城市軌道交通既有線擴(kuò)能改造分類及其實(shí)施要點(diǎn)

王少楠 邱麗麗

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司， 100037, 北京∥第一作者， 高級工程師)

目前，隨著城市發(fā)展及城市軌道交通運(yùn)營時(shí)間的推移，先期建設(shè)的城市軌道交通線路運(yùn)營已經(jīng)10多年，例如北京地鐵13號線、長春輕軌3號線等，面臨著設(shè)備系統(tǒng)到期，各條線路的運(yùn)營問題逐漸凸顯而影響運(yùn)營安全的問題。因此，有必要對既有線進(jìn)行改造。

近幾年，隨著北京市城市軌道交通二期建設(shè)規(guī)劃修編，北京市提出“改造一批、優(yōu)化一批、新建一批”的指導(dǎo)思路，以期通過對既有線的提質(zhì)增效，解決北京城市軌道交通面臨的困境。參照日本近30年的改造經(jīng)驗(yàn)[1]，北京近年來進(jìn)行了很多對于既有線擴(kuò)能改造的嘗試，如1號線-八通線貫通工程、房山線-9號線跨線改造工程。

本文主要對城市軌道交通既有線的擴(kuò)能改造進(jìn)行分析，提出不同的擴(kuò)能改造類型及相應(yīng)的實(shí)施要點(diǎn)，旨在為后續(xù)城市軌道交通既有線擴(kuò)能改造的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 城市軌道交通既有線擴(kuò)能改造的定義

1.1 既有線擴(kuò)能改造的內(nèi)涵

既有線改造，是指對既有城市軌道交通線路進(jìn)行的相關(guān)改造;既有線擴(kuò)能改造是指對既有城市軌道交通線路的客流承載能力進(jìn)行的改造，使之能夠滿足既有線的正常運(yùn)營以及乘客的基本出行需求。這種能力既可指線路的系統(tǒng)能力，包括提高線路運(yùn)能、供電能力等；亦可指單個(gè)車站的使用能力，包括樓扶梯的通過能力、站臺的客流承載能力等?？傮w而言，城市軌道交通擴(kuò)能改造就是為了滿足安全運(yùn)營及乘客出行而進(jìn)行的擴(kuò)大能力的改造。既有線擴(kuò)能改造的同時(shí)，往往會伴隨其他專業(yè)，如風(fēng)、水、電等的改造。

1.2 擴(kuò)能改造的必要性

首先，隨著運(yùn)營時(shí)間的推移，既有線的設(shè)備系統(tǒng)面臨著壽命到期、老化等問題。同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及設(shè)備系統(tǒng)的更新，既有系統(tǒng)已不能滿足正常運(yùn)營，需要通過擴(kuò)能改造，提升線路的安全性及穩(wěn)定性。

另外，隨著城市的發(fā)展、城市軌道交通沿線土地開發(fā)利用成熟區(qū)的建成，既有線的設(shè)計(jì)能力已經(jīng)不能滿足乘客的出行需求，出現(xiàn)了線路滿載率過高、車站站臺擁擠、站外排隊(duì)時(shí)間長等詬病，不能體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。而且，隨著城市軌道交通多年的運(yùn)營，車站周邊已經(jīng)形成穩(wěn)定的客流，新建地鐵線路難以緩解既有線的壓力[2]。因此，需要通過擴(kuò)能改造，解決既有系統(tǒng)運(yùn)能不足的問題。

此外，隨著近年來國家政策的影響，國家對城市軌道交通等基礎(chǔ)設(shè)施的投入越來越謹(jǐn)慎，各省市決策者著眼于對既有線的改造，希望借由既有線擴(kuò)能改造，通過較少的代價(jià)解決城市交通問題。

2 擴(kuò)能改造的類型

城市軌道交通是一種龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到的改造內(nèi)容非常多。擴(kuò)能改造的類型如下：

2.1 既有線線站工程升級改造

此類改造主要是針對車站、線路土建部分的改造。車站改造的主要原因是單個(gè)車站不能滿足客流承載能力，引起的出入口和樓扶梯數(shù)量的增加，站臺和通道的加寬，以及站廳擴(kuò)建等的改造，使之滿足客流需求，從而提高車站的使用能力。這種擴(kuò)能改造屬于單點(diǎn)能力的提升改造。

例如，日本東京的北綾瀨站，位于千代田線支線上的一個(gè)車站，1979年開通運(yùn)營以來，3輛編組的列車在該支線上折返運(yùn)行。北綾瀨站原先僅能應(yīng)對3輛編組的較短站臺。由于乘客的增加，對既有車站進(jìn)行了站臺延長、增設(shè)聯(lián)絡(luò)通道、新建出入口等改造(見圖1)，從而提高了車站的使用能力。

目前，北京地鐵13號線既有車站上地站，通過增長站臺、擴(kuò)大站廳、增加出入口和樓扶梯等措施進(jìn)行更新改造[3]，以滿足乘客使用需求。

另外，存在道岔號數(shù)、配線形式等不滿足要求引起車站起、終點(diǎn)站折返能力的不足。此類改造通過對道岔、配線形式進(jìn)行改造，以滿足折返要求，可提高既有線的運(yùn)能。如上海軌道交通1號線莘莊站[4]，通過對既有道岔進(jìn)行改造，將折返最小間隔2 min 45 s調(diào)整為2 min，提升了線路通過能力。

2.2 既有線車輛擴(kuò)編改造

此類改造往往以擴(kuò)編為主要目的，即通過擴(kuò)大編組形式，解決線路滿載率過高問題。但這種改造不僅增加了站臺長度的土建改造，往往還涉及到設(shè)備、車輛、車輛段等的改造。

日本東京目黑線目黑站—田園調(diào)布站區(qū)間的車站，以及田園都市線的各座車站等均進(jìn)行過相關(guān)改造，即將原先的4節(jié)編組擴(kuò)編為6節(jié)編組。

上海軌道交通1號線[5]建成后，客流不斷增長。為擴(kuò)大運(yùn)能，實(shí)施了6節(jié)編組改8節(jié)編組的工程，以滿足客流需求。

2.3 既有線系統(tǒng)擴(kuò)能改造

系統(tǒng)擴(kuò)能改造一般指的是為提高線路通過能力，而進(jìn)行的相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)的改造。

設(shè)備類的擴(kuò)能改造主要是與系統(tǒng)追蹤能力相關(guān)的，如供電及信號系統(tǒng)進(jìn)行的改造。將既有線的使用能力通過對信號、供電的改造，使之實(shí)現(xiàn)與客流相匹配的運(yùn)能，使線路通過能力與供電能力相匹配，以及信號系統(tǒng)性能與列車追蹤能力相匹配。城市軌道交通投資巨大，因此信號、供電等的擴(kuò)能改造，往往伴隨著設(shè)備壽命到期而改造，在提高系統(tǒng)能力的同時(shí)，可提高線路運(yùn)營的穩(wěn)定性。

如北京地鐵2號線通過信號系統(tǒng)改造，最小發(fā)車間隔由原來的3.5 min縮短至2.5 min，2015年最小發(fā)車間隔再次縮短至2.0 min，大大緩解了客流壓力，為乘客提供了安全、便捷、穩(wěn)定、可靠的出行體驗(yàn)。

2.4 既有線網(wǎng)線路調(diào)整類改造

此類改造往往受既有線自身?xiàng)l件限制，不能對該線路進(jìn)行改造，或通過自身改造仍解決不了客流需求，或城市發(fā)展用地發(fā)生調(diào)整，既有線已不能滿足沿線客流需求。在此情況下可通過對既有線網(wǎng)中的線路進(jìn)行調(diào)整，或通過新建線或與其他既有線進(jìn)行組合改造，以提高運(yùn)能。

如日本目蒲線的拆分改造可作為一例。該線于1923年開通運(yùn)營，在2000年被拆分為目黑線和多摩川線(見圖2)，其改造原因是近鄰的東橫線因考慮向東京都心區(qū)域方向的客流需求會增加，使得東橫線的擁擠情況可能會進(jìn)一步加劇，因此，提出了將目蒲線的目黑站至田園調(diào)布站進(jìn)行拆分，改名為目黑線，并由原來4節(jié)編組調(diào)整為6節(jié)編組的方案。

2.5 綜合類改造

綜合類改造是對上述改造類型進(jìn)行多種組合，通過擴(kuò)編或新增線路，在提高線路通過能力的同時(shí)，對個(gè)別車站進(jìn)行土建改造，提高單個(gè)車站的使用能力；通過信號和供電系統(tǒng)的改造，對線路進(jìn)行更新改造或提質(zhì)增效。此類改造越多，往往涉及其他相關(guān)專業(yè)的改造亦越多。

如北京地鐵13號線擴(kuò)能改造(見圖3)。目前，13號線東、西兩段客流差異較大，且西段客流滿載率高，不能滿足線路西部區(qū)域的客流需求；北部回龍觀及天通苑設(shè)站少、限流嚴(yán)重；13號線設(shè)備系統(tǒng)老化，需要全線更新改造。因此，在西二旗至回龍觀區(qū)間附近將既有13號線拆分，形成兩條位于城市北部的交叉“X”型線路，即13A線和13B線。

2.6 其他類改造

2.6.1 運(yùn)營組織方案優(yōu)化

通過采用區(qū)間插車、超強(qiáng)超常運(yùn)營圖等措施對運(yùn)營組織方案進(jìn)行調(diào)整及優(yōu)化，以提高局部線路的運(yùn)能。

如北京地鐵1號線為增加晚高峰時(shí)段運(yùn)能，削減上行方向建國門站以東列車的擁擠度，于17:40、17:55、18:10從四惠車輛段發(fā)送3組空車至東單站，于18:00、18:15、18:30、18:45分別從東單站發(fā)車，東單站—四惠東站共開行4列列車。列車在四惠東站使用雙折返和下行通過的方式減少壓車，最終列車返回四惠車輛段。通過采取該措施，使得1號線局部區(qū)段晚高峰時(shí)段最小行車間隔突破2 min，其中上行線為1 min 46 s；上行線最大列車擁擠度預(yù)計(jì)由原來的67.0%降至58.9%。

2.6.2 拆除座椅

在確保車輛結(jié)構(gòu)安全的前提下，拆除既有列車部分客室座椅，增加乘客站立面積以實(shí)現(xiàn)運(yùn)能的提升。

如，北京地鐵10號線于2019年對10列列車進(jìn)行拆除座椅改造，將車輛滿載率降低。

3 不同擴(kuò)能改造工程的實(shí)施要點(diǎn)

不管何種類型改造，都是在既有線的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造。因此，其均應(yīng)遵循的原則是，在不中斷既有線運(yùn)營的前提下(根據(jù)實(shí)際情況，中斷運(yùn)營的時(shí)間可不大于7 d)，最大限度地減少對既有線運(yùn)營的影響[6]。

另外，舊標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中存在的沖突問題，需從實(shí)際出發(fā)，從對既有線的影響、投資的控制等角度合理制定改造的標(biāo)準(zhǔn)和原則。

3.1 既有線線站工程升級改造

此類改造的特點(diǎn)是既有車站設(shè)計(jì)難以承載客流壓力或服務(wù)水平較低，需對站廳、站臺規(guī)模擴(kuò)大并增加相應(yīng)設(shè)施；既有車站受周邊現(xiàn)狀環(huán)境的影響及控制，往往改造的空間有限，改造難度較大。

此類改造的實(shí)施要點(diǎn)主要有：

1) 改造應(yīng)結(jié)合城市更新同步進(jìn)行。建議從區(qū)域?qū)用娼y(tǒng)籌，結(jié)合周邊用地、交通等進(jìn)行一體化改造，以提升城市活力、解決交通問題。

2) 合理選擇改造標(biāo)準(zhǔn)。既有車站結(jié)構(gòu)往往不能滿足抗震等現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。若采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，將會對既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顛覆性影響。建議新建線采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，既有線采用舊標(biāo)準(zhǔn)。

3) 實(shí)施過程中應(yīng)加強(qiáng)對既有線的防護(hù)。在既有軌道上方搭建防護(hù)罩棚，盡可能采用裝配式構(gòu)件或鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以減少現(xiàn)場施工作業(yè)、提高施工效率。

4) 道岔類的改造，一般情況下會引起信號系統(tǒng)、車輛等其他設(shè)備專業(yè)的調(diào)整。若進(jìn)行整體道床的改造，則需要考慮混凝土的養(yǎng)護(hù)周期；若因限界不足而引起土建的改造，將會涉及到線路的停運(yùn)。

3.2 既有線車輛擴(kuò)編改造

既有線車輛擴(kuò)編改造的實(shí)施難點(diǎn)主要體現(xiàn)在因擴(kuò)編引起的其他項(xiàng)目的改造。這些改造的實(shí)施要點(diǎn)如下：

1) 若土建未預(yù)留，則將涉及到車站土建的擴(kuò)編改造。

2) 需核實(shí)車輛擴(kuò)編對設(shè)備系統(tǒng)的影響，尤其是供電能力是否滿足要求。

3) 需核實(shí)車輛段是否能夠滿足擴(kuò)編后車輛的停車及檢修，以及進(jìn)行相應(yīng)改造的需求。

3.3 既有線系統(tǒng)擴(kuò)能改造

既有線運(yùn)能擴(kuò)能改造涉及到的設(shè)備系統(tǒng)改造的實(shí)施要點(diǎn)主要是：

1) 新舊設(shè)備共存，注重過渡方案。為不中斷運(yùn)營，需要新舊設(shè)備共存，而既有用房有限，需要考慮安裝、調(diào)試等空間；倒接時(shí)新舊管線交織，管線較為復(fù)雜且安裝空間可能不足。

2) 倒接調(diào)試需與運(yùn)營密切配合。新系統(tǒng)安裝、新舊系統(tǒng)倒接調(diào)試、最終的聯(lián)調(diào)聯(lián)試和系統(tǒng)驗(yàn)收、運(yùn)營接管等，應(yīng)與運(yùn)營密切配合。

3) 處理專業(yè)之間的接口。一個(gè)系統(tǒng)的改造往往會引起其他相關(guān)系統(tǒng)的改造，應(yīng)做好系統(tǒng)間接口專業(yè)的調(diào)整、接口位置的處理、接口協(xié)議的制定等工作。

3.4 線路調(diào)整類及綜合類改造

此類改造多為多種改造同步進(jìn)行，涉及到改造的專業(yè)亦更多，改造更為復(fù)雜，往往“牽一發(fā)而動全身”。多專業(yè)交叉作業(yè)，改造實(shí)施難度大、周期長、風(fēng)險(xiǎn)高。實(shí)施改造的難點(diǎn)主要包括：

1) 梳理改造原則，明確改造范圍，制定改造標(biāo)準(zhǔn)，確保改造工程的可實(shí)施性及可控性。

2) 各專業(yè)協(xié)調(diào)配合，需要進(jìn)行全過程、全方位的總體統(tǒng)籌，精心做好總體工序籌劃方案。

3) 做好供電、通信等系統(tǒng)的過渡方案，提出保護(hù)措施及應(yīng)急預(yù)案，以確保運(yùn)營安全。

4) 制定運(yùn)營專項(xiàng)保護(hù)措施，降低運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，保證不停運(yùn)或停運(yùn)時(shí)間最小。

3.5 其他類改造

通過運(yùn)營組織調(diào)整、拆改座椅等提升運(yùn)能的改造難度相對較小。其特點(diǎn)是固定投資少、見效快、擴(kuò)能效果針對性強(qiáng)、實(shí)施較容易、安全性較高。

通過運(yùn)營組織調(diào)整，即通過優(yōu)化行車組織及運(yùn)營管理等“軟措施”，挖掘系統(tǒng)潛力，實(shí)現(xiàn)高客流區(qū)域的運(yùn)能提升。如加開空車、增加折返等。其實(shí)施要點(diǎn)是在避免造成壓車、晚點(diǎn)等運(yùn)營問題的前提下，挖掘系統(tǒng)潛力，對運(yùn)行圖進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4 結(jié)語

1) 任何類型的改造，都需要保證既有線的運(yùn)營安全、乘客的方便使用，避免產(chǎn)生較大的社會影響。如2017年春運(yùn)期間，對上海軌道交通1、2、8號線的相關(guān)車站進(jìn)行停運(yùn)改造，最大程度上保證了施工質(zhì)量，同時(shí)對乘客的出行影響降到了最低。

2) 既有線改造項(xiàng)目應(yīng)與負(fù)責(zé)運(yùn)營的相關(guān)部門進(jìn)行配合和溝通，在保證降低運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)的前提下，盡可能縮短工期、簡化實(shí)施步序。

3) 應(yīng)重視過渡方案，做好實(shí)施工序籌劃方案，避免對既有線產(chǎn)生不利影響。

4) 擴(kuò)能改造工程采用的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況與新建工程采用的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)分，通過專題論證對其進(jìn)行確定，在保證工程安全可靠的同時(shí)應(yīng)具備可實(shí)施性。