姜寶臣

(中鐵隧道勘測設計院有限公司， 天津 300133)

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廣州地鐵海珠廣場站換乘設計與實施

姜寶臣

(中鐵隧道勘測設計院有限公司， 天津 300133)

由于線網完善和城市規(guī)劃調整，地鐵建設無預留換乘節(jié)點的改造換乘站數量在增加。如何解決深埋、編組不匹配，無預留節(jié)點等改造換乘問題，成為地鐵建設新的挑戰(zhàn)。廣州地鐵6號線海珠廣場站存在深埋、編組不匹配，無預留節(jié)點和周邊環(huán)境復雜等問題，通過對不同換乘形式進行分析，在建筑設計上采用了L型平面換乘方式、單循環(huán)換乘的客流組織模式、臺-臺加廳-廳組合通道換乘形式；在結構設計上，通過采用明暗結合法滿足了古樹保護、歷史建筑保護以及既有運營線安全等多項建設控制條件，成功實現了城市中心區(qū)復雜條件下的地鐵換乘設計和建設問題。設計方法和實施經驗對該類型的換乘車站具有借鑒意義。

廣州地鐵； 無預留節(jié)點； 單循環(huán)換乘； 臺-臺換乘； 廳-廳換乘

0 引言

隨著公眾出行習慣的形成，城市軌道交通在部分大城市的公交出行量占比已超過40%[1]，各大城市地鐵項目大量建設，換乘車站也越來越多，總體有幾種趨勢： 1)線網逐步完善，深埋換乘站的比例大幅增大； 2)由于線網規(guī)劃的調整，換乘線列車編組不匹配的車站逐步出現； 3)無預留換乘節(jié)點的改造站數量增加。如何實現快速、安全、便捷地換乘是換乘站設計的目標。

國內外很多文獻對換乘站的換乘形式做了研究。王璇等[2]總結了國內外地鐵換乘樞紐站的發(fā)展趨勢；文獻[3-5]從換乘形式、換乘通道布置、建筑形式等方面對換乘站進行了研究，并對其優(yōu)缺點進行了分析；崔淦[6]對城市軌道交通樞紐站的換乘空間組織設計進行了系統(tǒng)分析，并統(tǒng)計了北京部分換乘站平面布置形式和換乘時間之間的關系，給出了并列型、十字型、T型和L型換乘布置空間利用集約度依次降低的規(guī)律；李舸鵬[7]結合國內已建或在建工程實例，對十字型、T型、L型、平行換乘和通道換乘等多種形式進行了分析，闡明了選擇換乘站的換乘形式所要遵循的主要原則和需要重點關注的地方，并提出了減少對安全運營影響的措施，強調了換乘客流應盡量避免交叉，客流組織盡可能做到單向流動；任兵杰[8]針對多個經典車站的換乘方式進行了分析，對換乘設計中存在的問題及優(yōu)化建議進行了權重分析；李國清[9]對北京地鐵換乘站的通道長度和站臺人流密度進行了統(tǒng)計對比；文獻[10-11]對廣州地鐵和北京地鐵車站在換乘距離、換乘時間和人性化設計等方面進行了分析研究。總體來說，目前對于換乘車站各種換乘形式的優(yōu)缺點已經有了共識，對于換乘效果的優(yōu)缺點也有了BP網絡模型分析和客流仿真分析等手段來進行評判；但目前對無預留節(jié)點換乘車站的系統(tǒng)研究還較少，這類車站不僅要考慮到不同線路車站自身的功能要求和換乘要求，還需要考慮工程實施的可行性和對既有線影響的風險。帥六妹等[12]對未預留節(jié)點的北京車公莊站的設計進行了方案比選，對這一類型的換乘站設計提出了自己的觀點。

基于以上研究成果，充分考慮廣州地鐵海珠廣場站存在深埋、編組不匹配，無預留節(jié)點以及對既有線保護等問題，在滿足基本功能的前提下，在多因素中逐步理清主次，找到較為合理的設計和施工方案，最終確定了2條線車站L型換乘的平面布置形式，并通過對既有車站底板及站臺進行改造，設計出了臺-臺換乘通道，實現了單向循環(huán)和臺-臺換乘的形式，較好地解決了復雜條件下的無預留節(jié)點換乘問題。

1 概述

1.1 線路及周邊環(huán)境

廣州地鐵海珠廣場站是既有運營線2號線和6號線的換乘站，車站位于泰康路與起義路的交叉路口，是城市中心區(qū)典型的深埋、編組不匹配以及無預留節(jié)點換乘站。既有2號線為地下4層、雙柱3跨島式車站，站臺寬度為12 m，6節(jié)編組，有效站臺長140 m，軌面埋深22.61 m。經比選后，新增的6號線采用明暗結合的地下5層分離島式車站，側站臺寬度為4.5 m，4節(jié)編組，有效站臺長72 m，軌面埋深33.45 m。車站周邊有海珠廣場古樹、廣州解放紀念碑、220 kV高壓線以及廣州賓館和海印繽繽廣場等大型建筑物，距離珠江僅200 m，整個站址周邊建設條件復雜、敏感，如圖1所示。

圖1 海珠廣場站周邊環(huán)境

1.2 地質條件

站址附近存在較厚的淤泥層和粉細砂層，下部巖層以強風化、中風化和微風化的泥質粉砂巖為主，詳見圖2。其中粉細砂層含水量豐富，且與珠江水系有水力聯系； 泥質粉砂巖強度不高，且有遇水軟化的特性。

圖2 6號線海珠廣場站地質縱剖面圖

1.3 車站設計客流

2號線和6號線遠期早高峰客流如表1和表2所示，其中2號線高峰小時換乘客流為21 221人次，6號線為15 815人次，換乘比例約為70%。

表1 2號線遠期早高峰客流

表2 6號線遠期早高峰客流

1.4 車站建筑設計方案

2號線海珠廣場站為地下4層明挖、雙柱3跨島式車站。地下1層布置了站廳層公共區(qū)及部分管理用房，地下2層和地下3層為車站主要的設備管理用房及部分備用房，地下4層布置了站臺層公共區(qū)和少量設備房。地下1層、地下4層及車站縱剖面圖如圖3所示。

(a) 地下1層(站廳層)平面圖

(b) 地下4層(站臺層)平面圖

(c) 車站縱剖面圖

6號線海珠廣場站為地下5層明暗結合分離島式車站，側站臺寬4.5 m，車站地下1層、2層和3層為明挖法施工，地下5層為暗挖法施工。地下1層為站廳層公共區(qū)及部分管理用房，地下2層和地下3層為車站主要的設備管理用房區(qū)，地下5層為站臺層。6號線海珠廣場站平面圖及剖面圖如圖4所示。

2 換乘分析

合理的換乘方案需要考慮線路、客流、征地、投資和施工難度等因素，不能簡單地以單個指標來衡量。文獻[1]對采用平行換乘形式的廣州地鐵嘉禾望崗站和體育西路站的使用效果進行了對比分析，認為在設計換乘站時需要綜合考慮不同客流、不同地理位置等因素。

(a) 地下1層(站廳層)平面圖

(b) 地下5層(站臺層)平面圖

(c) 車站縱剖面圖

(d) 車站橫剖面圖

地鐵換乘平面形式包括十字換乘、平行換乘、L型換乘和T型換乘。十字換乘通常被認為是2條線換乘比較方便合理的形式，其換乘距離短，換乘便捷；平行換乘是換乘可在同一站臺實現，換乘更為便捷，換乘線路更為清晰；而L型和T型換乘距離較遠，客流交叉較多。地鐵換乘方式可以分為臺-臺換乘和廳-廳換乘，或者兩者兼有。臺-臺換乘方便快捷，通行效率高，服務水平高；而廳-廳換乘距離較遠，緩沖空間大，適合大客流車站。根據實際情況可知，6號線海珠廣場站的換乘設計存在如下限制條件。

1)客流量大、換乘比例高。海珠廣場站為2號線與6號線的唯一換乘站，2號線是貫穿城市南北方向的主要地鐵線路，6號線是貫穿城市東西方向的主要地鐵線路。根據客流預測，海珠廣場站遠期客流22 593人次/h，換乘客流15 815人次/h，換乘客流比例達到70%，因此總體換乘客流大。

2)換乘線列車編組不匹配。2號線有效站臺長140 m，共設置4組扶梯；6號線有效站臺長72 m，設置1組扶梯。兩者在站臺長度和扶梯設置數量上均有較大差距，因此換乘設計需要考慮6號線的站臺承受能力。

3)2號線和6號線先后建設且無預留節(jié)點。

4)前后站及既有站車站埋深的影響。6號線海珠廣場站上承一德路站(3層站)、下接北京路站(4層站)，原海珠廣場站為地下4層站，因此6號線海珠廣場站軌面埋深主要存在地下3層與地下5層2種選擇。對于地下5層站，又存在全明挖和明暗挖結合2種形式，其不同埋深方案與2號線的關系示意圖如圖5所示。

5)周邊建設條件。本站至前后站距離均較短，線路兩側都存在大量建筑物，在一德路和泰康路的交叉口有解放紀念碑等文物，不允許拆除和遷改，南側有海珠橋的引橋，為連接珠江兩岸的交通要道。

(a) 6號線明挖3層站 (b) 6號線明挖5層站 (c) 6號線明暗挖結合5層站

圖5 6號線海珠廣場站不同埋深方案與2號線的關系示意圖

Fig. 5 Relationship between Metro Line No. 2 and Metro Line No. 6

基于以上條件，主要換乘分析如下。

1)豎向換乘分析。6號線海珠廣場站軌面埋深有3層和5層2種方案，2種埋深方案的優(yōu)缺點如表3所示。

根據優(yōu)缺點分析并結合本站埋深大、換乘客流比例高和下部地質條件好的特點，最終選用明暗挖結合5層站的形式，可以方便實現臺-臺加廳-廳組合換乘，避開廣州賓館、省展覽館和解放紀念碑等重要建筑物，明挖規(guī)模小，暗挖風險可控，較為經濟。

2)平面換乘形式分析。平面換乘形式有十字型、T型和L型3種類型，共4個方案，見圖6。其中十字型換乘距離較短，在列車編組不匹配的條件下容易造成6號線站臺堵塞；方案2和方案3的T型換乘同樣存在換乘距離的問題，且方案3的站位對兩端車站的影響較大；L型換乘方案可通過加長換乘通道對列車編組不匹配、換乘客流大的換乘站提供有效的緩沖空間。經過比選，最終選擇了方案4的L型換乘方案。

表3 6號線海珠廣場站車站埋深方案優(yōu)缺點對比

3)客流組織模式分析。對于臺-臺加廳-廳的組合換乘車站形式，客流組織模式有雙向混合換乘和單向循環(huán)換乘2種形式，如圖7所示。雙向混合換乘對于2個方向的行人換乘距離相同，可以共用換乘距離短的站臺換乘通道，但是會存在較大的客流交叉，雙向客流均集中在距離較短的站臺層換乘通道上，會造成站臺換乘通道的擁堵。此外，6號線為4節(jié)編組，站臺較短，換乘通道位置的擁堵會影響整個站臺的通行效率。而單向循環(huán)換乘客流組織形式的流線清晰，雖然對于某個方向換乘距離較長，但適當的距離可以保證通行的有序性，從而提高效率，在雙線客流均較大且換乘通道通行能力有限的情況下，若不適當加大換乘距離，將無法避免擁堵。因此選用單向循環(huán)客流組織形式設置站廳層換乘通道和站臺層換乘通道，利用2號線車站雙柱間4 m的凈距設置雙扶梯，增加通行能力，減少客流交叉。換乘通道總平面布置圖如圖8所示。

(a) 方案1: 十字型換乘 (b) 方案2: T型換乘 (c) 方案3: T型換乘 (d) 方案4: L型換乘

圖6 2號線和6號線換乘平面關系示意圖

Fig. 6 Comparison among 4 interchange schemes between Metro Line No.2 and Metro Line No.6

(a) 雙向混合換乘

(b) 單向循環(huán)換乘

圖8 換乘通道總平面布置圖

3 換乘通道的實施

本站2個換乘通道均在無預留換乘節(jié)點的情況下設計與實施，施工過程中盡量減小對既有線運營的影響，并注意保護海珠廣場古樹、廣州解放紀念碑、220 kV高壓線以及廣州賓館和海印繽繽廣場等大型建筑物。

1)站廳層換乘通道。為解決換乘客流問題，提升換乘能力，站廳層設計了2條換乘通道。站廳層換乘通道采用明挖法施工，為控制施工對既有線的影響，采用非沖孔成槽方式設計連續(xù)墻，并在施工過程中對既有隧道進行嚴密監(jiān)測。

2)站臺層換乘通道。站臺層換乘通道采用暗挖法施工，施工過程中需下穿2號線既有區(qū)間隧道(最小凈距2.6 m)和既有車站底板，因此施工中加強了支護措施和施工控制。站臺換乘通道縱剖面圖如圖9所示，其與相鄰結構的三維空間關系如圖10所示。

圖9 站臺換乘通道縱剖面圖

圖10 站臺換乘通道與相鄰結構的三維空間關系

Fig. 10 3D image showing relationships among interchange gallery and adjacent structures

針對本站臺換乘通道，設計和施工過程中主要采取以下措施保證安全。

1)充分的計算分析作為前提，保證可行性。例如，針對結構底板的沉降控制要求及底板開洞位置的結構安全，建立了整體和局部的三維模型進行分析，局部的計算模型及模擬結果如圖11所示。經分析，整個開挖及支護過程中2號線立柱最大沉降約4.0 mm，底板結構最大沉降約3.6 mm，小于5 mm的底板沉降限制；結構內力也在承載力范圍內，理論上安全可行。文獻[13]也對本換乘節(jié)點處的施工進行了模擬，得出了類似的結論，說明了模擬結果的準確性。

2)對既有車站底板下的站臺換乘U型槽段采用先開挖支護后破除底板的工序，開挖后及時采用型鋼對既有底梁進行支頂以控制豎向位移，U型槽段斷面設計圖及支護參數如圖12所示。

3)平直段采用臺階法和CD法，在保證施工效率的同時，加強對既有海公區(qū)間、海珠廣場站的保護[14]。

4)下穿海公區(qū)間位置采用超前管棚支護。

5)采用非爆破開挖，降低施工對既有結構的影響，減小對站內乘客舒適度的影響。

6)采用自動化的監(jiān)測手段，保證車站結構底板和軌道的沉降控制在安全范圍內。

7)隧道開挖完全在底板下進行，減小對乘客的影響。

(a) 計算模型

(b) 模擬結果

圖11 站臺換乘通道施工對既有2號線車站影響分析計算模 型及模擬結果

Fig. 11 Calculation model and results for influence of construction of interchange gallery on existing Metro Line No. 2

圖12 站臺換乘通道U型槽段斷面設計圖及支護參數(單位： mm)

8)既有設備房拆除、底板破除等均采用全封閉作業(yè)，振動及噪音較大的工序均在地鐵停止運營的夜間進行。

4 建成及運營效果

在整個建設過程中，為了降低對既有線的影響，施工人員付出了較大的代價。在既有地鐵車站的立柱和主縱梁下開挖，局部圍巖應力較高，施工中局部塌方和巖石掉塊的風險較大。采用從下向上人工掏挖的方式最大限度地減小了對既有2號線的影響，噪音、粉塵、振動等都得到了嚴格的控制，但施工人員在狹小的空間仰面破巖，施工環(huán)境惡劣。全過程底板沉降最大值為3.1 mm，小于限值要求，既有車站人流組織有序，無安全事故發(fā)生。

6號線于2013年底開通，從運營情況看，海珠廣場站客流量較大，換乘比例高，目前的換乘通道通行能力能滿足正常運營需求，單向循環(huán)換乘形式使運行較為有序，如圖13所示。但受站臺規(guī)模及換乘通道規(guī)模限制，節(jié)假日仍有部分時段出現擁堵。

圖13 運營階段站廳層換乘通道口照片

5 結論與建議

1)在換乘線列車編組不匹配的前提下，采用L型的臺-臺加廳-廳組合換乘形式，通過單向循環(huán)換乘的客流組織模式，可以實現深埋換乘站高效、有序地換乘，提高服務水平。

2)臺-臺換乘的便捷性和高效性是廳-廳換乘所不能及的，臺-臺換乘能大幅減少乘客換乘距離，提高換乘效率，所以對于深埋大、客流大的換乘站實現臺-臺換乘是十分有必要的。

3)在三維計算模擬分析的基礎上對無預留換乘節(jié)點的換乘站進行結構設計，實施中采用針對性措施，如非爆破開挖、非沖孔成槽、合理的施工工序和實時動態(tài)自動化監(jiān)測等，可控制對既有線結構安全和運營的影響。

4)建議加強城市軌道交通線網規(guī)劃研究工作，規(guī)劃應體現超前性、包容性和延續(xù)性等，避免大量的改造工程，以減小工程實施難度，降低工程投資及風險。

5)建議加強城市客流預測，目前國內部分線路已達到或超出遠期最大客流水平，甚至尚未建成就已經發(fā)現不能滿足客流需求。因此，分期建設的換乘車站節(jié)點預留應具有適度的包容性和開放性，同期建設的換乘車站，應對后開通線路的車站規(guī)模進行充分論證后方可實施，避免后期調整造成不必要的浪費。

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Design and Construction of Haizhu Square Interchange Station of Guangzhou Metro

JIANG Baochen

(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

The rehabilitation of Metro stations without reserved interchange node increases with the development of Metro network and adjustment of urban planning. The rehabilitation of deep-buried Metro stations without reserved interchange node and with unmatched marshalling in complex environment is a new challenge. In the design of Haizhu Square Station on Line No. 6 of Guangzhou Metro, L-shaped plan interchange mode, single-cycle interchange mode of passenger flow and platform-platform + hall-hall interchange mode are adopted; in structural design, open-cut and mining method are used. A series of interchange problems have been solved. The study results can provide references for similar projects in the future.

Guangzhou Metro; non-reserved interchange node; single-cycle interchange; platform-platform interchange； hall-hall interchange

2017-02-07；

2017-03-31

姜寶臣(1978—)，男，黑龍江哈爾濱人，2001年畢業(yè)于蘭州鐵道學院，交通土建專業(yè)，本科，高級工程師，現主要從事地鐵及市政公路隧道設計工作。E-mail: 56594090@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.04.015

U 452.2

A

1672-741X(2017)04-0486-08