雷振國

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安 710043)

太原地鐵2號線礦機—西澗河線站位方案綜合研究

雷振國

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，西安 710043)

西澗河站為太原地鐵2號線一期工程終點站，站后未設(shè)置停車場，車站配線須滿足初期折返和夜間停車。線路受現(xiàn)狀地面縱坡、建(構(gòu))筑物、交通疏解、地震液化等因素控制，邊界條件復雜。從礦機—西澗河三站兩區(qū)間入手，對滿足運營需求的多個備選方案，從運營組織、工程規(guī)模、交通疏解、工程風險等多方面分析比較，最終確定礦機站、小商品市場站分別為地下二層、三層島式車站，西澗河站為地下二層一島一側(cè)車站的綜合最優(yōu)方案。

太原地鐵；線站位方案；綜合研究

1 工程概況

太原地鐵2號線是太原市城市軌道交通線網(wǎng)中的骨干線路，南北向穿越主城區(qū)，是太原市規(guī)劃建設(shè)的第一條軌道交通線路。地鐵2號線全長37.2 km，設(shè)車站30座。線路南端規(guī)劃設(shè)置小店南車輛段1座，北端設(shè)南寨停車場1座。

一期工程南起人民南路站，北至西澗河站，線路長度23.7 km，全部為地下線，設(shè)車站21座。受用地條件所限，一期工程只建設(shè)南端小店南車輛段，北端無停車場[1]。

礦機—西澗河段位于太原市北部區(qū)域，包括礦機站、小商品市場站、西澗河站共三站兩區(qū)間，其中西澗河站為一期工程終點站。在滿足運營要求前提下，考慮現(xiàn)狀地面縱坡、重要建(構(gòu))物、交通疏解、不良地質(zhì)(地震液化)等控制因素影響，對該三站兩區(qū)間線站位方案進行了綜合研究。太原地鐵2號線線位示意如圖1所示。

圖1 太原地鐵2號線線位示意

2 礦機—西澗河三站兩區(qū)間主要控制因素[2]

2.1 線站位分布及站位環(huán)境

礦機—西澗河(三站兩區(qū)間)段線路沿解放北路布設(shè)，長度1.67 km，站間距分別為923 m和748 m(圖2)。

圖2 礦機—西澗河(三站兩區(qū)間)平面示意

礦機站周邊主要有太原礦山機械集團、北車集團及太鋼集團耐火材料廠的廠區(qū)及住宅小區(qū)，以工廠、企業(yè)、辦公、居住人員為主。小商品市場站周邊主要有青草坪家具市場、小商品批發(fā)市場、新星商貿(mào)城、花園國際大酒店、市同心外國語學校等，以商業(yè)、居住、學校人員為主。西澗河站周邊主要為消防支隊十一中隊、北宮花園、工人文化宮、市自來水公司、龍城小區(qū)、小商品物流巷，以消防、休閑、居住、物流人員為主。整體來看，此段周邊以商業(yè)、市場、企業(yè)、工廠、居住為主，人員密集，交通繁忙，交通疏解壓力較大。

2.2 運營組織需求

西澗河站作為一期工程的終點站，在初期不設(shè)置停車場的情況下，必須具備折返和夜間停車的條件[3-4]。因此，需要對西澗河車站配線進行重點研究。

2.3 地形條件

本段落地勢北高南低，地面坡度平均達到1%(圖3)。小商品市場站比礦機站地面高10.9 m；西澗河站比小商品市場站地面高7.6 m。高差過大對車站位置、車站型式、車站長度及車站埋深等都會產(chǎn)生一定程度的影響。

圖3 礦機—西澗河(三站兩區(qū)間)主要控制因素示意

2.4 控制性建(構(gòu))筑物2.4.1 尖草坪立交橋

尖草坪立交橋位于尖草坪街與解放路交叉處，建于1985年，是太原市修建的第一座互通式立交橋，被列為市級“歷史文化保護建筑”。該立交為兩層，二層主橋為轉(zhuǎn)盤，引橋為擋土墻路基，橋梁基礎(chǔ)為擴大條形基礎(chǔ)，埋深約2 m。地面層供小型車、非機動車和行人通行，凈空僅2.0 m。受此立交的影響，西澗河站站位選擇受到很大限制，見圖4。

圖4 西澗河站站位與尖草坪立交位置關(guān)系

2.4.2 澗河及澗河橋

線路在礦機站—小商品市場站區(qū)間下穿澗河及澗河橋。澗河發(fā)源于東山，流經(jīng)市區(qū)段落河堤已人工修筑和加固，并采用漿砌片石襯砌，平時流水寬度一般為0.5～1.0 m，深度一般小于0.5 m，主要為生活污水，洪水期水位漲跌變化迅速。澗河橋為重力式橋墩、5跨混凝土連續(xù)梁橋，跨度6.4 m，橋墩寬1 m，墩下為擴大基礎(chǔ)。

2.4.3 北中環(huán)下穿地道

線路在礦機站—小商品市場站區(qū)間下穿北中環(huán)街。北中環(huán)街為城市快速路，與解放路交叉采用立交形式，北中環(huán)街東西直行以雙向6車道地道下穿解放路。下穿地道兩側(cè)設(shè)鉆孔樁圍護結(jié)構(gòu)，鉆孔樁樁底距地面17.25 m。鉆孔樁埋深對區(qū)間隧道的埋深影響較大(圖3)。

2.5 不良地質(zhì)(地震液化)

砂土和粉土的地震液化是太原地鐵2號線面臨的一個重點問題。2號線位于太原盆地北端，汾河東岸漫灘及一級階地區(qū)，分布有第四系全新統(tǒng)沖洪積成因的飽和粉土、砂類土，具地震液化現(xiàn)象。地震液化主要是指在劇烈的動荷載如地震的作用下，液化土層可能會由于超空隙水壓力的急劇上升而使土顆粒之間的有效應(yīng)力喪失，導致隧道結(jié)構(gòu)的破壞。該三站兩區(qū)間液化層主要分布在小商品市場站及南側(cè)約500 m范圍，層厚為6 m。區(qū)間范圍埋深較大，層底埋深16.5～19.5 m，小商品市場站層底埋深9～16 m。小商品市場—西澗河區(qū)間液化層零星分布，且埋深較淺。設(shè)計中必須考慮液化土層的不利影響，采取繞避或地層加固的方式，消除其液化性。從液化層的分布看，小商品市場站及南側(cè)區(qū)間應(yīng)盡可能加大埋深。

2.6 交通疏解

本段線路沿解放北路布設(shè)。解放北路規(guī)劃道路紅線寬度50 m，現(xiàn)狀道路寬度約25 m，道路兩側(cè)各有5 m寬人行道和綠化帶，現(xiàn)狀道路兩側(cè)可用于交通疏解的寬度各為10 m。道路沿線分布有太原最大的小商品批發(fā)市場和太鋼生活區(qū)、龍城小區(qū)等大型居住區(qū)，人員密集，交通繁忙，交通疏解壓力較大。

從區(qū)域交通來看，由于北部區(qū)域為重工業(yè)區(qū)，主要是太鋼和一些大型工廠，鐵路專用線密布。受此影響，汾河以東區(qū)域南北向通道主要有濱河東路、大同路、解放北路—恒山路、澗河路—恒山路等(圖5)。如果尖草坪立交橋橋上交通中斷后，將會導致恒山路—解放北路、恒山路—澗河路方向的大型車輛均無法直接通行至北部。受鐵路專用線的影響，區(qū)域內(nèi)東西向通道極少，區(qū)域疏解交通較為困難。因此，如何保障該區(qū)域施工期間的基本交通需求，也是方案研究的重點。

圖5 區(qū)域交通現(xiàn)狀示意

3 綜合方案研究

3.1 比選方案的確定

西澗河站作為2號線一期工程的終點站，在初期不設(shè)置停車場的情況下，必須具備折返和夜間停車的條件。從常規(guī)角度考慮，最合理的配線方案就是在西澗河站站后設(shè)置雙停車線。但受尖草坪立交及北端“S”形曲線的限制，西澗河站只能設(shè)置于立交南側(cè)，緊臨立交引道布置。如果設(shè)置站后雙停車線，站間距長度僅561 m，客流重疊嚴重，同時尖草坪立交周邊的客流接駁也不夠便捷。因此，方案比選不再將此方案作為備選方案。

通過對邊界條件和控制因素的分析，選擇以下3個滿足運營組織功能的備選方案進行綜合比選(圖6)。

圖6 備選方案示意

方案一：西澗河站站后設(shè)單渡線，滿足初期折返功能；小商品市場站站后設(shè)雙停車線，滿足初期夜間停車和近、遠期故障存車。

由于小商品市場站站后設(shè)雙停車線，車站長度達518 m。如果通過加大埋深繞避液化層，將導致小商品市場站成為地下三層、局部四層，車站規(guī)模巨大。同時，由于小商品市場～西澗河區(qū)間僅271 m，提升高度有限，致使西澗河站也要達到地下三層、局部四層，工程投資、實施難度和工程風險極大?；诖?，該方案3個車站均為地下二層島式車站，小商品市場站受地面縱坡影響局部為地下三層。液化層通過加固進行處理(圖7)。

圖7 線路縱斷面(方案一)

方案二：礦機站為地下二層、小商品市場站為地下三層島式車站，西澗河站采用雙島三線，為地下二層、局部三層(圖8)。

圖8 線路縱斷面(方案二)

方案三：礦機站為地下二層、小商品市場站為地下三層島式車站，西澗河站采用一島一側(cè)雙臺三線，為地下二層(圖9)。

圖9 線路縱斷面(方案三)

3.2 方案綜合比選

3.2.1 運營組織

(1)方案一

優(yōu)點：①初期當西澗河站配線故障時，可利用小商品市場站配線組織運營，故障影響范圍較??；②近、遠期小商品市場站配線可同時滿足故障列車停車及列車折返使用，運營組織靈活方便。

缺點：配線設(shè)置過密，工程規(guī)模偏大。

(2)方案二

優(yōu)點：配線集中設(shè)置于西澗河站，工程規(guī)模減小。

缺點：①配線夜間存車功能較差；②近、遠期正常運營時只能作為故障列車待避線使用，功能單一；③初期折返列車需載客過道岔，乘客舒適性較差；維修工作量較大；站前折返，折返時間較長；④ 受雙站臺的影響，乘客乘坐不便。

(3)方案三

優(yōu)點：配線集中設(shè)置于西澗河站，工程規(guī)模減小。

缺點：①、②、③同方案二；④受雙站臺的影響，乘客乘坐不便；初期只使用島式站臺，側(cè)式站臺閑置。

從運營組織方面比較，方案一較好，方案二、方案三次之。

3.2.2 車站設(shè)置情況及對周邊環(huán)境的影響

(1)礦機站

3個方案中礦機站均為地下二層標準島式車站，車站均設(shè)置于解放路與規(guī)劃道路的交叉口，跨路口設(shè)置。車站總長度221 m，拆遷面積6 171 m2。車站附屬需要拆遷道路東側(cè)北車集團宿舍和沿街部分商鋪。

(2)小商品市場站

方案一站后設(shè)雙存車線，為地下二層、局部三層島式車站。車站設(shè)置于小商品批發(fā)市場南側(cè)、澗河北側(cè)。車站總長度518 m，拆遷面積5 536 m2。車站附屬需拆遷道路西側(cè)小商品市場沿街二層商鋪和道路東側(cè)一層民房。

方案二、方案三為標準地下三層島式車站，站位與方案一基本一致。車站總長度168 m，拆遷面積3 970 m2。車站附屬需拆遷道路東側(cè)一層民房。

(3)西澗河站

方案一站后設(shè)單渡線，為地下二層島式車站。車站設(shè)置于解放路與澗河路交叉口以南140 m，東臨北宮花園。車站總長度306 m，拆遷面積5 067 m2。車站附屬需拆遷北宮花園沿街三層建筑。

方案二為雙島三線，地下二層、局部三層車站。車站設(shè)置于解放路與澗河路交叉口以南185 m。車站總長度558 m，拆遷面積11 948 m2。車站總寬度32.4 m，已基本覆蓋現(xiàn)狀整個路面。由于增設(shè)物業(yè)出入口，拆遷量增大，主要拆遷道路東側(cè)沿街三層建筑。

方案三為一島一側(cè)雙臺三線車站。車站設(shè)置于解放路與澗河路交叉口以南180 m。車站總長度369 m，拆遷面積10 476 m2。主要拆遷道路東側(cè)沿街三層建筑。

3.2.3 工程規(guī)模

各方案工程規(guī)模比較見表1。從比較結(jié)果看，方案二工程規(guī)模最高，方案一次之，方案三最低。

表1 工程規(guī)模比較

3.2.4 液化層處理

(1)液化處理原則

地震液化作為太原地鐵特有的不良地質(zhì)現(xiàn)象，在設(shè)計過程中針對地鐵結(jié)構(gòu)抗地震液化進行了專題研究。根據(jù)研究成果，地下車站和區(qū)間分別采用如下處理原則[5-9]。

①明挖地下車站結(jié)構(gòu)

a.明挖結(jié)構(gòu)頂板以上存有液化砂層，在保證抗浮驗算安全的情況下，可以不做液化地層處理；

b.在明挖結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)存有液化砂層時，受到圍護結(jié)構(gòu)的隔離，可以不對液化地層進行加固處理，但結(jié)構(gòu)設(shè)計中需考慮發(fā)生液化時，附加應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響，保證發(fā)生地震時結(jié)構(gòu)承載力滿足要求；

c.結(jié)構(gòu)底板及底板下存在液化砂層時，需對液化砂層進行處理。

②盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)

a.液化砂層位于盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)頂板附近及以上時，可以不對液化地層進行處理，但結(jié)構(gòu)設(shè)計中需考慮發(fā)生液化時，驗算結(jié)構(gòu)的抗浮安全系數(shù)滿足要求和附加應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響，保證發(fā)生地震時結(jié)構(gòu)承載力滿足要求；

b.液化砂層位于盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)拱腰及以上時，地層發(fā)生液化時對結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形影響較大，建議對該部分液化砂層進行加固處理；

c.隧道周邊土體全部為液化砂層時，需對液化砂層進行加固處理。

(2)液化層處理情況比較

①方案一

小商品市場站和西澗河站均采用地下二層，液化層需要進行加固處理。液化地層處理費用約為2 527萬元。

②方案二

小商品市場站不設(shè)配線，車站有條件壓深至地下三層，埋深達到23.3 m。車站范圍液化層全部挖除，區(qū)間在加大埋深后無需處理液化土層。

③方案三

同方案二。

從液化層處理情況看，方案一處理費用較高，方案二、方案三較低。

3.2.5 交通疏解

3個方案中礦機站、小商品市場站均為島式車站，主體寬度相差不大，疏解條件基本相當。因此主要對西澗河站主體交通疏解及對尖草坪立交的交通影響進行分析比較。

(1)方案一

車站規(guī)模：地下二層島式車站，車站長度306 m，車站寬度21.6 m。

疏解條件：明挖順作法施工，可保證雙向2個機動車道及2個人、非混行車道，可滿足沿線基本交通需求。

對尖草坪立交的影響：車站北端止于立交引道以南約60 m處，通過交通渠化和澗河路的疏解，可保證尖草坪立交的基本通行。

(2)方案二

車站規(guī)模：雙島三線地下二層、局部三層車站，車站長度558 m，寬度32.4 m。

疏解條件：車站主體過寬，無法滿足雙向2個機動車道的基本需求。需采用頂板分幅蓋挖順作法，工程投資、施工難度、安全風險大幅增加，圍擋周期延長約1年。

對尖草坪立交的影響：車站北端止于立交南側(cè)引道路基段，距離橋臺僅25 m。施工期間需要臨時拆除南側(cè)引道。受立交橋下凈空限制(僅2 m)，大型車輛南北向交通中斷。

(3)方案三

車站規(guī)模：一島一側(cè)地下二層車站，車站長度369 m，寬度29.2 m。

疏解條件：采用明挖和局部蓋挖法施工，可保證雙向2個機動車道及2個人非混行車道，可滿足沿線基本交通需求。

對尖草坪立交的影響：同方案一。

從交通疏解及對尖草坪立交影響方面比較，方案一、方案三較好，方案二較差。

3.2.6 工程風險

各方案線路穿越主要構(gòu)筑物情況及工程風險比較見表2[10-12]。從工程風險方面比較，方案一風險較高，方案二、方案三較低。

3.3 方案比選結(jié)論

通過對運營組織、工程規(guī)模、液化層處理、交通疏解、工程風險等方面的綜合分析比較，方案三滿足運營需求，工程規(guī)模最小，基本避開了液化地層，交通疏解難度較小，工程風險較低。綜合考慮，將方案三作為推薦方案。

表2 線路穿越主要控制性構(gòu)筑物情況比較

4 體會與建議

通過對太原地鐵2號線礦機—西澗河(三站兩區(qū))的綜合方案研究分析，認為在軌道交通工程重點方案研究過程中，應(yīng)力求做到以下幾點，以確保工程方案更合理，更經(jīng)濟。

(1)功能優(yōu)先。所有備選方案首先應(yīng)滿足運營組織的功能需求，在此基礎(chǔ)上進行工程、經(jīng)濟比較。

(2)在邊界條件比較復雜的情況下，應(yīng)對各種控制因素逐一進行分析研判。在此基礎(chǔ)上，從運營組織、工程規(guī)模、交通疏解、工程風險等方面對各備選方案進行綜合分析比選，最終確定較為安全、經(jīng)濟、合理的方案。

(3)方案比選不應(yīng)局限于某一站或某一區(qū)間，只要影響到的車站和區(qū)間，都應(yīng)列入方案比選范圍。也只有這樣，方案比選才更全面，最終推薦的方案才更為合理。

(4)由于設(shè)置配線導致車站加長或者加寬時，應(yīng)充分考慮交通疏解及管線遷改的可能性，選擇合適的站位和施工工法。

(5)地面坡度過大，設(shè)置配線后導致車站長度加長、局部埋深加大時，應(yīng)綜合考慮，在滿足功能的前提下，盡量減小車站規(guī)模。

[1] 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.太原市城市軌道交通2號線一期工程(小店南～西澗河)總體設(shè)計[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2013.

[2] 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.太原市城市軌道交通2號線一期工程(小店南～西澗河)礦機～西澗河(三站兩區(qū)間)方案專題研究報告[R] .西安：中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2013.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50157—2013地鐵設(shè)計規(guī)范 [S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013．

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建標104—2008城市軌道交通工程項目建設(shè)標準[S].北京：中國計劃出版社，2008．

[5] 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.太原市城市軌道交通2號線一期工程(小店南～西澗河)地鐵結(jié)構(gòu)抗地震液化專題研究報告[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2013.

[6] 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.太原市城市軌道交通2號線一期工程(小店南～西澗河)抗震設(shè)防專項論證[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，2013.

[7] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50111—2006(2009年版)鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范 [S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009．

[8] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010．

[9] 余潔.地震液化對地鐵工程的危害及對策[J].鐵道工程學報，2014(2)：115-118．

[10]北京安捷工程咨詢有限公司.太原市軌道交通2號線一期工程(人民南路～西澗河)安全風險評估報告[R].北京：北京安捷工程咨詢有限公司，2013．

[11]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50652—2011城市軌道交通地下工程建設(shè)風險管理規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011．

[12]岳鵬飛，戴泉，何炬.盾構(gòu)施工下穿建筑樁基的影響研究[J].鐵道標準設(shè)計，2012(3)：77-79.

Comprehensive Study on Kuangji-Xijianhe Line Position Scheme of Taiyuan Subway No.2 line

LEI Zhen-guo

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co. Ltd.， Xi’an 710043, China)

Xijianhe station is the terminal of the first-stage project of Taiyuan subway No.2 line and the auxiliary lines of the station must have the ability to satisfy train turning-back and parking at night on account of the missing of the parking lot in the preliminary stage. As affected by ground longitudinal slope， buildings， traffic organization， seismic liquefaction， its boundary conditions are extremely complicated. This paper conducts analysis and comparison of operation organization， project scale， traffic management and engineering risk based on recommended schemes to meet the requirements for operation in respect of Kuangji-Xijianhe (three stations two intervals). Eventually Kuangji station and the small commodity market stations are determined to be of underground two-floor station and underground three-floor island station respectively， and Xijianhe station is of the underground two-floor， one island with one side station．

Taiyuan subway; Line position scheme; Comprehensive study

2014-11-20；

2014-12-12

雷振國(1971—)，男，高級工程師，1994年畢業(yè)于西安公路學院公路與城市道路工程專業(yè)，E-mail:329653140@qq.com。

1004-2954(2015)07-0044-06

U231+.2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.07.011