城市軌道交通項目中線路縱斷面節(jié)能坡設計的取舍與思考

摘要 在當前國家大力推行節(jié)能減排的大背景下，城市軌道交通項目的線路縱斷面設計盡可能設置節(jié)能坡顯得尤為重要，但項目沿線地質、水文、構建筑物、區(qū)間最低點位置、車站及中間風井埋深等因素都會影響節(jié)能坡的取舍。該文以廣州地鐵八號線東延及北延工程中的較典型案例，通過綜合比選法，分析以上因素對節(jié)能坡設置取舍的影響。研究結果表明：在確保工程實施風險可控、造價變化幅度合理的前提下，條件允許時均應盡可能設置節(jié)能坡，從長期的運營能耗收益看，地鐵作為綠色交通、百年工程，利遠遠大于弊。

關鍵詞 城市軌道交通；線路；縱斷面設計；節(jié)能坡取舍

中圖分類號 U239.5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0185-03

0 引言

2021年9月22日，中共中央、國務院印發(fā)了《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，明確提出了“2030年碳達峰，2060年碳中和”的目標和行動方案[1]。城市軌道交通作為綠色交通工具的重要組成部分，承擔著推動城市綠色轉型升級的重任，在交通領域綠色低碳發(fā)展中起到示范引領作用。

在《地鐵設計規(guī)范》（GB 50157－2013）6.3.2中也規(guī)定：“（地鐵）車站宜布置在縱斷面的凸形部位上，可根據具體條件，按節(jié)能坡理念，設計合理的進出站坡度和坡段長度”[2]。在當下國家越發(fā)重視節(jié)能減排的大背景下，線路縱斷面設計盡可能地設置節(jié)能坡顯得尤為重要。

但在實際工程中的地質、水文、構建筑物、區(qū)間最低點位置、車站及中間風井埋深等因素都會影響節(jié)能坡的取舍，該文結合廣州地鐵第三期建設規(guī)劃調整中的八號線東延及北延工程的兩處較典型的案例作相關分析。

1 背景介紹

廣州地鐵八號線東延及北延為國家批復的廣州地鐵第三期建設規(guī)劃調整項目中的其中兩條線，且均為已運營地鐵八號線的延伸線，采用6輛編組A型車，最高設計時速為80 km/h。該文選取的案例為八號線東延中的長新—新洲段及八號線北延中的滘心—鳳翔路段的縱斷面設計。

2 節(jié)能坡設置原則

線路縱斷面坡度的大小和方向，對列車的牽引電能消耗有重大影響，一個合理的線路縱斷面，應該滿足列車啟動時加速快，斷電惰行時車速下降緩慢，并以較高的速度惰行到前方車站，在進站制動時停車快的要求。適應這種運行特點的線路縱斷面呈凸形，即車站高，區(qū)間低，稱為節(jié)能縱斷面，其列車運營節(jié)能效果較好。

3 案例分析

3.1 案例一：八號線東延長洲—新洲段縱斷面比選

該段區(qū)間中，沿線地質主要為巖層，地質條件較好；線路需下穿珠江，縱向需滿足珠江的百年沖刷要求；該段區(qū)間較長，需設置中間風井1座，且由于需下穿山體，風井總體埋深較大。為綜合線路縱坡能耗、風井埋深、最低點與珠江關系等，提出以下三個縱斷面方案比選。

方案一：采用7‰+9.868‰+5‰+28‰的坡度，區(qū)間最低點設置在江中，風井軌面埋深40 m。

方案二：采用7‰+20.961‰+5‰+28‰的坡度，區(qū)間最低點設置在岸上，風井軌面埋深40 m。

方案三：采用6.339‰+5‰+28‰的坡度，區(qū)間最低點設置在岸上，風井軌面埋深52 m。

方案比選示意圖及綜合比選表詳見圖1和表1。

該案例中，線路縱向控制條件主要有地質條件、珠江百年沖刷要求、區(qū)間最低點位置、中間風井埋深等。其中沿線地質條件均較好，縱斷面比選可基本不考慮地質；珠江百年沖刷要求為硬性要求，為減少新洲站埋深按與百年沖刷底最小豎向凈距即可；最低點位于珠江底下實施風險極大，結構專業(yè)不能接受。因此剩下比選重點為中間風井埋深與運營能耗的關系，最后比選結果為風井最大軌面差為12 m，通過結構專業(yè)優(yōu)化，風井均采用2層建筑+風道的形式，使得風井埋深影響變小，風井規(guī)模及造價均在可接受范圍內，因此從長期運營減少能耗來考慮，采用了風井埋深最大，運營能耗最小的方案[3]。

3.2 案例二：八號線北延滘心—鳳翔路段縱斷面比選

該段區(qū)間需下穿流溪河及武廣高鐵，其中滘心站為已運營車站，軌面標高已確定，出站后采用28‰下坡剛好滿足下穿流溪河的百年沖刷要求。該段溶洞發(fā)育，線路埋深越大溶洞見洞率越高，同時下穿武廣高鐵處對其樁基影響越大。為綜合工程實施條件、運營能耗等優(yōu)劣，提出以下三個縱斷面方案比選。

方案一：采用28‰+5‰+8.123‰的坡度，隧道位于高鐵橋樁底以下。

方案二：采用28‰+5‰+15.223‰+4‰的坡度，隧道剛好位于高鐵橋樁底部。

方案三：采用28‰+5‰+21.666‰+15‰的坡度，隧道位于高鐵橋樁的腰部偏上。

方案比選示意圖及綜合比選表詳見圖2和表2。

該案例中，線路縱向控制條件主要有已實施的滘心站軌面標高、地質條件、流溪河百年沖刷要求、區(qū)間最低點位置、武廣高鐵樁底標高等。其中滘心站軌面標高僅作為設計輸入條件，無需參與比選；區(qū)間最低點位置均在流溪河范圍以外，非重點考慮因素；武廣高鐵為國家重點鐵路，對沉降要求極嚴；沿線為溶洞發(fā)育區(qū)，線路埋深越大溶洞見洞率越高，施工風險越大。因此剩下比選重點為高鐵、溶洞與運營能耗的關系，最后比選結果為運營能耗最優(yōu)方案地鐵隧道與溶洞的豎向凈距僅0.8 m，且隧道位于高鐵橋樁底以下，對高鐵影響極大，沉降不可控。故本案例從工程風險和實施條件考慮，推薦了運營能耗最大的方案[4]。

4 結語

通過以上兩個案例可知，現實中工程條件往往錯綜復雜，需要考慮的因素很多，地質、水文、構建筑物、區(qū)間最低點位置、車站及中間風井埋深等等，其中又有主要控制條件和次要控制條件，實際設計中可通過分析適當舍棄簡化次要控制條件，重點比選主要控制條件，可起到事半功倍的效果。

在當前國家大力推行節(jié)能減排的大背景下，線路縱斷面設計盡可能考慮節(jié)能坡也是很重要的，但工程要最終落地，其中的工程風險和實施條件又是重要的前置條件。因此，在工程設計的方案比選中，在確保工程實施風險可控、造價變化幅度合理的前提下，有條件時均積極響應國家節(jié)能減排政策，盡可能設置節(jié)能坡。從長期的運營能耗收益看，地鐵作為綠色交通、百年工程，利遠遠大于弊。

參考文獻

[1]中華人民共和國中央人民政府.中共中央、國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見[EB/OL].2021-10-24.

[2]地鐵設計規(guī)范：GB50157—2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2013.

[3]廣州市城市軌道交通8號線東延工程（萬勝圍～蓮花）可行性研究報告[R].廣州：廣州地鐵設計研究院股份有限公司， 2023.

[4]廣州市城市軌道交通8號線北延段工程（滘心～廣州北站）可行性研究報告[R].廣州：廣州地鐵設計研究院股份有限公司， 2023.