽处理(如图5所示)，待停运时，利用既有钢轨、轨枕进行拨移；线间距>2.6 m的地段，对既有线行车造成干扰小，可先期开展施工和铺轨工作。

图5 新建段与拨线段分界示意

2.2 改线点位置的确定

根据改线点选择的原则，结合既有线路情况，满足要求的改线点位置共有3处。第1处位于刚出上地站的直线段区间(该段线路为平坡)；第2处位于上跨小营西路后的直线段(该段线路位于路桥过渡段)；第3处位于进西二旗站之前的直线上(该段线路位于1‰下坡段)。改线点位置示意如图6。

图6 改线点位置示意

3 改线方案比选研究

在枢纽南侧共有2处适合作为改线点，枢纽北侧仅有1处可作为改线点，比选过程如下。

3.1 小营西路以南接线方案

(1)方案简介

本段线路第一段接线起点位于上地站北侧直线路基段，之后线路沿既有路基段向北，采用1组R=1 000 m曲线东偏(相对于既有线路)，使新建线与既有线分开。在上跨小营西路处与京张高铁共用既有铁路桥，并对既有铁路桥进行改造。在京张高铁枢纽范围内设清河站，出站后，线路沿京张高铁与既有13号线高架段间的空地继续向北，并采用R=1 500 m、R=750 m曲线将线间距由15.8 m调整为3.6 m；过规划安宁庄路后采用R=1 200 m曲线继续向北，之后采用R=1 000 m曲线使线路西偏接入既有线路直线段，小营西路以南接线方案如图7所示。

本方案线路长度共计1 749.495 m，其中拨线段长308.505 m，新建段长1 440.99 m。

(2)方案难点

新建13号线距京张铁路左线线间距最小仅有6.6 m，受线间距控制，13号线需占用既有京包铁路桥西侧翼缘部位。因此，需对该桥进行加固处理，费用约395.29万元。

3.2 小营西路以北接线方案

(1)方案简介

本段线路拨线起点在小营西路北侧路基段，线路斜穿既有挡墙段后，采用2组曲线将线间距调整为15.8 m，在京张高铁枢纽范围内设清河站。出站后线路沿京张铁路与既有13号线高架段间空地继续向北，并接入既有线路直线段，小营西路以北接线方案如图8所示。

图7 小营西路以南接线方案平纵断面

图8 小营西路以北接线方案平纵断面

本方案线路长度共计1 300.33 m，其中拨线段长247.43 m，新建段长1 052.90 m。

(2)方案难点

本方案改线点靠近路桥过渡段，新老线路竖向存在高差，平面存在交叉重叠，需破除长约58 m的既有挡墙(如图9所示)。挡墙东侧部分新路基可在停运前施工，以便缩短停运时间；与挡墙重叠段路基，需在停运后施作。

图9 挡墙段路基施工示意(单位：m)

3.3 方案比选

小营西路以南接线方案，需与铁路共桥，由于既有桥梁年限较长、需采取加固措施，同时其线路长度较长，工程投资增加2 208.22万元。小营西路以北接线方案停运时间稍长，但其工程投资少，与国铁间距大，有利于轨旁设施的敷设，其施工风险较小。方案比较见表1。

表1 方案比较

4 结论

有砟道床地面线路改造的关键在于选择合理的接线点，以降低对运营线路的影响。通过对地铁13号线上地至西二旗段区间条件的分析，认为选择路基平坡段有利于施工和既有线衔接。在对小营西路南北2个接驳点的方案进行综合分析后，认为小营西路以南接线方案中13号线位于铁路桥西侧翼缘板上，存在安全隐患，且运营维护界面不清晰，工程造价较高，故推荐小营西路以北接线方案。