苏州轨道交通3号线工程设计施工方案研究

2021-07-14姚振康

现代交通技术 2021年3期

姚振康

(苏州市轨道交通集团有限公司，苏州 215002)

2012年4月，苏州轨道交通1号线开通运营，苏州成为全国首个开通地铁的地级市。轨道交通3号线是苏州建设的第4条线路，前期1、2、4号线已有总里程121 km，随着3号线的建设，苏州轨道交通“井”字形骨干网络逐步形成；线网整合优化、安全建设、设计提升成为苏州轨道交通3号线建设与施工的主要目标。

本文重点论述在尊重既有线网的基础上，如何优化调整线路走向，以更好地支撑城市发展和提升轨道交通换乘功能。

1 线网整合优化

1.1 原线网分析

1) 线网构架缺少环线布局

环线是城市轨道交通常见的布设形式。据统计，世界范围内轨道交通线网规模超过100 km的城市中，近60%的城市设置了环线；在轨道交通线网规模超过200 km的城市中，设环线的城市所占比例达到了75%。

随着城市的发展，苏州城区呈现出明显的多圈层结构。第1圈层为苏州核心，即护城河环绕的古城，该圈层周长不足15 km，缺少足够的客流集散点，且道路条件不适宜布设轨道交通线路；第2圈层为老城区及周边地区，即内环快速路、京杭运河、沪宁高速和苏嘉杭高速围合的建成区，该圈层客流充沛，但通道被铁路、高速公路、内环快速路及既有2号线等占用，不具备线路布设条件；第3圈层为《苏州市城市总体规划(2011—2020年)》中划定的中心城区，即园区、新区、吴中和相城的核心区，该圈层各区核心之间存在较强的跨区联系需求，且市区线的主体部分基本位于该圈层，设置环线有利于线网的换乘联络；第4圈层为《苏州市城市总体规划(2011—2020)年》中划定的规划区，是以东部新城、高铁新城、滨湖新城、生态新城为主要开发节点的城市拓展区域，该圈层客流集散点分布较为分散，相互之间距离较远，互通互连需求不充分，难以支撑环线客流。

综上，苏州城区为圈层拓展发展模式，其中位于第3圈层的园区、相城、新区、吴中四大片区之间存在大量相互连通的轨道交通出行需求，而原线网中缺少这样一条快速联系的环形走廊[1]。苏州圈层发展结构示意如图1所示。

图1 苏州圈层发展结构示意

2) 重点地区轨道交通不能直接连通

根据《苏州市城市总体规划(2011—2020年)》，工业园区CBD(中央商务区)中心与吴中城市中心为苏州市近期强力打造的两个重点发展片区，两片区有强烈的客流直达需求。而原线网中，3号线在金鸡湖南侧转向湖东、5号线在金鸡湖南侧转向湖西CBD，且两线“擦肩而过”，不能实现重点发展片区间的便捷联系。

3) 骨干线路无法有效换乘

3、5号线均为线网中的骨干线路，受工程条件限制，原线网3号线在工业园区娄葑镇区域由星港街转向金鸡湖大道向东，5号线由金鸡湖大道转向星港街向北，两线呈“X”形布局，不能实现有效换乘；线网布局不尽合理，不利于满足乘客的出行需求。

1.2 线网整合优化方案

鉴于原线网方案存在的问题，为适应苏州市的发展情况，更好地发挥轨道交通网络效益，苏州市轨道交通集团有限公司提出在尽量尊重现有线网构架的基础上，将3号线东段线位与5号线东段线位进行互换，重组优化线网，并组织编制了《苏州轨道交通3、5号线园区部分区域线路互换专题报告》，对3、5号线的换位方案和换位后的效益进行了深入分析论证。

1) 网络结构优化

换位重组后，3号线总体呈“U”形走向，可与线网中的8号线形成组合环线，串联园区、相城、新区、吴中四大板块的核心区，位于苏州城市发展形态的第3圈层，与本文前面所述的环线布局相吻合。3、5号线换位重组后线网组合环线形态如图2所示。

图2 3、5号线换位重组后线网组合环线形态

2) 网络衔接优化

优化重组后的“组合环线”与线网中所有线路均可换乘，其中3号线共有15座换乘站，换乘比达41%，同时线路还衔接2座高铁站、1处公路枢纽、1条市域线及2条有轨电车，极大地提升了网络换乘功能及客流效益，与1号线共同支撑城市发展主轴，改善沿线出行结构，促进区域协调发展。

3) 换乘功能优化

调整后3号线总体呈“U”形走向，5号线呈东西走向，两线在星港街“十”字交叉，节点换乘，同时在车站西北象限设置两线的联络线，有利于实现线网设施的资源共享。换位重组后3、5号线星港街站换乘方案如图3所示。

图3 换位重组后3、5号线星港街站换乘方案

为强化环线的换乘功能，将线网中规划8号线的局部线站位也进行了调整， “扣环点”西津桥站和唐庄站设置为平行换乘，其中西津桥站设置为双岛四线车站，唐庄站设置叠岛车站，实现“组合环”客流同站台换乘便捷的要求。西津桥站双岛四线同台换乘如图4所示，唐庄站叠岛同台换乘如图5所示。

图4 西津桥站双岛四线同台换乘

图5 唐庄站叠岛同台换乘

1.3 整合优化后的客流效果

线网整合优化后，3号线与8号线组成环线，换位前后线路里程基本相当，车站总数由35座增加至37座，换乘站由13座增加至15座，3线换乘站增加至2座。通过对换位重组前后3号线的客流预测结果进行对比分析，发现换位后客流呈现明显的环线特征，日客运量和客运强度等主要指标均有所上升，同时由于换乘站增多，换乘站对运距的影响更加明显，运距呈现降低趋势，高峰客流断面略有降低。

重组优化后的3号线里程占全线网比例为11.1%，远期客运量占全线网比例为13.5%；远期全线客流100.15万人次/日，其中从其他轨道线路换乘来的客流为37.19万人次/日，环外客流占总客流比例为37.1%，体现了3号线作为骨架线和环线承担客运量较高的特征。换位前3号线客流预测总体指标如表1所示，换位后3号线客流预测总体指标如表2所示。

表1 换位前3号线客流预测总体指标

表2 换位后3号线客流预测总体指标

2 工程重难点攻克

3、5号线东段换位后，在现代大道站-娄江大道站区间受控制建筑影响，长达374 m的两条隧道需要上下重叠设置，需要克服富水软弱地层叠交隧道并小净距下穿带压给水管道的工程难点。

现代大道站-娄江大道站区间环境复杂，沿线密布建构筑物，线路自现代大道站出发，沿星港街敷设，穿越星港街高架桥、维益食品厂、俐玛化纤纺织厂、娄江、 312国道高架、娄江大道，最终到达娄江大道站，其中维益食品厂采用预制方桩，星港街高架采用钻孔灌注桩。为避让建筑物桩基，区间设计374延米为上下重叠段，重叠隧道竖向最小净距仅1.82 m，且在重叠隧道模式下超小净距(0.54 m)穿越大直径既有敏感管线(1.2 m带压给水管)，系国内首次。长距离重叠隧道平面图如图6所示。

图6 长距离重叠隧道平面图

上下重叠段位于软土地层，二者之间所夹土体为软塑粉质黏土，土体易扰动，施工难度大，工程风险高，施工中容易造成地面沉降超限、管线变形。其主要施工难点及风险分析有以下3点：①隧道掘进时需严格控制施工参数，掘进速度、土仓压力、出土量等掘进参数，尽量减少对地层的扰动，以减少对管线及已建隧道的影响；②先建隧道掘进时容易对该地层扰动，改变土体原有的结构，给后建隧道施工带来不利因素；③由于两线隧道距离很近，上部隧道掘进时会对下部隧道产生附加应力，导致隧道大的变形[2]。

针对上述问题，综合采用理论分析和数值仿真法，对比论证了“先下后上”和“先上后下”两种掘进模式的优劣，采用先下后上方案并采取必要的措施，具体步骤如下。

(1) 下部管片配筋加强，承受上部隧道掘进时产生的附加压力。

(2) 下部隧道采用增加注浆孔的多孔管片，掘进时加强同步注浆及二次注浆，并对夹层土进行深孔注浆加固。二次注浆加固示意如图7所示。

(a)

(3) 上部隧道施工时，下部隧道内同步安装支撑，在实际施工中设计研发了自动化支撑台车对管片进行顶撑加固，效率高，效果显著。

(4) 加强对下部管片姿态监测，根据监测结果及时调整上部盾构掘进参数或增加下洞支撑预加轴力。

根据数值模拟结果，经加固后的土体上部隧道掘进时下部隧道隆起量为13 mm，地表最大沉降约为16 mm。

上部隧道掘进时，下部隧道施加预支撑情况下最大隆起量为8.7 mm，地表沉降约为11 mm。

上部隧道施工时下部管片向上隆起，通过增加支架系统能减小下部隧道的隆起量，因此在上部隧道施工期间，应对下部隧道采取临时支撑的措施，对上下部隧道周围进行加固，防止上部隧道开挖卸载造成下部隧道的上浮；同时上部隧道掘进时对下部隧道产生附加应力，应适当加大下部隧道的配筋，配筋型号提高一级[3]。水管处地表沉降监测数据如图8所示。