白孝勇

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司, 北京 100055)

新建京張城際鐵路線路穿越軍都山段,針對地形、地質(zhì)、八達(dá)嶺景區(qū)等影響,考慮更好地兼顧市郊和旅游列車的開行,進(jìn)行多個越嶺方案綜合分析研究比選。

為帶動延慶縣社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,改善北京市西部市民出行條件,目前已開通北京北至延慶市郊鐵路S2線。市郊S2線由既有京張鐵路和康延支線組成。京張鐵路八達(dá)嶺站距長城入口1.1 km,交通接駁條件差,加之列車開行間隔時分和運(yùn)行時分長,大多數(shù)游客不選擇乘火車去長城。S2線開通以來只有21.36萬人在八達(dá)嶺站上下車,而同期與S2線列車相同路線的919路公交車,因在景區(qū)汽車停車場(滾天溝)?？?距長城入口約600 m,可以方便景區(qū)旅客,上下車人數(shù)達(dá)116.6萬人。景區(qū)相關(guān)設(shè)施如圖1所示,圖中紅線為擬建鐵路線位。

受地形條件控制,京張城際鐵路采用25‰坡度需連續(xù)設(shè)3座隧道越嶺,最長隧道近11.59 km,在八達(dá)嶺長城地下通過,隧道出口端距長城入口較近。長城入口地面高程約635 m,線路位于長城地下100 m，以隧道通過。

根據(jù)規(guī)劃,長城景區(qū)游客接待能力上限為800萬人。運(yùn)輸方式有京包線(S2線)、旅游巴士、公交車、自駕車等。京張城際鐵路若經(jīng)八達(dá)嶺并設(shè)站,預(yù)測近、遠(yuǎn)期通過鐵路運(yùn)輸?shù)挠慰头謩e為416萬、525萬人。從運(yùn)輸能力和景區(qū)環(huán)境保護(hù)等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析看,京張城際兼顧景區(qū)游客運(yùn)輸是合理的。八達(dá)嶺車站設(shè)置應(yīng)考慮方便乘客便捷、快速到達(dá)景區(qū)入口購票游覽,為此,需研究地面設(shè)站、地下設(shè)站站位方案比選(如圖2所示)。在地下站方案中需研究延慶方案聯(lián)絡(luò)線出線方式、車站有效長、車站埋深、車站結(jié)構(gòu)形式等方案,向決策部門提供全面詳實的決策數(shù)據(jù)。

圖2 八達(dá)嶺站位比較方案示意

1 站位方案研究

1.1 地面設(shè)站方案

本方案出八達(dá)嶺隧道后在程家窯設(shè)地面站。距長城入口平面距離4 km,需修建高標(biāo)準(zhǔn)公路(路線長5 km,按二級混凝土路面考慮,估算投資1億元)和停車場等附屬設(shè)施,由大量公交車轉(zhuǎn)運(yùn)至長城入口。該方案景區(qū)內(nèi)修建公路因占地，破壞現(xiàn)有植被,公路運(yùn)輸消耗燃油并排放大量廢氣,不利于景區(qū)環(huán)境保護(hù)。

解決延慶縣客流運(yùn)輸,自車站張家口端設(shè)計修建聯(lián)絡(luò)線接康延支線,然后利用并改建康延支線進(jìn)既有延慶站。

1.2 地下設(shè)站方案

本方案線路平面與地面站方案比,主要是地下車站平面位置有局部調(diào)整,車站設(shè)于滾天溝地下,距滾天溝地面約100 m,需設(shè)電扶梯將游客運(yùn)至地面。解決延慶縣客流運(yùn)輸,也需設(shè)計修建聯(lián)絡(luò)線接康延支線,存在康延支線聯(lián)絡(luò)線自地下站或區(qū)間引出的方案。

若自車站引出,出站后兩條聯(lián)絡(luò)線與正線分離并逐漸由一個隧道面過渡為三個隧道面,線路總長增加5.3 km,折算單線隧道總長較方案Ⅰ多5.7 km,工程投資估算多約5.4億元(見圖3)。地下車站主體范圍外的四線隧道段約815 m,跨度約26.6 m,隧道跨度大,設(shè)計及施工難度高,工程造價較高。出口段為第四系黃土層,洞身及基礎(chǔ)均位于黃土層,洞身淺埋段下穿程家窯村莊,三洞并行施工,風(fēng)險較大。聯(lián)絡(luò)線與正線分開后形成三洞隧道,隧道運(yùn)營通風(fēng)組織比較困難,且聯(lián)絡(luò)線內(nèi)設(shè)S形曲線,后期的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)及維修比較困難,故在區(qū)間引出接康延支線。

圖3 地下設(shè)站方案比選

1.3 方案綜合分析與推薦意見

方案主要工程數(shù)量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1。

表1 八達(dá)嶺站位方案比較(CK35+500～CK85+500)

注:地下站方案工程車站到發(fā)線有效長按450 m長計列。

地下站與地面站方案相比,車站設(shè)于地下100 m左右,由此引起的隧道開挖工程量、照明設(shè)施、通信設(shè)施、牽引變電設(shè)施、給排水系統(tǒng)、排風(fēng)換氣系統(tǒng)、疏散系統(tǒng)、消防設(shè)施、安裝費(fèi)用等其他相關(guān)投資大幅增加,工程投資多7.8億元。地下設(shè)站年運(yùn)營維護(hù)成本較地面站比增加1 900萬元。地面設(shè)站方案施工簡單,地下設(shè)站方案施工復(fù)雜,難度較大,國內(nèi)無先例,國際上也無如此規(guī)模地下站工程,需開展綜合性技術(shù)專題研究。

考慮地面站方案離景區(qū)遠(yuǎn),游客需轉(zhuǎn)換公交車方可達(dá)目的地,且需在景區(qū)建公路及相關(guān)設(shè)施,對環(huán)境影響大,采用地下站為宜。

2 地下車站到發(fā)線有效長方案比選

地下設(shè)站方案僅考慮旅游運(yùn)輸,車站到發(fā)線可選用450 m,若考慮長途、城際列車也?？?到發(fā)線有效長需采用650 m。兩方案工程比較情況如表2。

表2 八達(dá)嶺地下站到發(fā)線有效長方案工程比較

由表2可見,到發(fā)線有效長按650 m設(shè)計,投資估算比到發(fā)線有效長450 m增加約3.16億元,年運(yùn)營成本多193.9萬元。

到發(fā)線有效長650 m方案雖工程大,投資和運(yùn)營、維護(hù)成本高,實際運(yùn)營中不可排除張家口及以遠(yuǎn)方向到京長途車需在八達(dá)嶺地下站停靠,以便長城游客上下,故該站宜按到發(fā)線有效長650 m進(jìn)行設(shè)計。

3 地下站不同埋深方案比選

車站埋深不同,工程量和施工風(fēng)險、工期不同,需研究不同埋深方案。車站埋深大小與越嶺坡度和縱斷面設(shè)計有關(guān),為此研究了不同埋深方案比選。

3.1 線路平面控制因素

主要為水關(guān)長城處既有鐵路、滾天溝地下站位。保證既有線安全,線路距既有鐵路東側(cè)大于23 m控制設(shè)計線路平面。地下站位經(jīng)與景區(qū)管理部門多次現(xiàn)場踏勘溝通,地面廳以設(shè)于長城博物館北側(cè)為佳。

3.2 方案構(gòu)成

昌平西高架站至隧道進(jìn)口段約7.2 km地段地勢平緩,線路跨越G110國道、京張高速公路,設(shè)計應(yīng)盡量控制橋高。進(jìn)隧道后,線路高程主要受青龍橋“人”字形展線處既有鐵路和地下站埋深影響。與既有鐵路兩處交叉,既有軌面高程為564.6 m、581.2 m；滾天溝地面高程為635 m?？紤]工程規(guī)模和景區(qū)要求,車站主體不露于地面,據(jù)此進(jìn)行縱斷面設(shè)計而派生不同埋深方案。

共有七個可能方案,各方案縱斷面主要特點(diǎn)見表3。

表3 地下站不同埋深方案縱斷面特征

方案Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ均上跨青龍橋處既有線,線路出昌平站都直接采用了大坡度抬升高度,導(dǎo)致南口特大橋橋高大于50 m的地段總長分別為6.8 km、4.15 km、2.43 km,最大橋高分別為110 m、85 m、70 m,工程投資大量增加之外,地勢平緩地段設(shè)置長大高墩橋,從工程可實施性與合理性方面考慮,三個方案均不可取。方案Ⅶ下穿青龍橋既有線,車站埋深仍達(dá)71 m,地質(zhì)條件并無明顯改善,線路抬高導(dǎo)致水關(guān)長城處450 m長線路露于地面,對景區(qū)有影響,該方案也不宜采用。重點(diǎn)對方案Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進(jìn)行比較分析。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ方案主要工程數(shù)量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表4。

表4 地下站不同埋深方案比較

3.3 方案綜合分析與評價

(1)工程地質(zhì)條件方面

危巖落石是軍都山段的主要不良地質(zhì)問題,方案Ⅰ多以隧道通過,不突出,線路抬高后露頭次數(shù)增多,增加了危巖落石對工程的危害程度。線路穿過花崗巖地層,線路抬高使原來基本處于弱風(fēng)化地層中的線路大多處于強(qiáng)風(fēng)化帶中,局部埋深較淺段甚至處于全風(fēng)化帶中。特別是八達(dá)嶺地下站位附近,由于巖體破碎,加之埋深淺,隧道圍巖級別以Ⅴ、Ⅳ級為主,工程地質(zhì)條件較差。

綜合評價采用大坡度方案后地質(zhì)條件略差。

(2)橋梁工程方面

方案Ⅱ與方案Ⅲ橋梁長度增加較多,與方案Ⅰ相比,分別增加5.024 km和1.725 km。

方案Ⅱ與方案Ⅲ橋高增加較多,與方案Ⅰ相比,平均墩高由原來的10 m分別增加至26 m、15 m；最高橋高也由原來的24 m分別增加至70 m、60 m,設(shè)計、施工的難度及工程造價均明顯增加。

另方案Ⅱ中墩高在30 m以上的橋梁連續(xù)長度約為2 km,高墩、大坡度的長大段落橋梁在客運(yùn)專線鐵路的設(shè)計及施工上尚無先例,并且高橋墩的橋梁結(jié)構(gòu)對于大坡度無砟軌道的適應(yīng)性還需進(jìn)一步的論證研究。

(3)隧道工程方面

采用大坡度后隧道總長分別短3.306 km、2.836 km,但隧道進(jìn)出口數(shù)量明顯增加且大多位于半山腰上,地形陡峭,施工條件較差,施工便道較長,施工對景區(qū)的影響也較為顯著。且隧道淺埋段多位于景區(qū)核心區(qū)內(nèi),對工程施工工藝的要求相對較高,對景區(qū)的干擾也較大。

(4)線路與景區(qū)關(guān)系方面

方案Ⅰ在核心區(qū)內(nèi)出露3處,總長為583 m,最大出露長度為273 m,線路均以隧道形式下穿長城,對地面植被和生物資源影響最小,全段埋深較大,對長城的影響也最小。

方案Ⅱ與方案Ⅲ在核心區(qū)內(nèi)出露10處,總長分別為3 440 m、3 060 m,最大出露長度分別為1 230 m、1 190 m,均位于水關(guān)長城處,導(dǎo)致該段線路在此范圍內(nèi)與長城平面相距約70 m的區(qū)域內(nèi)與長城平行展布,對水關(guān)長城景觀的影響十分突出,并且兩個方案在八達(dá)嶺森林公園范圍內(nèi)也都出露于地面,相對于環(huán)保部門的審批及方案的可實施性均較差；另由于線路埋深相對較小,對長城破壞的可能性也相應(yīng)增大。

綜上分析,采用大坡度方案,雖然可以減少地下站埋深而施工、運(yùn)營安全有所改善,工程投資稍有節(jié)省,長隧道變?yōu)槎嘧趟?線路在景區(qū)出露地段增加變長,危巖落石問題變得較為突出,較多地段工程地質(zhì)條件出現(xiàn)惡化；高墩、大坡度的長大段落橋梁在客運(yùn)專線鐵路的設(shè)計及施工上尚無先例,并且對于大坡度Ⅱ型無砟軌道的穩(wěn)定性還需進(jìn)一步的論證研究方可確定?？紤]25‰以上坡度客運(yùn)專線在我國尚無成功經(jīng)驗借鑒,線路在景區(qū)出露地段增加變長,隧道淺埋段增加,隧道施工開挖面增加,方案難于獲取環(huán)保部門的審批。故宜采用長隧、低橋、景區(qū)出露次數(shù)少而車站深埋的縱斷面設(shè)計方案。

4 車站不同結(jié)構(gòu)形式方案比選

八達(dá)嶺地下站位于新八達(dá)嶺隧道內(nèi),隧道長11.59 km,從結(jié)構(gòu)形式分析,盡量減小結(jié)構(gòu)跨度,降低施工風(fēng)險,有單洞、兩洞和三洞方案比選。

4.1 方案介紹

(1)方案Ⅰ

區(qū)間正線與車站到發(fā)線不分開,到發(fā)線位于正線兩側(cè),車站為側(cè)式站臺車站,如圖4所示。

圖4 方案Ⅰ車站形式(單位：mm)

(2)方案Ⅱ

區(qū)間正線與車站到發(fā)線分開,在車站范圍以單洞雙線獨(dú)立通過(正線線間距保持4.6 m不變),到發(fā)線位于正線兩側(cè),車站為側(cè)式站臺車站,如圖5所示。

圖5 方案Ⅱ車站形式(單位：mm)

(3)方案Ⅲ

區(qū)間正線在車站范圍內(nèi)分開,分別與到發(fā)線的左、右線合并,形成雙洞四線,正線線間距為25 m,側(cè)站臺分別布置在兩洞的外側(cè),如圖6所示。

圖6 方案Ⅲ車站形式(單位：mm)

(4)方案Ⅳ

區(qū)間正線在車站范圍內(nèi)分開,分別與到發(fā)線的左、右線合并,形成雙洞四線,正線線間距為53 m,側(cè)站臺分別布置在兩洞的內(nèi)側(cè),如圖7所示。

圖7 方案Ⅳ車站形式(單位：mm)

(5)方案Ⅴ

區(qū)間正線分至兩側(cè),線間距57.5 m,在兩正線間設(shè)到發(fā)線(車站),車站為島式站臺,如圖8所示。

圖8 方案Ⅴ車站形式(單位：mm)

受水關(guān)長城處的既有京包線、八達(dá)嶺地下站站位的控制,以上各方案中左線平面位置均相同,在水關(guān)長城處與長城水平距離約70 m,平行走向約570 m。方案Ⅳ與方案Ⅴ右線中心線距長城僅為17 m和12.5 m,且由于此處地面高程較低,區(qū)間隧道拱頂覆土約15 m,施工過程中對長城影響太大,難以確保其安全,方案Ⅳ與方案Ⅴ無研究價值,對方案Ⅰ、方案Ⅱ與方案Ⅲ進(jìn)行詳細(xì)比較。

4.2 方案分析及推薦意見

方案分析結(jié)果如表5。

表5 地下站方案綜合分析

根據(jù)分析,三個方案在車站功能上差別不大,施工難度綜合分析方案Ⅱ最優(yōu),從工程總投資上分析,方案Ⅰ較優(yōu),從施工和運(yùn)營期間消防、安全方面看方案Ⅱ最優(yōu),宜采用方案Ⅱ。

5 結(jié)束語

通過八達(dá)嶺車站方案研究,對于位于特殊環(huán)境下的車站,應(yīng)該在分析影響方案的各類因素基礎(chǔ)上,進(jìn)行多層次、多方案研究分析比選,為抉擇者提供充分的決策依據(jù)。方案研究應(yīng)首先分析所有可能的方案,在各可能方案中分析具有可比價值的方案,在可比方案的基礎(chǔ)上再進(jìn)行同精度比選。在不遺漏方案的同時,能抓住重點(diǎn),在有限的勘察周期內(nèi)做好勘察設(shè)計工作。

[1] 中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司.新建京張鐵路可行性研究報告[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，2009

[2] 中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司.京張鐵路八達(dá)嶺(地下)站綜合技術(shù)研究報告[R].北京：中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，2009

[3] 鐵道部.新建時速300～350 km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計暫時規(guī)定[S].北京：中國鐵道出版社,2005

[4] 鐵道部.鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社,2005

[5] 鐵道部.地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社,2003