西安地區(qū)地裂縫分布段地鐵線路 優(yōu)化設(shè)計研究

曾科

摘 要：介紹西安地裂縫對地鐵線路設(shè)計的影響及相關(guān)研究進展，將線路與地裂縫的關(guān)系分為區(qū)間中部和車站端部 2 類分別進行研究和要點總結(jié)，最后以田家灣站和火車站站為例，具體說明線路穿越地裂縫段的線路方案。

關(guān)鍵詞：西安地區(qū);地鐵;地裂縫;線路;設(shè)計

中圖分類號：U231+.2

0 引言

西安地區(qū)地裂縫十分發(fā)育，地裂縫以北東走向呈帶狀橫貫整個市區(qū)，給西安市的工程建設(shè)造成了嚴重影響，形成了一種特殊的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害。西安地鐵不同于地表點狀建筑物，無法避讓地裂縫。地裂縫災(zāi)害是西安主要的地質(zhì)災(zāi)害，在地鐵建設(shè)中要給予高度重視。唐文鵬等人通過野外地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，根據(jù)近些年的監(jiān)測成果資料對地裂縫的活動性進行分析總結(jié)，預測了其活動趨勢，采用定量計算的方法確定了地裂縫對地鐵線路的影響范圍。倪士浩根據(jù)地裂縫的活動強度，提出百年預留垂直位移統(tǒng)一按500 m考慮，并根據(jù)西安地鐵2號線的線路變坡和全線施工方法，確定每一條地裂縫段的限界處理長度，提出了西安地鐵2 號線地裂縫段的建筑限界處理措施。李團社對西安地鐵1號線、2號線穿越地裂縫的活動特點和變形規(guī)律進行分析，研究地裂縫對地鐵工程可能引起的工程災(zāi)害，提出地鐵區(qū)間隧道通過地裂縫帶時，線路與軌道工程在地裂縫活動變形后的適應(yīng)性方案。陜西省組織編制了DBJ61/T 113-2016《城市軌道交通隧道穿越地裂縫段技術(shù)規(guī)范》（下文簡稱“規(guī)范”），提出了線路走向與地裂縫走向相交時，交叉角度不應(yīng)小于30°，地裂縫調(diào)坡段縱斷面設(shè)計時，調(diào)坡段長度不宜小于遠期1列車長度，并應(yīng)滿足相鄰豎曲線的夾直線長度不小于50 m。目前尚無文獻針對線路與地裂縫具體空間關(guān)系給出指導性建議和進行實例研究。

1 線路設(shè)計思路

為防止地裂縫沉降對車站主體的破壞，地鐵車站需避讓地裂縫影響區(qū)，同時應(yīng)滿足縱斷面的調(diào)坡段長度。以西安地鐵4號線為例，地裂縫影響范圍在80～200m。根據(jù)規(guī)范，地裂縫調(diào)坡段長度應(yīng)大于遠期列車長度+豎曲線切線長度，以6節(jié)編組B型車為例，長度在130～190m之間。根據(jù)地裂縫位置的不同，分為以下2種情況進行考慮。

情況1：地裂縫位于區(qū)間中部，地裂縫距離兩端車站的直線距離≥地裂縫影響范圍和預留調(diào)坡段長度的較大值。

情況2：地裂縫位于車站端部，地裂縫距離車站的直線距離<地裂縫影響范圍和預留調(diào)坡段長度的較大值。

情況1線路設(shè)計中主要矛盾是處理線路平、縱斷面與地裂縫的空間關(guān)系，通過調(diào)整線路空間幾何形位使得線路與地裂縫的空間關(guān)系滿足規(guī)范要求。情況2線路設(shè)計中需增加考慮地裂縫對車站站位的影響，通過調(diào)整車站站位及區(qū)間線路空間幾何形位使得線路與地裂縫的空間關(guān)系滿足規(guī)范要求。

1.1 地裂縫位于區(qū)間中部

地裂縫位于區(qū)間中部為常見形式，以西安地鐵4號線為例，線路共計穿越地裂縫11條（13處），其中地裂縫位于區(qū)間中部7條（占比64%），位于車站端部4條。

地裂縫位于區(qū)間中部，線路調(diào)整余量較大，可以通過在線路平面上設(shè)置曲線，加大地鐵隧道與地裂縫的交角，以滿足規(guī)范要求。同時，通過調(diào)整線路縱坡設(shè)置，將地裂縫變形區(qū)域置于縱坡中段，預留足夠的調(diào)線調(diào)坡條件。

根據(jù)線路與地裂縫的空間關(guān)系進行分類，具體分為表1所述的3種情況。

（1）線路走向與地裂縫走向基本一致時，線路平面宜置于相對穩(wěn)定的下盤。規(guī)范規(guī)定：“線路位于地裂縫上盤時，隧道應(yīng)避開地裂縫的最小避讓距離為40 m;線路位于地裂縫下盤時，隧道應(yīng)避開地裂縫的最小避讓距離為24 m”。

（2）線路與地裂縫相交且夾角<30°，需增加平面曲線，通過改變線路方位角，使得隧道與地裂縫夾角≥30°，同時縱斷面應(yīng)預留上盤方向的調(diào)坡段長度。

（3）線路與地裂縫相交且夾角≥30°，線路不需額外增加平面曲線，維持原方案與地裂縫相交即可，縱斷面亦應(yīng)預留上盤方向的調(diào)坡段長度。

1.2 地裂縫位于車站端部

城市軌道交通線路站點設(shè)置受城市規(guī)劃、線網(wǎng)規(guī)劃、線路功能定位和建構(gòu)筑物多因素影響。重要站點，如樞紐站、換乘站及位于規(guī)劃商業(yè)中心、公共中心的站點，往往在規(guī)劃階段已經(jīng)錨固，而規(guī)劃階段地裂縫調(diào)研工作尚未開展，由于資料缺乏，規(guī)劃階段往往對地裂縫的影響考慮難以周全，至設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)地裂縫位于站位附近，往往難以滿足規(guī)范要求，需進行線站位的調(diào)整優(yōu)化。

地裂縫表現(xiàn)為上盤（東南側(cè)）下降，下盤（西北側(cè)）基本不變。為避免地裂縫下沉對車站主體的破壞，站位選擇首先必須遵循位于地裂縫下盤，即西北側(cè)，同時車站主體避讓地裂縫設(shè)防范圍。

根據(jù)線路與地裂縫的空間關(guān)系進行分類，具體分為表2所述的3種情況。

（1）線路走向與地裂縫基本一致時，需滿足規(guī)范避讓距離。

（2）線路與地裂縫相交且夾角<30°，首先需調(diào)整車站位置，滿足設(shè)防要求。同時區(qū)間增設(shè)曲線，有必要時配合調(diào)整車站方位角，使得區(qū)間隧道與地裂縫夾角≥30°，縱斷面應(yīng)預留上盤方向的調(diào)坡段長度。

（3）線路與地裂縫相交且夾角≥30°，首先需調(diào)整車站位置，滿足設(shè)防要求，線路可不額外增設(shè)曲線，維持原方案與地裂縫相交即可，縱斷面亦應(yīng)預留上盤方向的調(diào)坡段長度。

綜上可見，對于車站位于地裂縫下盤且相交夾角大于30°的情況，線路平縱設(shè)計受影響較小，但需注意調(diào)坡后最大、最小坡度不應(yīng)超出規(guī)范。對于車站位于地裂縫下盤且相交夾角30°的情況下，需綜合站點位置和區(qū)間曲線設(shè)置，通過比較確定。

2 線路設(shè)計實例

2.1 西安地鐵 6 號線田家灣站

田家灣站是西安地鐵6號線的1座中間站，車站位于咸寧東路與規(guī)劃路路口，車站西北及西南象限為田家灣村，東北象限為廣天國際公寓和恒大綠洲高層，西南象限為軍區(qū)加油站。線路自西向東布設(shè)，與F8地裂縫相交，F(xiàn)8地裂縫位于路口東側(cè)180 m，地裂縫與道路交角20°28'57.85"。車站周邊同時存在多個控制因素，如：①道路南端存在雨水及污水等多條管線;②田家灣村車站范圍內(nèi)正在拆遷;③存在10 kV電力軍纜和多條通信軍纜。

綜上，田家灣站為地鐵線路的1座普通站，站位及配線存在局部調(diào)整的空間;地裂縫與地鐵車站平面距離較近，且線路直線布線與地裂縫交角大小不滿足規(guī)范要求;車站周邊尚存在軍區(qū)加油站、軍隊電纜、拆遷和雨污水管線等多項控制因素。故需對站位進行如下優(yōu)化。

（1）配線設(shè)計中需將配線調(diào)整至相臨車站，若必須設(shè)置于本站，則需設(shè)置于地裂縫較遠的一端。

（2）車站站位在滿足車站功能的前提下應(yīng)盡量與地裂縫拉開距離，有效站臺端部距離地裂縫的平面距離應(yīng)大于遠期1列車長度+豎曲線切線長度。

（3）站位應(yīng)盡量減少對軍區(qū)加油站、電纜等控制點的影響，并減少拆遷。線站位優(yōu)化方案見圖1。

2.2 西安地鐵 4 號線火車站站

西安火車站是中西部地區(qū)重要的客運動脈，未來將成為一帶一路框架上重要的交通節(jié)點，為應(yīng)對新時期的新挑戰(zhàn)，西安火車站按9臺18 線（含正線）改擴建，西安地鐵4號線火車站站為與改造后的國鐵站房同步運營的樞紐站。周邊控制性因素包括以下因素。

（1）西安火車站新建北站房及配套建筑與丹鳳門呈中軸對稱，南北站房之間設(shè)置高架候車室，東西兩側(cè)新建出站通道各1處。

（2）周邊大明宮遺址為國家級重點文物保護區(qū)，地鐵線路應(yīng)盡量減小對大明宮遺址公園的影響。

（3）F3地裂縫與大明宮南宮墻垂直距離約150 m，沿線路與地鐵火車站站距離約190 m。

（4）存在建構(gòu)筑物、城墻、護城河、解放路東側(cè)高層建筑物等因素。

為通過站點設(shè)置優(yōu)化地鐵線路與地裂縫的關(guān)系，結(jié)合路由比選，進行3個方案的比選。方案比選示意圖如圖2所示。

方案1：紅色線路方案（與國鐵站場垂直相交方案）。優(yōu)點為地鐵車站與國鐵出站通道垂直，換乘距離最近。缺點為下穿大明宮遺址保護區(qū)，對文物保護區(qū)影響較大，且下穿解放飯店，協(xié)調(diào)難度較大。

方案2：藍色線路方案（與國鐵站場斜交方案）。優(yōu)點為避開大明宮遺址保護區(qū)重點保護范圍，對文物保護區(qū)影響較小。缺點為與國鐵換乘距離較方案1增加約100 m。

方案3：紫色線路方案（南北廣場均設(shè)站方案）。優(yōu)點為車站設(shè)置于南北廣場，地鐵工期不受國鐵站改影響。缺點為北廣場站位于地裂縫設(shè)防范圍內(nèi)，且無法與國鐵零距離換乘。

方案2下穿大明宮地塊范圍較少，線型最順直，穿越建筑物較少，車站避開地裂縫調(diào)坡范圍，作為推薦方案。

火車站站受國鐵車站位置錨固， 且F3地裂縫縱向設(shè)防理論值為上盤36 m，下盤25 m，因此應(yīng)根據(jù)實際情況，優(yōu)化地鐵火車站站位，車站主體避開設(shè)防范圍和線路調(diào)坡段，區(qū)間隧道采用馬蹄形斷面，軌道結(jié)構(gòu)采用框架板整體道床。通過優(yōu)化線路方案，較好地解決了線站位與地裂縫的空間關(guān)系，既滿足與高鐵的無縫銜接又避免車站位于地裂縫調(diào)坡段。

3 結(jié)語

地裂縫是西安地區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害，西安市區(qū)現(xiàn)存地裂縫共計14條，地鐵工程不同于一般工業(yè)及民用建筑，無法避讓，必須穿越地裂縫，并且不允許出現(xiàn)影響運營安全的事故，科學地處理好地鐵與地裂縫的關(guān)系是西安地鐵設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。地鐵線路專業(yè)作為地鐵設(shè)計的總圖專業(yè)，在規(guī)劃階段應(yīng)重視線路與地裂縫的空間關(guān)系，做到盡量避讓，無法避讓時做到線路與地裂縫的夾角盡量垂直。在設(shè)計階段，通過調(diào)整車站站位及區(qū)間線路平縱曲線，預留地裂縫調(diào)線調(diào)坡條件，確保后期沉降可控可調(diào)。

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收稿日期 2019-04-17

責任編輯 孫銳嬌