地铁车辆段工程与文物遗址保护结合设计——以西安地铁6号线为例

侯小祥

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

西安作为十三朝古都，国家级历史文化名城，有着三千多年的建城史和一千多年的建都史，与雅典、罗马、开罗被誉为世界四大著名古都，其历史文物资源非常丰富[1]。西安市轨道交通线网不可避免地与大量重点文物产生碰撞，为了平衡地铁工程建设与历史文化传承，地铁工程建设中的文物保护成为一项典型的重要难题[2]。地铁车辆段作为轨道交通建设中占地面积最大的设施，虽然大宗用地选址时建设方对整个线网区域进行了详细的文物调研和普查，但仍可能穿越未探明的地下遗址区[3]。以西安地铁6号线侧坡车辆段为例，研究车辆段工程绕避地下遗址区的文物遗址保护设计方案[4]。

1 工程概况

西安市地铁6号线工程为轨道交通线网中的骨干线，长约39.8 km，一期工程范围为南客站至劳动南路站，于2016年3开工建设，2020年年底开通运营一期工程。一期工程侧坡车辆段位于6号线线路南端，接轨于国际医学中心站。基地位于西太路以东、澜香山项目以西、规划纬三十六路以北、纬三十二路以南。侧坡车辆段项目完成选址后，该用地分批移交。根据文物保护的相关规定与要求开展考古工作，分批对建设用地进行了考古勘探，先行移交的东侧地块经考古勘探后未发现文物遗存先行开工建设，后期交付的车辆段出入段线U形槽、咽喉区及咽喉区南北侧区域发现古墓葬、古遗址等遗迹，遗址区域未施工并进行了相应的保护措施。经专家对改遗址鉴定，认定该遗址是一处客省庄时期的大型聚落地遗址，具有非常重要的考古、历史、文化价值，应予以保护。按文物保护要求，车辆段需调整原设计方案，满足文物保护的要求。

2 遗址区对车辆段工程影响分析

侧坡车辆段功能定位为定修段，原设计为全上盖物业开发车辆段，出入段线、咽喉区、检修库区、运用库区等主要生产库区均进行上盖[5]，上盖平台总建筑面积约16万m2。车辆段北侧为一条长度1 km的试车线，检修库、综合楼、运用库等房屋整体布置在用地地块东侧，地块西侧中部为车辆段出入段线及咽喉区。项目进展前期该地块分批移交，经文物勘探后的东侧地勘先行移交，地块内运用库、检修库等大量工程全面施工；出入段线地下区间，敞口段U形槽均已完工。西侧地块交付较晚且在文物勘探及发掘过程中发现大面积遗址，遗址与车辆段关系示意详见图1(图中阴影区域为遗址区)。

图1 遗址与车辆段平面关系示意

由图1可看出，已经探明的文物遗址影响车辆段的主要设施有：出入段线及咽喉区股道、洗车库、轮对受电弓动态检测棚、工建料棚、试车线、上盖物业开发柱网等，以及配套的综合管沟、电缆沟、雨污水管道等工程。通过比对遗址范围及车辆段设计方案，出入段线咽喉区域、试车线及工建料棚区域处于遗址范围影响区内，但工建料棚区域可在车辆段开通运营后再实施，试车线在项目开通短期内可在正线试车，因此咽喉区遗址对车辆段开通影响巨大。为尽快厘清影响车辆段开通运营工程范围内的文物遗址情况，西安市文物保护考古研究院等单位，对车辆段工程开通影响范围内的咽喉区遗址发现先行进行全面发掘清理，发掘区域共布10 m×10 m探方72个，发掘面积7 100 m2，咽喉区遗址考古发掘航拍图及现场图分别如图2、图3所示。

图2 咽喉区遗址考古发掘航拍图

图3 咽喉区遗址考古发掘现场

根据考古工作成果所显示的情况，考古遗迹处于车辆段建设范围内，车辆段咽喉区建设将对遗迹本体产生影响；另由于工程方案计划实施整体上盖，上盖采取桩承台基础开挖建设，将破坏遗迹本体。同时，车辆段正在施工，位于段址西侧的出入段线U形槽、段址东侧的检修库运用库库区及咽喉区局部主体结构即将完成，车辆段股道布置在平面上已无移位可能，面临涉及遗迹的问题，建设难度大，急需研究设计方案使车辆段本体工程通过遗址区，满足保护遗址的要求且不改动已大量完工的咽喉区东西两侧工程。

3 遗址区车辆段工程方案设计

3.1 方案设计思路及遗址保护原则

西安的地下文物以墓葬和遗址为主，文物层基本在地下5 m以上，地上古建筑和不可移动文物，工程建设阶段采用加大埋深，双线避绕，铺设减震弹簧等措施[6]。但车辆段均为地上工程，车辆段房屋地基处理，管线敷设，轨道地基等处理将无法避开浅层文物，对浅层文物层会造成破坏。对于遗址类文物保护的原则是保护遗址的完整性和真实性[7]，建设工程所及范围不能对遗址造成破坏，且工程设计方案要进行文物影响评估[8]。因此，要研究使车辆段工程既能避开地下浅层文物遗址，又可满足车辆段使用功能，保证地铁工程顺利通车的设计方案。

车辆段运用库、检修库、咽喉区大部分均已大面积施工，出入段线地下区间、U形槽已基本施工完成，导致咽喉区股道平面位置已无法避开遗址区，位于遗址区的洗车库、轮对受电弓动态检测棚等单体房屋还具备调整空间避开遗址。咽喉区遗址范围内工程需从平面设计及竖向设计方面进行研究[9]，遗址区工程避让原则如表1所示。

表1 遗址区工程避让原则

3.2 平面设计方案

咽喉区平面设计按不上盖物业开发考虑，仅考虑运用库、检修库及咽喉区非遗址区上盖，取消遗址区原设计的上盖盖板及对应的桩基、承台工程。

调整洗车设备布置方案，原设计方案为咽喉区八字式洗车，将洗车库向西移动约150m至岔区外(经文物勘探查明该区域为非遗址区)，与出入段线并行布置，使洗车设备布置形式既可以实现“八字”往复洗车，也可实现车辆从运用库调车至洗车库直接洗车的功能。与传统“八字”洗车方式比较，该布置形式洗车牵出线变长，占地变大；车辆入段-洗车-进库作业模式洗车效率不变，运用库出库-洗车-进库的调车洗车方式时出库可直接洗车，洗车效率更高[10-11]。洗车设备布置形式对比示意如图4所示。

图4 洗车设备布置形式对比示意

侧坡车辆段咽喉区入段线设置了轮对及受电弓动态检测设备[12]，用于对车辆轮对进行外形尺寸、踏面缺陷及轴温的检测[13]，同时完成对车顶受电弓工作状况的图像监测[14]，设备采用非接触式图像测量、高精度位移测量等技术[15]。为排除阳光、雨、雪、雾、灰尘等外界环境对图像测量精度的干扰，设备安装在咽喉区入段线动态检测棚内。咽喉区发现遗址后已无设备安装条件，段内安装只能将检测设备设于段内某条检修线路上，但这种方式不能完全实现入段列车检测，在使用功能上存在不足。为确保车辆运行安全，将设备安装调整至南客站—侧坡站区间近南客站车站端安装，虽然增大了设备检查维护的工作量，但可满足所有正线运营车辆每次通过设备时均进行检测，较车辆段内安装提高了车辆检测频次[16]。

3.3 竖向设计方案

咽喉区遗址已发掘区域现场实测高程结果显示，遗址层高程在422.015～422.717 m之间，原设计车辆段场坪内为平坡，轨面高程为423.357 m，遗址最高点距轨面仅0.64 m，无地基换填空间，原方案通过将开挖文物层。因此需调整抬高遗址区轨面高程[17]，以保证遗址层与道砟层之间有足够的路基换填厚度。东侧运用库、检修库等设计高度无法调整，库前至遗址区有约280 m的咽喉区可供拉坡；出入段线U形槽已施工完成，出入段线纵坡为34.8‰，敞口段U形槽长度约250 m，具备抬高条件。因此，考虑增大出入段线纵坡至遗址区，通过遗址区后向下拉坡接入运用库、检修库内。经研究，调整U形槽内线路由原来34.8‰调整为38.5‰，咽喉区轨面高程抬高0.82 m。咽喉区原设计平坡，调整设计后咽喉区按最大坡度3.0‰拉坡[18]，至检修库、运用库库前轨面高程降为原设计的423.357 m。拉坡后轨面高程424.175 m。遗址层最高点422.717 m处的路基面高程为423.296 m，若不破坏遗址层，路基换填高度为0.579 m。坡度调整对比示意详见图5。

图5 坡度调整对比示意(单位：m)

出入段线坡度调整至38.5‰，虽然符合地铁设计规范中最大坡度不大于40‰的要求，但该车辆段信号系统在出入段线靠近车辆段侧设有信号转换轨。列车从车辆段向正线行驶时，需在转换轨上从车辆基地信号模式转换为正线信号模式，再投入正线运营。转换轨信号系统需完成列车进入正线、投入运营前：定位、轮径校准、影子车筛选，进入CBTC模式运营[19]；列车退出正线运营回段前：列车注销、驾驶转换驾驶模式。其中，轮径校准作业会受出入段线坡度影响，出入段线大坡道上雨雪天气有可能造成车轮打滑，影响轮径校准的成功率和准确度。车载信号系统测速、定位的准确度与信号系统采用的轮径准确性密切相关。若转换轨轮径校准失败，并不影响车投入正线运营，但列车只能在前方第一个车站站台区进行轮径校准，会影响在该站的停车精度。故在出入段线稍平缓线路上增设应答器，完成轮径校准[20]。同时，在出入段线大坡道敞口段设置风雨棚，避免雨雪天气对车辆运行产生影响。

遗址区轨面抬高后不开挖遗址路基换填高度仅0.58 m，需在咽喉区加强基床的隔水措施，铺设高强土工格栅来满足地基承载力要求[21]。路基处理措施，表层0.5 m填筑A组填料，为加强路基封闭、隔水，基床表层内设0.2 m厚中粗砂内夹铺一层PVC毛细排水板作为隔断层，底层0.08 m填筑5%水泥改良土，为了加强地基，在基床表层底部铺设一层双向经编高强度土工格栅。

3.4 室外管线工程方案

侧坡车辆段西侧为市政道路西太路，车辆段给水、雨水、污水、废水、消防等管网接驳均由西太路引入至段内综合楼、运用库及检修库，几乎所有对外接驳管线都需穿过遗址区。常规设计方案管网均沿试车线南侧道路铺设，雨水管网埋设深度近6 m[22]，受遗址区影响已无实施条件。

设计调整雨污水排放方案，在遗址区东侧、咽喉区南侧空地设置雨水泵站、污水泵站，将段内雨污水均收集汇入泵井，雨污水加压沿咽喉区南侧地面铺设管道至西太路，可保证所有管道均不开挖原状地面铺设。地面管道敷设采用管堤[23]形式加覆土层保护管道，管堤沿车辆段南侧围墙内布置，虽增加了围墙内用地面积，但管堤经绿化后可作为段内绿地，且管线施工过程简单便捷。管线敷设方式断面如图6所示。

图6 管线地面敷设方式断面(单位：m)

4 结语

车辆段工程经调整后遗址区取消上盖物业开发，调整了洗车库、轮对及受电弓动态检测棚位置，土建工程不侵入遗址本体；在咽喉区股道平面布局无法调整的条件下，通过增大出入段线坡度及咽喉区拉坡使遗址区轨面高程抬高，路基开挖面不与遗迹本体接触并留有一定的保护层；遗址区地下管线采用地面敷设加管堤保护的措施避免开挖；通过采取上述措施，在设计阶段消除了文物影响中的破坏性因素，基本保护了考古遗迹核心格局与重要内容，设计方案已通过了文物影响评估并实施。调整设计后车辆段洗车设备、动态检测设备安装位置调整，出入段线坡度增大、路基换填厚度变小等问题，采取工程措施后保证了车辆段的使用功能。该车辆段因文物遗址保护采取的调整方案可为其他类似工程提供参考。