李春劍，任 磊，崔天麟

(鄭州市軌道交通有限公司，鄭州 450000)

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 鄭東車輛段功能定位

鄭東車輛段承擔(dān)著鄭州市軌道交通1號(hào)線各系統(tǒng)和建、構(gòu)筑物的維修工作及其他線路各系統(tǒng)小型設(shè)備及零部件的修配及加工任務(wù);承擔(dān)1號(hào)線運(yùn)營(yíng)及2條線路車輛廠、架修的設(shè)備機(jī)具、材料、備品備件等的儲(chǔ)存和發(fā)放工作。

1.2 地理位置

鄭東車輛段與綜合基地設(shè)于鄭州市1號(hào)線一期工程終點(diǎn)，位于賈魯河、魏河以南，七里河以北，京珠高速公路以東，楊橋干渠以西，規(guī)劃桑林西路(規(guī)劃京港澳高速輔道)貫穿區(qū)域南北，占地34.96 hm2。整個(gè)區(qū)域地形西高東低，南北高中間低。該地區(qū)現(xiàn)階段為平原區(qū)，區(qū)域內(nèi)基本為農(nóng)田。車輛段位于馬樓村東北方向，所在處平均高程83.2 m，為區(qū)域中相對(duì)高處。

2 布置方案

2.1 平面布置原則

結(jié)合鄭州市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃、地鐵車輛檢修運(yùn)用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、軌道交通1號(hào)線一期工程運(yùn)營(yíng)組織方案、相關(guān)地鐵車輛段與綜合基地(場(chǎng))及各線聯(lián)絡(luò)條件的規(guī)劃情況，綜合確定鄭東車輛段與綜合基地的功能定位和規(guī)模，以實(shí)現(xiàn)資源共享最大化的目標(biāo)。并以方便行車組織，提高車輛檢修運(yùn)用質(zhì)量和效率為目標(biāo)，對(duì)段、場(chǎng)的分工進(jìn)行研究，合理確定鄭東車輛段與綜合基地和凱旋路停車場(chǎng)的分工和設(shè)計(jì)規(guī)模。

車輛段與綜合基地的總平面布置設(shè)計(jì)應(yīng)符合城市規(guī)劃要求，并在滿足功能要求的前提下，盡量緊湊，最大限度利用土地資源。建設(shè)應(yīng)近、遠(yuǎn)期相結(jié)合，其股道、房屋和機(jī)電設(shè)備等盡量按近期設(shè)計(jì)，對(duì)于遠(yuǎn)期改擴(kuò)建困難的檢修車庫(kù)按遠(yuǎn)期規(guī)模一次建成考慮;用地范圍按遠(yuǎn)期規(guī)模并在遠(yuǎn)期站場(chǎng)股道和房屋規(guī)劃布置的基礎(chǔ)上確定［4-10］。

2.2 平面布置實(shí)施方案

根據(jù)上述原則，確定的車輛段的平面布置(圖1)。

圖1 鄭東車輛段總平面布置

該方案具有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)從車輛段與周邊既有及規(guī)劃條件結(jié)合情況看，最為因地制宜，試車線設(shè)在車輛段西側(cè)，緊鄰馬樓村，不切割地塊，便于地塊整合利用。

(2)廠前區(qū)集中設(shè)置且場(chǎng)地開闊，人員辦公環(huán)境較好。

(3)充分利用整合了試車線出入段線布置，將對(duì)環(huán)境有一定影響的污水處理站和有防火要求的雜品庫(kù)放置在此，更有效地利用了空地，占地更省，段型更為緊湊［12］。

2.3 站場(chǎng)豎向設(shè)計(jì)

車輛段豎向設(shè)計(jì)是對(duì)廠區(qū)用地范圍的自然地形及車輛各生產(chǎn)、辦公區(qū)建、構(gòu)筑物進(jìn)行豎向方向的高程設(shè)計(jì)，合理的豎向設(shè)計(jì)減少工程投資，提高工作效率。豎向設(shè)計(jì)作為車輛段總圖設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)與總平面布置同時(shí)考慮配合進(jìn)行。鄭州東車輛段地勢(shì)平坦，挖方量不大，結(jié)合地形情況設(shè)計(jì)僅需滿足排水需要即可。

室外排水采用分流制，室外排水、生活廢水與生活污水均分流排放。排水重力流管道采用埋地高密度聚乙烯HDPE雙壁波紋管，根據(jù)管道直徑采用0.2% ～0.5%的坡排入鄭開大道DN500市政污水系統(tǒng)。

3 車輛段場(chǎng)坪高程的確定

鄭州市軌道交通1號(hào)線鄭東車輛段與綜合基地所處區(qū)域地勢(shì)基本為西高東低，北高南低。屬尚未建成區(qū)域，規(guī)劃尚未實(shí)施。

對(duì)于車輛段與綜合基地的防洪標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］(GB10157—2003)第 22.10.3 條“沿海或江河附近地區(qū)車輛段與綜合基地的線路路肩設(shè)計(jì)高程不應(yīng)小于1/100潮水位、波浪爬高值和安全高之和”和《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］(TB10001—2005)第 3.0.1條“當(dāng)路肩高程受洪水位或潮水位控制時(shí)，應(yīng)計(jì)算其設(shè)計(jì)水位，設(shè)計(jì)洪水頻率或重現(xiàn)期應(yīng)符合下列規(guī)定:1、設(shè)計(jì)洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用1/100……”，確定鄭州市軌道交通1號(hào)線鄭東車輛段與綜合基地場(chǎng)坪的防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇。水文資料顯示百年一遇水位高出現(xiàn)狀約2.8 m，為減少工程浪費(fèi)，確定合理場(chǎng)坪高程，進(jìn)行了周邊環(huán)境分析及計(jì)算。

3.1 車輛段周邊河道情況

車輛段周邊的河道主要有賈魯河、七里河和魏河，相對(duì)位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 車輛段周邊河流情況

其中，賈魯河(京珠高速公路～楊橋干渠段)河道會(huì)對(duì)鄭東車輛段所在區(qū)域澇水有一定影響，該段河道長(zhǎng)約5.2 km，流經(jīng)規(guī)劃鄭東車輛段區(qū)域北部1.5～2.8 km處;七里河(京珠高速公路～楊橋干渠段)河道會(huì)對(duì)鄭東車輛段所在區(qū)域澇水有一定影響，該段河道長(zhǎng)約4 km，流經(jīng)規(guī)劃鄭東車輛段區(qū)域南部約3.2 km處;魏河(京珠高速公路～入賈魯河段)河道會(huì)對(duì)鄭東車輛段所在區(qū)域澇水有一定影響，該段河道長(zhǎng)約2.2 km，流經(jīng)規(guī)劃鄭東車輛段區(qū)域北部約1 km處。

3.2 流域防洪水文計(jì)算

依據(jù)鄭州市對(duì)市區(qū)河流所劃分的匯水面積，采用排水模數(shù)計(jì)算各部分流量，再將每塊匯水面積上的流量進(jìn)行疊加，最終求得流域整個(gè)匯水面積上的流量，見(jiàn)表1。

表1 河道設(shè)計(jì)流量成果

3.3 區(qū)域雨洪水文計(jì)算(表2)

鄭東車輛段所處地區(qū)現(xiàn)階段為平原區(qū)，區(qū)域內(nèi)基本為農(nóng)田。依照《鄭汴新區(qū)總體規(guī)劃(2009—2020)》，該區(qū)域域內(nèi)不僅規(guī)劃有居住工作用地、工業(yè)用地和教育科研用地，還有商業(yè)金融業(yè)用地。隨著新區(qū)規(guī)劃的實(shí)施，城市化進(jìn)程的不斷加快，區(qū)域產(chǎn)流特征由農(nóng)業(yè)區(qū)向市區(qū)型雨洪轉(zhuǎn)變，故認(rèn)為該地區(qū)的雨洪計(jì)算應(yīng)依照市區(qū)型，通過(guò)對(duì)河道洪水過(guò)程線的分析，河道50年和100年一遇洪水過(guò)程中大于5年一遇除澇流量的時(shí)間分別為1.5～2 d。本次計(jì)算偏保守考慮，內(nèi)澇雨洪歷時(shí)采用3 d降雨。

表2 區(qū)域設(shè)計(jì)雨洪計(jì)算結(jié)果

表2中Pa為設(shè)計(jì)前期影響降雨量;P為24 h設(shè)計(jì)雨量。

3.4 內(nèi)澇雨洪風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)

3.4.1 河道洪水對(duì)規(guī)劃區(qū)影響

根據(jù)《鄭州新區(qū)防洪及水系規(guī)劃》，賈魯河、魏河和七里河堤頂高程和100年一遇水位與場(chǎng)坪處現(xiàn)狀地面高程的比較見(jiàn)圖3。

圖3 現(xiàn)狀地面與河道特征高程對(duì)照示意

由圖3可見(jiàn)，賈魯河、魏河和七里河的百 年一遇水位均高出場(chǎng)坪處現(xiàn)狀地0.9～1.5 m，堤頂高程(50年一遇洪水位加1 m超高)高出場(chǎng)坪處現(xiàn)狀地面1.5～2.0 m。當(dāng)河道發(fā)生50年或100年一遇洪水時(shí)，區(qū)域澇水由于河道內(nèi)洪水的頂托作用，無(wú)法自排。該區(qū)域規(guī)劃無(wú)提排泵站，故只有待洪峰消退，河道水位回落后，區(qū)域積水方可通過(guò)排澇涵閘進(jìn)入河道。

通過(guò)對(duì)河道水位與地面關(guān)系的分析，可知當(dāng)河道發(fā)生50年或100年一遇洪水時(shí)，河道水位高于規(guī)劃區(qū)地面高程，此時(shí)區(qū)域內(nèi)若發(fā)生因強(qiáng)降水產(chǎn)生的內(nèi)澇雨洪將難以自流排出。

3.4.2 內(nèi)澇雨洪影響

依照模擬新區(qū)規(guī)劃實(shí)施后的下墊面情況和地形地貌，區(qū)域內(nèi)發(fā)生強(qiáng)降雨時(shí)，遭遇河道同頻率洪水，由于河道洪水位高出項(xiàng)目區(qū)地面0.5～1.5 m且河道水位下降緩慢，故認(rèn)為在強(qiáng)降雨過(guò)程中，為了防止倒灌，沿河排澇涵閘處于關(guān)閉狀態(tài)，絕大部分內(nèi)澇雨洪無(wú)法自排流入河道，評(píng)價(jià)區(qū)積水深度升高，滯蓄在區(qū)域內(nèi)部。隨著河道水位的不斷下降，強(qiáng)降雨雨洪將隨著沿河排澇涵閘的開啟，逐步排入河道，評(píng)價(jià)區(qū)水位也隨之降低。

3.5 內(nèi)澇水位的確定

通過(guò)對(duì)可能改變澇水流向的主要地物分析，結(jié)合京珠高速公路至鄭開大道互通立交已修建、規(guī)劃桑林西路尚未修建建立模型。在此情況下，匯水區(qū)域總面積9.44 km2，50年一遇和 100年一遇洪量分別為350.06萬(wàn)m3和399.03萬(wàn)m3。鄭開大道自東向西穿過(guò)，將該區(qū)域劃分為鄭開大道以北和鄭開大道以南兩個(gè)部分。對(duì)此區(qū)域繪制H-V曲線，見(jiàn)圖4。

圖4 H－V曲線

查圖4H-V曲線，50年一遇區(qū)域內(nèi)澇雨洪積水高程為83.50 m，最深處積水深度1.00 m;100年一遇區(qū)域內(nèi)澇雨洪高程為83.52 m，最深處積水深度1.02 m。該區(qū)域地鐵1號(hào)線車輛段與綜合基地50年和100年一遇內(nèi)澇雨洪積水水位分別為83.50 m和83.52 m，水深分別為0.30 m 和0.32 m。

3.6 車輛段內(nèi)內(nèi)澇雨洪水位確定

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)有關(guān)河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)、水位和流量進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并結(jié)合車輛段周邊城市規(guī)劃建設(shè)，推算出車輛段50年和100年一遇的內(nèi)澇洪水水位為83.51 m 和 83.52 m［3，8］。參照現(xiàn)行《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］中Ⅰ、Ⅱ 級(jí)鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，安全高度采用0.5 m，壅水高加波浪侵襲高或斜水高取0.3 m。結(jié)合周邊規(guī)劃情況確定最終場(chǎng)坪高程為84.32 m，較100年一遇水位降低約1.6 m。

4 地基處理方案的確定

4.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

鄭州市軌道交通1號(hào)線一期工程車輛段及出入段線工程整個(gè)場(chǎng)地均為耕地，地形相對(duì)平坦，站區(qū)所處地貌單元為黃河沖積平原。上部21～23 m為粉土、粉質(zhì)黏土，天然地基承載力特征值70～120 kPa，地基承載力低、壓縮性高，下覆土層細(xì)砂、粉土、粉質(zhì)黏土等，為較好的樁端持力層。

鄭東車輛段地區(qū)地下水類型主要為由砂、砂礫石含水層為主的孔隙水，為富水區(qū)，地下水埋藏較淺，屬上部潛水，局部分布承壓水。

地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在干濕交替條件下具有弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)也具弱腐蝕性。

4.2 地基處理方案

根據(jù)地質(zhì)情況并結(jié)合房屋的功能、上部結(jié)構(gòu)形式，車輛段房屋地基處理方式主要分為3種:水泥土攪拌樁［6］、CFG 樁、級(jí)配砂石換填。

車輛段內(nèi)運(yùn)用庫(kù)、檢修主廠房、調(diào)機(jī)庫(kù)、物資總庫(kù)、材料棚等生產(chǎn)性房屋，多為大跨度排架結(jié)構(gòu)+獨(dú)立基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，房屋的整體性和剛度都比較差，且基礎(chǔ)下有軟弱下臥層，故獨(dú)立基礎(chǔ)下采用水泥土攪拌樁的地基處理方式。乘務(wù)員公寓及食堂浴室為框架結(jié)構(gòu)，公寓為3層結(jié)構(gòu)，食堂浴室為一層，兩者之間未設(shè)置沉降縫，為了控制變形，采用條基下+水泥攪拌樁的地基處理方式。

4.3 車輛段碎石道床區(qū)地基處理方案優(yōu)化

根據(jù)《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］“高度小于2.5 m 的低路堤?！驳缀穸确秶鷥?nèi)天然地基靜力觸探比貫入阻力Ps值:Ⅱ級(jí)鐵路不得小于1.2 MPa，否則應(yīng)進(jìn)行加固處理?！苯Y(jié)合地質(zhì)資料及規(guī)范公式，攪拌樁設(shè)計(jì)確定采用φ500 mm@1 200 mm，樁長(zhǎng)約9 m，樁底持力層為粉砂。按此方案進(jìn)行水泥攪拌樁試樁單樁承載力(單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn))和復(fù)合地基承載力(單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn))試驗(yàn):試樁單樁豎向抗壓承載力特征值為190 kN;試樁復(fù)合地基承載力特征值為213.3 kPa。加固后滿足規(guī)范要求。

為準(zhǔn)確確定地質(zhì)參數(shù)，選用更為合理的加固方案，進(jìn)行了平板載荷試驗(yàn)和動(dòng)力觸探測(cè)試試驗(yàn)，結(jié)果顯示:場(chǎng)地第(1)層素填土厚度與原地質(zhì)勘察報(bào)告基本一致，承載力特征值fak=125.0 kPa;場(chǎng)地第(2)層粉土承載力特征值fak=150 kPa。根據(jù)此結(jié)果進(jìn)行了重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，鄭東車輛段碎石道床區(qū)按1.2 m間距布樁改為1.5 m樁距;減少攪拌樁7 000根(約45 000延米)。

5 結(jié)語(yǔ)

軌道交通車輛段建設(shè)規(guī)模大、專業(yè)復(fù)雜、綜合性強(qiáng)，在滿足基本功能情況下不僅要結(jié)合周邊現(xiàn)有設(shè)施和規(guī)劃做好總平面布置設(shè)計(jì)，而且要結(jié)合周邊河流做好防洪設(shè)計(jì)，并做好雨污水與市政的接駁設(shè)計(jì)。因工程規(guī)模龐大，場(chǎng)坪高程和地基處理方案均對(duì)工程投資有較大影響，鑒于此在確定場(chǎng)坪高程和地基處理方案均應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最大限度地避免工程浪費(fèi)。鄭東車輛段場(chǎng)坪高程和地基處理方案方面的做法可作為類似工程的參考。

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