王 亮

(北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京100037)

城市軌道交通作為一種運量大、速度快的公共交通工具，是引導(dǎo)城市發(fā)展、解決大城市交通擁堵的重要交通方式。近年來，國內(nèi)大部分大城市開始進(jìn)行軌道交通的規(guī)劃和建設(shè)，解決交通問題并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。重慶、青島等山地城市受到地勢起伏大、山川河流分割、道路網(wǎng)不規(guī)則等條件的制約，其軌道交通選線與平原城市有很大區(qū)別，筆者以重慶為例，分析山地城市軌道交通選線的難點，并提出應(yīng)對方法。

1 重慶城市特點概述

1.1 城市空間布局

重慶是我國重要的中心城市之一，是國家歷史文化名城和重要的現(xiàn)代制造業(yè)基地，是長江上游地區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心、西南地區(qū)的綜合交通樞紐。

重慶的自然本底，或者說自然限制的兩大因素是江和山。重慶市主城區(qū)位于東部明月山和西部縉云山之間，被銅鑼山和中梁山隔斷，形成了南北方向的三大塊地域，形成的三塊地域又被長江、嘉陵江切割，形成“一城五片”的城市結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 重慶“一城五片”的城市結(jié)構(gòu)

鑒于重慶城市的自然特點，多中心組團(tuán)式思想已經(jīng)成為重慶城市發(fā)展的準(zhǔn)繩。《重慶市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2007—2020)》確定，城市空間結(jié)構(gòu)為“一城五片、多中心組團(tuán)式”。經(jīng)過城市及其規(guī)劃的發(fā)展與演變，目前重慶的組團(tuán)數(shù)量也由原來的16個拓展至21個，如圖2所示。

1.2 軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃情況

重慶市遠(yuǎn)景規(guī)劃線網(wǎng)由18條線路組成“環(huán)+放射線”形狀，總規(guī)模約820 km［1］，其中主城區(qū)約780 km，中心城區(qū)約485 km［2］。

圖2 重慶“多中心組團(tuán)式”發(fā)展的城市結(jié)構(gòu)

目前，開通運營的線路包括1、2、3、6號線、6號線支線，其中2、3號線為跨坐式單軌交通系統(tǒng)，其余線路為傳統(tǒng)鋼輪鋼軌交通系統(tǒng)。

重慶軌道交通第二輪建設(shè)規(guī)劃(2012—2020年)的建設(shè)項目包括4號線一期(昆侖大道—唐家沱)、5號線一期(園博園—跳蹬)、6號線支線(禮嘉—沙河壩)、9號線(站西路—花石溝)、10號線(蘭花路—王家莊)、環(huán)線(重慶西站—重慶北站—上新街—重慶西站)等6條軌道交通線路，如圖3所示。

2 山地城市軌道交通選線難點

2.1 建設(shè)用地緊張

山地城市用地分散，大多沿河流、鐵路等交通干線或地形交錯帶呈“邊緣優(yōu)勢”分布，孤立的山地相對分布少，在廣大山區(qū)尚未形成完善的城市體系。山地城市的地形一般較為狹窄，有限的臺地、平壩集中了大量的城市建筑，因此組團(tuán)式發(fā)展特點非常明顯［3］。

以重慶為例，目前規(guī)劃中的組團(tuán)數(shù)量有21個，其中以渝中組團(tuán)為代表的老城區(qū)發(fā)展時間長，成熟度高，開發(fā)強(qiáng)度大，地上、地下建(構(gòu))筑物和管線等密度極大，線路通過非常困難。而組團(tuán)之間則受到地形地勢的影響，開發(fā)密度相對較低，線路通過相對容易。

圖3 重慶軌道交通第二輪建設(shè)規(guī)劃

2.2 道路狹窄且不規(guī)則

在重慶城市發(fā)展過程中，受到自然條件的制約，其城市道路網(wǎng)往往采用“隨坡就彎”的原則進(jìn)行設(shè)計和建設(shè);同時由于可建設(shè)用地少，道路寬度往往比較狹窄，幾乎不具備地上敷設(shè)高架線路的條件，同時可供占路施工的條件也很差。以上特點在老城區(qū)表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重，圖4是重慶市渝中半島的道路網(wǎng)，可見其非常不規(guī)則，無法像平原城市選線一樣沿城市干道敷設(shè)線路。而在新規(guī)劃和開發(fā)的城區(qū)，此情況則得到了一定的改善。

圖4 渝中半島狹窄而曲折的道路網(wǎng)

2.3 地勢制約明顯

山地城市軌道交通選線受地勢制約主要表現(xiàn)在兩方面:一是地面高低懸殊，二是地勢變化急劇、起伏大。

地面高低懸殊主要對線路整體走向有一定影響，以重慶10號線為例，自低點上灣路站至其最高的江北機(jī)場區(qū)域，線路長度約為8.83 km，地面高低變化達(dá)到165 m，而線路一路爬坡，軌頂標(biāo)高變化也達(dá)到了155 m。另外，由于山地城市地勢高差大的特點，其城市道路在設(shè)計和建設(shè)中坡度也很大，40‰及以上的縱坡使用非常普遍，而對于常規(guī)軌道交通來講，爬坡能力在35‰以下［4］，無法完全適應(yīng)道路坡度的變化，再加上設(shè)站需要緩坡、連續(xù)提升高度等限制條件，山地城市選線時縱斷面設(shè)計難度很大。受地勢高差大的影響，山地城市軌道交通的車站經(jīng)常出現(xiàn)埋深極大的情況，如重慶既有1號線的馬家?guī)r站軌頂埋深75.75 m［5-6］，規(guī)劃10號線的紅土地站，軌頂埋深82.5 m［7］等等。車站埋深大，帶來了工程造價高、設(shè)備使用多、乘客服務(wù)水平低、安全疏散困難等一系列問題。

地勢變化急劇、起伏大的制約主要體現(xiàn)在對線路局部工程方案的影響上。由于地勢變化急劇且起伏大，重慶在城市發(fā)展過程中存在大量的挖方和填方工程，以滿足建設(shè)用地需要，故在線路沿線存在大量的天然沖溝及回填沖溝。在天然沖溝地段，容易出現(xiàn)軌道線路露出地面的現(xiàn)象;而在覆蓋區(qū)域大的深填方區(qū)，線路在不得不進(jìn)行穿越時，工程方案無論采取明挖還是暗挖都非常困難，存在安全隱患。

沖溝高回填區(qū)是在重慶山地城市選線中很容易遇到的一種較難處理的情況。山地城市在發(fā)展過程中，為獲得更多發(fā)展空間，在建設(shè)進(jìn)程中經(jīng)常將大量沖溝填平以獲得更多平地。由于回填土的質(zhì)量以及沖溝作為天然排水通道的富水性，導(dǎo)致軌道交通隧道通過時施工難度極大。以重慶10號線三亞灣—上灣路區(qū)間為例，如圖5所示，填方區(qū)域大而深，采用明挖方案，需打樁長度最大約55 m;采用暗挖方案，線路即使使用44‰的坡度也仍然需要在填方區(qū)域通過［7］。這種情況的工程建設(shè)風(fēng)險較大，施工時的安全保障和施工后的沉降控制都是需要重點關(guān)注的要素。

圖5 線路穿越深填方區(qū)時的縱斷面方案比較

2.4 控制性建(構(gòu))筑物眾多

山地城市的自然特點決定了線路沿線控制性的建(構(gòu))筑物種類和數(shù)量眾多，主要包括橋梁、隧道、大型邊坡、樁基礎(chǔ)、管涵5種。橋梁、隧道主要是在城市發(fā)展過程中，由于受到地勢控制，城市道路、鐵路等不得不依據(jù)地勢而采用了橋梁、隧道的通過方式。橋梁包括了跨越河流的橋梁、立交橋梁、局部旱橋等形式;大型邊坡是為了獲得新的建設(shè)用地，不得不對原有山嶺、高地等進(jìn)行大面積削方;基礎(chǔ)樁主要出現(xiàn)在填方區(qū)，在大型填方區(qū)域進(jìn)行建設(shè)時需要采用樁基礎(chǔ)，以保證建(構(gòu))筑物的穩(wěn)定性;管涵則主要是出于排水需要，在進(jìn)行地形改造時留下的供水體通過的構(gòu)筑物。此外，還有電纜、天然氣等其他種類的管線。

上述的橋、隧、坡、樁、涵是山地城市選線時需要重點關(guān)注的控制性要素。而對于線路下穿常規(guī)建(構(gòu))筑物，如高層樓房、居民區(qū)等，由于山地城市天然基礎(chǔ)較好，并且線路埋深較大，所以只要其不位于深填方區(qū)，反而比平原城市選線時下穿建筑要容易許多。

3 山地城市軌道交通選線應(yīng)對策略

3.1 軌道交通建設(shè)時機(jī)的選擇

針對山地城市建設(shè)用地緊張、高強(qiáng)度開發(fā)后往往道路網(wǎng)狹窄且不規(guī)則的特點，筆者認(rèn)為:在山地城市進(jìn)行軌道交通規(guī)劃和建設(shè)時，可以適度考慮采用TOD(transit-oriented development，公共交通導(dǎo)向開發(fā))發(fā)展模式，希望通過公共交通來引導(dǎo)土地利用和城市開發(fā)。此種發(fā)展模式提倡以軌道交通車站為中心，以適宜的步行或常規(guī)公交距離為半徑，在這個范圍內(nèi)混合使用土地。TOD模式有利于對土地進(jìn)行高強(qiáng)度綜合開發(fā)利用，可以實現(xiàn)對城市土地的集約化利用［2］。

TOD發(fā)展模式在山地城市具有很大的優(yōu)點，但仍應(yīng)注意建設(shè)時機(jī)的選擇。建設(shè)時機(jī)過晚，無法達(dá)到TOD的目的和效果;建設(shè)時機(jī)過早，則容易造成軌道交通相當(dāng)程度上的閑置和浪費，形成經(jīng)營方面的負(fù)擔(dān)。故應(yīng)適度采用，科學(xué)決策，選擇最佳時機(jī)進(jìn)行軌道交通的建設(shè)。

3.2 平面選線應(yīng)對方法

3.2.1 不苛求沿道路敷設(shè)，適當(dāng)加大區(qū)間埋深

針對重慶道路狹窄且不規(guī)則的特點，軌道交通平面選線應(yīng)突破平原城市選線盡量沿城市主干道敷設(shè)的原則，不必苛求。山地城市在選線過程中，可以充分利用地勢高低變化的特點，加大線路埋深，在道路分隔所成的地塊下方通過。由于埋深較大，所以一般區(qū)間可以不受城市道路方向控制。

3.2.2 以車站位置確定線路走向

山地城市建設(shè)用地緊張、組團(tuán)式發(fā)展特點顯著，車站位置的選擇首先要服從城市發(fā)展特點的需要。在具體設(shè)計中，首先應(yīng)該確定各組團(tuán)的大型客流集散點，然后因地制宜地選取滿足車站布設(shè)的位置，較為靈活地布置車站的出入口、風(fēng)亭等附屬建筑［8］。在車站位置大致確定后，對各車站用區(qū)間進(jìn)行連接并對車站進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整［9］。此過程需要線路專業(yè)與建筑等專業(yè)緊密配合，最終選出合理的站位和線路方案。

3.2.3 避免單邊客流

山地城市選線應(yīng)注意盡量避免線路尤其是車站設(shè)置于山嶺的坡腳位置和鄰近陡坡的位置，山腳和鄰近陡坡處客流具有明顯的單邊特征，軌道交通利用效率不高。在城市發(fā)展呈帶狀分布的情況之下，應(yīng)將車站盡量布設(shè)于城市發(fā)展帶狀的中心區(qū)［8］，充分發(fā)揮軌道交通的作用與效益。

3.2.4 對控制性要素首選平面繞避

本原則與平原城市選線原則基本一致，對橋、隧、坡、樁、涵等控制性要素盡量考慮平面繞避。但橋、隧、涵的分布并非點狀分布，填方區(qū)的分布也涉及很大區(qū)域，平面上往往無法完全繞避，在此種情況之下，需要預(yù)先判斷縱斷面處理的難點所在，選擇縱向通過空間最為經(jīng)濟(jì)合理的平面位置敷設(shè)線路。

3.3 縱斷面選線的應(yīng)對方法

3.3.1 節(jié)能坡設(shè)置與區(qū)間泵站數(shù)量

平原城市選線縱斷面設(shè)計時，往往將車站設(shè)置于凸形部位，達(dá)到“進(jìn)站減速、出站加速”的節(jié)能坡效果。山地城市由于地勢高差大、變化快，則不苛求節(jié)能坡設(shè)置，應(yīng)該首先考慮適應(yīng)地勢地形變化，在條件良好時才適當(dāng)考慮設(shè)置節(jié)能坡。同時，根據(jù)重慶地鐵運營的經(jīng)驗，由于區(qū)間與車站高差大，區(qū)間泵站往往受到各種因素的影響而排水效果不理想。所以，應(yīng)盡量減少區(qū)間泵站的數(shù)量?？梢酝ㄟ^在兩站之間的區(qū)間采用單向坡或人字坡等方式實現(xiàn)。

3.3.2 最大坡度與長大坡段問題

《城市軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中提出，對于常規(guī)鋼輪鋼軌系統(tǒng)車輛，當(dāng)正線線路坡度大于30‰或連續(xù)提升高度大于16 m時，要根據(jù)列車動力配置、線路具體條件和環(huán)境條件，均應(yīng)對列車各種運行狀態(tài)下的安全性和運行速度進(jìn)行全面分析評價［10］。此條標(biāo)準(zhǔn)對山地城市選線，在一定程度上形成了較大制約。

在重慶軌道交通建設(shè)中，由于地勢高差大，多條線路都突破了此限制，如1號線線路穿越中梁山隧道段時采用27‰坡度，持續(xù)上坡2 750 m，爬升高度74.25 m;10號線在采用新研制的As車的前提下，線路最困難處采用了44‰的坡度，連續(xù)提升29.04 m。1號線目前已經(jīng)投入使用，經(jīng)過實際運營的檢驗，基本不存在安全問題。在第二輪建設(shè)規(guī)劃中，重慶正在研發(fā)山地城市As車，積極推進(jìn)地方規(guī)范的編制和使用，這將有利于解決最大坡度和長大坡段的問題。

3.3.3 車站埋深問題

車站埋深問題，大原則是盡量將站位選擇在溝谷區(qū)域以減小車站埋深。在線路縱斷面設(shè)計過程中，結(jié)合天然地貌特征盡量使車站位于溝谷地區(qū)，利用區(qū)間隧道通過兩側(cè)地勢較高的山嶺。這既可以照顧到車站周邊的客流需求，又有效減小了車站的埋深，可以在很大程度上解決車站埋深過大帶來的一系列問題。

3.3.4 天然沖溝和回填沖溝

兩山間較低地區(qū)往往為天然沖溝，天然沖溝在雨季時承擔(dān)山區(qū)泄洪通道的作用。由于有車輛爬坡能力及車站埋深要求的限制，選線時往往形成線路在兩側(cè)山嶺地區(qū)埋深較深，而到天然沖溝地段露出地面的現(xiàn)象。在線路縱斷面設(shè)計中，可通過設(shè)置涵洞代替天然沖溝、降低線路埋深或采用橋梁形式通過等方法，減少其對線路設(shè)計的影響。

對于回填沖溝，在平面無法繞避的情況下，應(yīng)在詳細(xì)地質(zhì)資料指導(dǎo)下，首先考慮盡可能降低隧道標(biāo)高，下穿回填沖溝的設(shè)計方法;其次，當(dāng)無法下穿回填沖溝時，應(yīng)盡量考慮將隧道底標(biāo)高放置在原狀巖石上，有利于控制工后沉降;再次，線路區(qū)間不得不在填方區(qū)中部穿越時，可以考慮長樁基礎(chǔ)明挖、注漿固結(jié)暗挖或者打鋼管樁暗挖等施工方法，綜合考慮地層加固、超前支護(hù)、基礎(chǔ)處理等加強(qiáng)措施，從而保證施工安全及控制地層、結(jié)構(gòu)沉降。在最不利的第三種情況下，當(dāng)采用暗挖法施工時，線路也應(yīng)當(dāng)盡量加大埋深，減小線路下方填方區(qū)的深度，以減少地基處理的工程量和工程難度。此外，具體的施工方案還應(yīng)考慮地下填方區(qū)內(nèi)富含的地下水的流動問題，盡量保留其排水通道的功能。

3.4 研制適合山地城市的車輛

重慶作為典型的山地城市，坡陡、彎急、高差變化劇烈的特點非常明顯，軌道交通車輛制式應(yīng)該最大可能滿足平面轉(zhuǎn)彎能力強(qiáng)、縱向爬坡能力大的特點。已經(jīng)開通的重慶2、3號線使用支撐和走行均為膠輪的單軌跨坐系統(tǒng)，很好地體現(xiàn)了以上所述優(yōu)點。目前，重慶正在研發(fā)山地城市As型車輛，通過對現(xiàn)有A型車、B型車進(jìn)行性能優(yōu)化與改進(jìn)，改變動車拖車比例等途徑，使該車型預(yù)計最小平面轉(zhuǎn)彎半徑可降至250 m，爬坡能力最大可達(dá)50‰。此外，列車在適應(yīng)重慶山城特點，具備轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)特點的同時，還能提高乘坐舒適度，在一定程度上提升運量。

3.5 制定適合山地城市的地鐵規(guī)范

我國內(nèi)地現(xiàn)有的地鐵設(shè)計規(guī)范是在前蘇聯(lián)地鐵規(guī)范的基礎(chǔ)上，總結(jié)吸收了北京、上海、廣州等平原城市軌道交通建設(shè)與運營經(jīng)驗后形成的。重慶是全國典型的山地城市，城市特點明顯有別于多數(shù)平原城市，在規(guī)范應(yīng)用時應(yīng)充分考慮其特殊性［11］。目前，北京、上海等城市都單獨制定了地方性的地鐵設(shè)計規(guī)范?？紤]重慶城市特點，結(jié)合軌道交通第二輪建設(shè)規(guī)劃，和山地城市As型車的開發(fā)，重慶也初步編制完成了《重慶市地鐵設(shè)計規(guī)范》，計劃作為重慶第二輪建設(shè)規(guī)劃的指導(dǎo)文件，這對于山地城市的選線具有相當(dāng)重要的意義。

4 結(jié)語

筆者根據(jù)從事重慶軌道交通選線工作的經(jīng)驗，結(jié)合重慶既有軌道交通線路的設(shè)計、建設(shè)與運營經(jīng)驗，對山地城市軌道交通線路設(shè)計的難點進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出了在山地城市線路設(shè)計中應(yīng)重點考慮的控制因素，并給出了應(yīng)對方法，同時也對重慶軌道交通建設(shè)的最新動態(tài)和發(fā)展方向進(jìn)行了簡要論述，希望能夠為山地城市線路設(shè)計工作提供一定的借鑒和參考。

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