太原地铁2号线矿机—西涧河线站位方案综合研究

雷振国

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

太原地铁2号线矿机—西涧河线站位方案综合研究

雷振国

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

西涧河站为太原地铁2号线一期工程终点站，站后未设置停车场，车站配线须满足初期折返和夜间停车。线路受现状地面纵坡、建(构)筑物、交通疏解、地震液化等因素控制，边界条件复杂。从矿机—西涧河三站两区间入手，对满足运营需求的多个备选方案，从运营组织、工程规模、交通疏解、工程风险等多方面分析比较，最终确定矿机站、小商品市场站分别为地下二层、三层岛式车站，西涧河站为地下二层一岛一侧车站的综合最优方案。

太原地铁；线站位方案；综合研究

1 工程概况

太原地铁2号线是太原市城市轨道交通线网中的骨干线路，南北向穿越主城区，是太原市规划建设的第一条轨道交通线路。地铁2号线全长37.2 km，设车站30座。线路南端规划设置小店南车辆段1座，北端设南寨停车场1座。

一期工程南起人民南路站，北至西涧河站，线路长度23.7 km，全部为地下线，设车站21座。受用地条件所限，一期工程只建设南端小店南车辆段，北端无停车场[1]。

矿机—西涧河段位于太原市北部区域，包括矿机站、小商品市场站、西涧河站共三站两区间，其中西涧河站为一期工程终点站。在满足运营要求前提下，考虑现状地面纵坡、重要建(构)物、交通疏解、不良地质(地震液化)等控制因素影响，对该三站两区间线站位方案进行了综合研究。太原地铁2号线线位示意如图1所示。

图1 太原地铁2号线线位示意

2 矿机—西涧河三站两区间主要控制因素[2]

2.1 线站位分布及站位环境

矿机—西涧河(三站两区间)段线路沿解放北路布设，长度1.67 km，站间距分别为923 m和748 m(图2)。

图2 矿机—西涧河(三站两区间)平面示意

矿机站周边主要有太原矿山机械集团、北车集团及太钢集团耐火材料厂的厂区及住宅小区，以工厂、企业、办公、居住人员为主。小商品市场站周边主要有青草坪家具市场、小商品批发市场、新星商贸城、花园国际大酒店、市同心外国语学校等，以商业、居住、学校人员为主。西涧河站周边主要为消防支队十一中队、北宫花园、工人文化宫、市自来水公司、龙城小区、小商品物流巷，以消防、休闲、居住、物流人员为主。整体来看，此段周边以商业、市场、企业、工厂、居住为主，人员密集，交通繁忙，交通疏解压力较大。

2.2 运营组织需求

西涧河站作为一期工程的终点站，在初期不设置停车场的情况下，必须具备折返和夜间停车的条件[3-4]。因此，需要对西涧河车站配线进行重点研究。

2.3 地形条件

本段落地势北高南低，地面坡度平均达到1%(图3)。小商品市场站比矿机站地面高10.9 m；西涧河站比小商品市场站地面高7.6 m。高差过大对车站位置、车站型式、车站长度及车站埋深等都会产生一定程度的影响。

图3 矿机—西涧河(三站两区间)主要控制因素示意

2.4 控制性建(构)筑物2.4.1 尖草坪立交桥

尖草坪立交桥位于尖草坪街与解放路交叉处，建于1985年，是太原市修建的第一座互通式立交桥，被列为市级“历史文化保护建筑”。该立交为两层，二层主桥为转盘，引桥为挡土墙路基，桥梁基础为扩大条形基础，埋深约2 m。地面层供小型车、非机动车和行人通行，净空仅2.0 m。受此立交的影响，西涧河站站位选择受到很大限制，见图4。

图4 西涧河站站位与尖草坪立交位置关系

2.4.2 涧河及涧河桥

线路在矿机站—小商品市场站区间下穿涧河及涧河桥。涧河发源于东山，流经市区段落河堤已人工修筑和加固，并采用浆砌片石衬砌，平时流水宽度一般为0.5～1.0 m，深度一般小于0.5 m，主要为生活污水，洪水期水位涨跌变化迅速。涧河桥为重力式桥墩、5跨混凝土连续梁桥，跨度6.4 m，桥墩宽1 m，墩下为扩大基础。

2.4.3 北中环下穿地道

线路在矿机站—小商品市场站区间下穿北中环街。北中环街为城市快速路，与解放路交叉采用立交形式，北中环街东西直行以双向6车道地道下穿解放路。下穿地道两侧设钻孔桩围护结构，钻孔桩桩底距地面17.25 m。钻孔桩埋深对区间隧道的埋深影响较大(图3)。

2.5 不良地质(地震液化)

砂土和粉土的地震液化是太原地铁2号线面临的一个重点问题。2号线位于太原盆地北端，汾河东岸漫滩及一级阶地区，分布有第四系全新统冲洪积成因的饱和粉土、砂类土，具地震液化现象。地震液化主要是指在剧烈的动荷载如地震的作用下，液化土层可能会由于超空隙水压力的急剧上升而使土颗粒之间的有效应力丧失，导致隧道结构的破坏。该三站两区间液化层主要分布在小商品市场站及南侧约500 m范围，层厚为6 m。区间范围埋深较大，层底埋深16.5～19.5 m，小商品市场站层底埋深9～16 m。小商品市场—西涧河区间液化层零星分布，且埋深较浅。设计中必须考虑液化土层的不利影响，采取绕避或地层加固的方式，消除其液化性。从液化层的分布看，小商品市场站及南侧区间应尽可能加大埋深。

2.6 交通疏解

本段线路沿解放北路布设。解放北路规划道路红线宽度50 m，现状道路宽度约25 m，道路两侧各有5 m宽人行道和绿化带，现状道路两侧可用于交通疏解的宽度各为10 m。道路沿线分布有太原最大的小商品批发市场和太钢生活区、龙城小区等大型居住区，人员密集，交通繁忙，交通疏解压力较大。

从区域交通来看，由于北部区域为重工业区，主要是太钢和一些大型工厂，铁路专用线密布。受此影响，汾河以东区域南北向通道主要有滨河东路、大同路、解放北路—恒山路、涧河路—恒山路等(图5)。如果尖草坪立交桥桥上交通中断后，将会导致恒山路—解放北路、恒山路—涧河路方向的大型车辆均无法直接通行至北部。受铁路专用线的影响，区域内东西向通道极少，区域疏解交通较为困难。因此，如何保障该区域施工期间的基本交通需求，也是方案研究的重点。

图5 区域交通现状示意

3 综合方案研究

3.1 比选方案的确定

西涧河站作为2号线一期工程的终点站，在初期不设置停车场的情况下，必须具备折返和夜间停车的条件。从常规角度考虑，最合理的配线方案就是在西涧河站站后设置双停车线。但受尖草坪立交及北端“S”形曲线的限制，西涧河站只能设置于立交南侧，紧临立交引道布置。如果设置站后双停车线，站间距长度仅561 m，客流重叠严重，同时尖草坪立交周边的客流接驳也不够便捷。因此，方案比选不再将此方案作为备选方案。

通过对边界条件和控制因素的分析，选择以下3个满足运营组织功能的备选方案进行综合比选(图6)。

图6 备选方案示意

方案一：西涧河站站后设单渡线，满足初期折返功能；小商品市场站站后设双停车线，满足初期夜间停车和近、远期故障存车。

由于小商品市场站站后设双停车线，车站长度达518 m。如果通过加大埋深绕避液化层，将导致小商品市场站成为地下三层、局部四层，车站规模巨大。同时，由于小商品市场～西涧河区间仅271 m，提升高度有限，致使西涧河站也要达到地下三层、局部四层，工程投资、实施难度和工程风险极大。基于此，该方案3个车站均为地下二层岛式车站，小商品市场站受地面纵坡影响局部为地下三层。液化层通过加固进行处理(图7)。

图7 线路纵断面(方案一)

方案二：矿机站为地下二层、小商品市场站为地下三层岛式车站，西涧河站采用双岛三线，为地下二层、局部三层(图8)。

图8 线路纵断面(方案二)

方案三：矿机站为地下二层、小商品市场站为地下三层岛式车站，西涧河站采用一岛一侧双台三线，为地下二层(图9)。

图9 线路纵断面(方案三)

3.2 方案综合比选

3.2.1 运营组织

(1)方案一

优点：①初期当西涧河站配线故障时，可利用小商品市场站配线组织运营，故障影响范围较小；②近、远期小商品市场站配线可同时满足故障列车停车及列车折返使用，运营组织灵活方便。

缺点：配线设置过密，工程规模偏大。

(2)方案二

优点：配线集中设置于西涧河站，工程规模减小。

缺点：①配线夜间存车功能较差；②近、远期正常运营时只能作为故障列车待避线使用，功能单一；③初期折返列车需载客过道岔，乘客舒适性较差；维修工作量较大；站前折返，折返时间较长；④ 受双站台的影响，乘客乘坐不便。

(3)方案三

优点：配线集中设置于西涧河站，工程规模减小。

缺点：①、②、③同方案二；④受双站台的影响，乘客乘坐不便；初期只使用岛式站台，侧式站台闲置。

从运营组织方面比较，方案一较好，方案二、方案三次之。

3.2.2 车站设置情况及对周边环境的影响

(1)矿机站

3个方案中矿机站均为地下二层标准岛式车站，车站均设置于解放路与规划道路的交叉口，跨路口设置。车站总长度221 m，拆迁面积6 171 m2。车站附属需要拆迁道路东侧北车集团宿舍和沿街部分商铺。

(2)小商品市场站

方案一站后设双存车线，为地下二层、局部三层岛式车站。车站设置于小商品批发市场南侧、涧河北侧。车站总长度518 m，拆迁面积5 536 m2。车站附属需拆迁道路西侧小商品市场沿街二层商铺和道路东侧一层民房。

方案二、方案三为标准地下三层岛式车站，站位与方案一基本一致。车站总长度168 m，拆迁面积3 970 m2。车站附属需拆迁道路东侧一层民房。

(3)西涧河站

方案一站后设单渡线，为地下二层岛式车站。车站设置于解放路与涧河路交叉口以南140 m，东临北宫花园。车站总长度306 m，拆迁面积5 067 m2。车站附属需拆迁北宫花园沿街三层建筑。

方案二为双岛三线，地下二层、局部三层车站。车站设置于解放路与涧河路交叉口以南185 m。车站总长度558 m，拆迁面积11 948 m2。车站总宽度32.4 m，已基本覆盖现状整个路面。由于增设物业出入口，拆迁量增大，主要拆迁道路东侧沿街三层建筑。

方案三为一岛一侧双台三线车站。车站设置于解放路与涧河路交叉口以南180 m。车站总长度369 m，拆迁面积10 476 m2。主要拆迁道路东侧沿街三层建筑。

3.2.3 工程规模

各方案工程规模比较见表1。从比较结果看，方案二工程规模最高，方案一次之，方案三最低。

表1 工程规模比较

3.2.4 液化层处理

(1)液化处理原则

地震液化作为太原地铁特有的不良地质现象，在设计过程中针对地铁结构抗地震液化进行了专题研究。根据研究成果，地下车站和区间分别采用如下处理原则[5-9]。

①明挖地下车站结构

a.明挖结构顶板以上存有液化砂层，在保证抗浮验算安全的情况下，可以不做液化地层处理；

b.在明挖结构范围内存有液化砂层时，受到围护结构的隔离，可以不对液化地层进行加固处理，但结构设计中需考虑发生液化时，附加应力对结构的影响，保证发生地震时结构承载力满足要求；

c.结构底板及底板下存在液化砂层时，需对液化砂层进行处理。

②盾构区间结构

a.液化砂层位于盾构区间结构顶板附近及以上时，可以不对液化地层进行处理，但结构设计中需考虑发生液化时，验算结构的抗浮安全系数满足要求和附加应力对结构的影响，保证发生地震时结构承载力满足要求；

b.液化砂层位于盾构区间结构拱腰及以上时，地层发生液化时对结构内力及变形影响较大，建议对该部分液化砂层进行加固处理；

c.隧道周边土体全部为液化砂层时，需对液化砂层进行加固处理。

(2)液化层处理情况比较

①方案一

小商品市场站和西涧河站均采用地下二层，液化层需要进行加固处理。液化地层处理费用约为2 527万元。

②方案二

小商品市场站不设配线，车站有条件压深至地下三层，埋深达到23.3 m。车站范围液化层全部挖除，区间在加大埋深后无需处理液化土层。

③方案三

同方案二。

从液化层处理情况看，方案一处理费用较高，方案二、方案三较低。

3.2.5 交通疏解

3个方案中矿机站、小商品市场站均为岛式车站，主体宽度相差不大，疏解条件基本相当。因此主要对西涧河站主体交通疏解及对尖草坪立交的交通影响进行分析比较。

(1)方案一

车站规模：地下二层岛式车站，车站长度306 m，车站宽度21.6 m。

疏解条件：明挖顺作法施工，可保证双向2个机动车道及2个人、非混行车道，可满足沿线基本交通需求。

对尖草坪立交的影响：车站北端止于立交引道以南约60 m处，通过交通渠化和涧河路的疏解，可保证尖草坪立交的基本通行。

(2)方案二

车站规模：双岛三线地下二层、局部三层车站，车站长度558 m，宽度32.4 m。

疏解条件：车站主体过宽，无法满足双向2个机动车道的基本需求。需采用顶板分幅盖挖顺作法，工程投资、施工难度、安全风险大幅增加，围挡周期延长约1年。

对尖草坪立交的影响：车站北端止于立交南侧引道路基段，距离桥台仅25 m。施工期间需要临时拆除南侧引道。受立交桥下净空限制(仅2 m)，大型车辆南北向交通中断。

(3)方案三

车站规模：一岛一侧地下二层车站，车站长度369 m，宽度29.2 m。

疏解条件：采用明挖和局部盖挖法施工，可保证双向2个机动车道及2个人非混行车道，可满足沿线基本交通需求。

对尖草坪立交的影响：同方案一。

从交通疏解及对尖草坪立交影响方面比较，方案一、方案三较好，方案二较差。

3.2.6 工程风险

各方案线路穿越主要构筑物情况及工程风险比较见表2[10-12]。从工程风险方面比较，方案一风险较高，方案二、方案三较低。

3.3 方案比选结论

通过对运营组织、工程规模、液化层处理、交通疏解、工程风险等方面的综合分析比较，方案三满足运营需求，工程规模最小，基本避开了液化地层，交通疏解难度较小，工程风险较低。综合考虑，将方案三作为推荐方案。

表2 线路穿越主要控制性构筑物情况比较

4 体会与建议

通过对太原地铁2号线矿机—西涧河(三站两区)的综合方案研究分析，认为在轨道交通工程重点方案研究过程中，应力求做到以下几点，以确保工程方案更合理，更经济。

(1)功能优先。所有备选方案首先应满足运营组织的功能需求，在此基础上进行工程、经济比较。

(2)在边界条件比较复杂的情况下，应对各种控制因素逐一进行分析研判。在此基础上，从运营组织、工程规模、交通疏解、工程风险等方面对各备选方案进行综合分析比选，最终确定较为安全、经济、合理的方案。

(3)方案比选不应局限于某一站或某一区间，只要影响到的车站和区间，都应列入方案比选范围。也只有这样，方案比选才更全面，最终推荐的方案才更为合理。

(4)由于设置配线导致车站加长或者加宽时，应充分考虑交通疏解及管线迁改的可能性，选择合适的站位和施工工法。

(5)地面坡度过大，设置配线后导致车站长度加长、局部埋深加大时，应综合考虑，在满足功能的前提下，尽量减小车站规模。

[1] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.太原市城市轨道交通2号线一期工程(小店南～西涧河)总体设计[R].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2013.

[2] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.太原市城市轨道交通2号线一期工程(小店南～西涧河)矿机～西涧河(三站两区间)方案专题研究报告[R] .西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2013.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50157—2013地铁设计规范 [S].北京：中国建筑工业出版社，2013．

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建标104—2008城市轨道交通工程项目建设标准[S].北京：中国计划出版社，2008．

[5] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.太原市城市轨道交通2号线一期工程(小店南～西涧河)地铁结构抗地震液化专题研究报告[R].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2013.

[6] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.太原市城市轨道交通2号线一期工程(小店南～西涧河)抗震设防专项论证[R].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2013.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50111—2006(2009年版)铁路工程抗震设计规范 [S].北京：中国建筑工业出版社，2009．

[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010．

[9] 余洁.地震液化对地铁工程的危害及对策[J].铁道工程学报，2014(2)：115-118．

[10]北京安捷工程咨询有限公司.太原市轨道交通2号线一期工程(人民南路～西涧河)安全风险评估报告[R].北京：北京安捷工程咨询有限公司，2013．

[11]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50652—2011城市轨道交通地下工程建设风险管理规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011．

[12]岳鹏飞，戴泉，何炬.盾构施工下穿建筑桩基的影响研究[J].铁道标准设计，2012(3)：77-79.

Comprehensive Study on Kuangji-Xijianhe Line Position Scheme of Taiyuan Subway No.2 line

LEI Zhen-guo

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co. Ltd.， Xi’an 710043, China)

Xijianhe station is the terminal of the first-stage project of Taiyuan subway No.2 line and the auxiliary lines of the station must have the ability to satisfy train turning-back and parking at night on account of the missing of the parking lot in the preliminary stage. As affected by ground longitudinal slope， buildings， traffic organization， seismic liquefaction， its boundary conditions are extremely complicated. This paper conducts analysis and comparison of operation organization， project scale， traffic management and engineering risk based on recommended schemes to meet the requirements for operation in respect of Kuangji-Xijianhe (three stations two intervals). Eventually Kuangji station and the small commodity market stations are determined to be of underground two-floor station and underground three-floor island station respectively， and Xijianhe station is of the underground two-floor， one island with one side station．

Taiyuan subway; Line position scheme; Comprehensive study

2014-11-20；

2014-12-12

雷振国(1971—)，男，高级工程师，1994年毕业于西安公路学院公路与城市道路工程专业，E-mail:329653140@qq.com。

1004-2954(2015)07-0044-06

U231+.2

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.07.011