运营地铁几种土建相关改扩建工程研究

杜 宇

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300133)

0 引言

近20年来，国内地铁建设飞速发展，地铁运营线网不断扩容,给城市带来巨大的经济效益及社会效益，为国家的发展做出了巨大贡献。地铁车站处于城市环境中，需与城市环境融为一体，这样才能在发挥地铁最大功能的同时将负面影响降至最低。我国地铁的普遍设计使用年限为100年，但城市总体规划的周期为20年，城市近期规划(详细规划)的期限为5年，因此位于城市建成区的地铁车站会遇到每20年1次的城市建设规划调整。一旦规划调整较大，运营地铁将难以适应城市的发展，打破原有的平衡，引发相应的矛盾。还有其他一些原因导致运营地铁出现问题，如车站所在位置的道路红线宽度增加、车站自身功能完善、地铁线网规划调整、运营大小交路变化、线路的延伸及拆解等。这些原因的产生可能由城市规划条件变动引发，可能由建设期边界条件受限引发，也可能由建设期的社会经济水平不足导致。若想从根本上解决运营地铁面临的问题，改扩建是最有效的办法，能够达到适应城市环境变化和满足运营功能需求的目的。可见，地铁车站的改扩建工程在内外部环境变化的情况下，既势在必行又意义重大。

徐一鸣[1]在上海轨道交通2号线徐泾东站出入口改造工程中，对施工工序和现场管理进行了梳理和分析；刘力[2]在北京地铁5号线大屯路东站站台宽度改造中总结了施工技术要点；王林等[3]在长沙地铁2号线望城坡站附属结构改造中采用有限元分析软件对整个施工过程进行了设计数值分析；李智[4]在佛山万科广佛线季华园站出入口及风亭改造中对土建及机电改造设计方案进行了分析及研究；李斌[5]基于天津地铁2号线对既有地铁车站改造提出了车站大规模改造和地下障碍物清除的可行方案；张景娥[6]在西安火车站改造与地铁车站结合建设中提出了改扩建工程一体化设计理论；陈宏等[7]在广州地铁5号线小北站暗挖设计中总结了结构暗挖工法实现地铁建筑功能的经验及要点；姚显贵[8]在地铁出入口建筑设计中总结了地铁出入口与规划、邻近建筑、征地拆迁、重要市政管线之间的协调关系。

随着国内地铁线路开通运营里程不断增加，运营地铁改扩建工程日益增多。地铁改扩建工程的研究目前尚无完整的理论体系。由于地铁设计、施工规范的更新，当改扩建工程涉及到与新旧规范不一致时，部分条件良好的改扩建工程执行改造时期的现行规范，但部分条件困难的改扩建工程仍执行原设计时期的旧规范，因此对于地铁项目的改扩建工程，尚无统一的标准。本文通过研究运营地铁几种常见土建相关改扩建工程，总结了已完成工程实例的相关经验，并评价了改扩建后的综合效益，以期为运营地铁改扩建工程设计和实施提供参考。

1 运营地铁土建相关改扩建工程的分类

运营地铁土建相关改扩建工程的复杂程度远大于新建工程。除了要确保不影响运营安全外，还要解决完善功能、兼容系统、减少浪费、接驳有序和安全可靠等方面的问题。

运营地铁车站土建相关改扩建工程主要有2大类：车站主体改扩建工程和车站附属改扩建工程，这里的车站附属包含车站出入口、车站风道(风亭)、车站小型构筑物(冷却塔和化粪池)。

1.1 车站主体改扩建工程

车站主体是地铁运营的灵魂所在，对地铁的运营起统领性作用。车站主体的改扩建主要是针对车站公共区，作为地铁的主要功能核心区域，改扩建极其复杂，需要解决的矛盾和问题多，是地铁改扩建工程难度最大、综合要求最高的部分。

1.1.1 增加侧式站台的方案

地铁站台是乘客上车之前排队等候，列车进站后客流交换的场所。如果车站的站台宽度不足，上车排队乘客占满站台，进站列车带来的乘客受上车乘客阻碍无法下车，可能导致列车停站时间加长、全线列车晚点，甚至整条线路运营系统瘫痪等问题。采取方案为在原有岛式车站站台以外区域明挖增加侧式站台。扩建的侧式站台通过原车站结构外墙后开洞与既有车站轨行区接驳，实现列车进站后站台门的双侧开启；通过多站台对不同方向和进出站乘客实施分流，重点解决列车到站时乘客下车及出站问题，并减小站台上进站客流密度，规避客流风险。

1.1.2 增加公共区楼扶梯的方案

地铁车站公共区楼扶梯是地铁主要的垂直交通系统，运送乘客往返于站台与站厅之间。如果车站站台至站厅的楼扶梯组数太少，乘客将遭遇拥堵、排队时长、通行效率低等问题。采取方案：对车站公共区进行改建，调整原有的布置方案，在适当的位置增加站台至站厅的楼扶梯，为乘客开辟新的快速进出站通道。

1.1.3 增加站厅公共区面积的方案

地铁车站站厅公共区是地铁客流集散的枢纽，为进出站乘客提供购票、问询、安检、检票等服务。如果面积过小或乘客数量激增会导致乘客无法有序流动；由于购票、安检、出站人流相互交织，如不及时疏散将导致进站乘客滞留。采取方案：扩建增加车站站厅公共区面积，为乘客集散提供更大空间；分散布置各功能区域，使各区域互不干扰，减少客流的相互交织及穿插，提升客流的行进速度及效率。

1.1.4 线网规划调整换乘站方案

线网规划是指导地铁建设的纲领，所有地铁建设均执行线网规划的统筹安排，但线网规划也根据城市的扩容而不断调整，调整后的线网规划对运营车站的影响非常大。原车站类别为无换乘功能的一般站，随着地铁线网规划的调整、地铁新线或加密线的介入，部分车站由一般站调整为换乘站。目前国内很多车站均因为线网规划调整新增了换乘功能。采取方案：重新预测由于换乘带来的客流，分析客流数量对既有车站的冲击，综合考虑采用扩建站厅、扩建站台、增加公共区楼扶梯、增加换乘通道的其中之一方案或组合方案，以适应车站换乘功能的要求。

1.2 车站附属改扩建工程

1.2.1 车站出入口改扩建工程

地铁出入口是乘客进出车站的通道，由水平通道及提升楼扶梯组成，出地面雨棚体量较大。可能导致地铁出入口改扩建的原因如下：1)原车站建设时出入口受制于相邻建筑拆迁，将出入口雨棚作为临时建筑设置在道路红线内；2)相邻地块的建筑建设周期与地铁通车运营时间节点不匹配，地铁出入口先期建设，待建筑建成才接入建筑大楼内；3)周边建筑性质调整，原有的住宅建筑拆迁后调整为商业建筑，提出地铁出入口的接驳需求。上述原因可能导致设置于道路红线内的出入口不能满足规划要求，或出入口方案与新建筑景观不协调。采取方案：将原有出入口或安全出口拆除，与周边商业建筑结合建设；调整出入口地面建筑位置，使出入口与周边环境融为一体，方便乘客出行，带动商业客流。

1.2.2 车站风道(风亭)改扩建工程

地铁车站的风道及风亭是地铁室内外空气交换的通道及窗口，为车站和区间提供新鲜空气，并排出地铁运营产生的废气。地铁风亭会产生噪声，排风亭有一定的污染性。地铁风亭建筑有2种布设方案：低矮风亭体量小、占地面积较大；高风亭体量大、占地面积小。导致地铁风亭改扩建的原因与1.2.1车站出入口改扩建原因大致相同。这些原因可能导致设置于道路红线内的风亭不能满足规划要求，或导致风亭方案与新建筑景观不协调，甚至出现影响相邻地块开发效益等问题。采取方案：将原有高风亭改建为低矮风亭，延长地下风道，使位于道路红线内的风亭调整至地块；将已建风亭拆除后与周边商业建筑结合建设。通过调整风亭布置方案，重新适应周边环境，并处理好卫生、景观、噪声等问题。

1.2.3 车站小型构筑物改扩建工程

车站化粪池、冷却塔属于运营必不可少的小型附属构筑物，对周边环境的负面作用大，因此处理好其与周边环境的关系是设计的重点与难点。较多的运营车站由于原设计冷却塔、化粪池的选址受建筑拆迁或用地协调的制约，设置位置不合理，引发了运营期间景观突兀、噪声污染、给水污染等问题。采取方案：对冷却塔、化粪池的位置重新规划选址，选择对周边环境影响小、较为隐蔽的位置；对冷却塔进行适当的吸声降噪处理；对化粪池进行防水隔绝处理，设置在下风处避免气味的扩散，将负面作用降到最低，以适应周边环境的要求。

2 地铁车站主体改扩建工程

2.1 工程概况

开远门站为西安地铁1号线1期工程的中间站，车站主体位于莲湖区大庆路与沣惠路开远门立交桥东侧，为地下2层单柱双跨岛式站台车站，站台宽度10.5 m，根据功能需要，设置3个出入口及2组风亭，车站于2013年9月建成通车并投入运营。开远门站总平面图见图1。

图1 开远门站总平面图Fig.1 Plan of Kaiyuanmen Station

2.2 车站主体改扩建背景分析

2.2.1 车站建设方案

地铁开远门站在建设时为整条线路的中间站，无换乘需求，车站周边规划为工业用地，客流量小。车站公共区设置了2组楼扶梯及1台满足《无障碍设计规范》[12]要求的垂直电梯，楼扶梯设置有2台宽度为1.0 m的上行扶梯和2部宽度为2.0 m的楼梯，满足《城市轨道交通工程项目建设标准》[14]要求。

2.2.2 改扩建原因分析

车站整体规模偏小，主要表现如下：1)站台宽度过窄，侧站台通行及等候空间紧张；2)站厅公共区面积偏小，付费区及非付费区较为拥挤；3)站厅至站台的楼扶梯组数偏少，出站乘客排队等候时间长，进站仅采用楼梯，通行缓慢。随着地铁线网的调整，该站由一般站升级为换乘站，原车站的建设未考虑换乘功能，未预留任何换乘条件，因此提出了该站主体的改扩建需求。开远门站站厅层、站台层平面布置如图2所示。

(a) 站厅层 (b) 站台层图2 开远门站站厅层、站台层平面图Fig.2 Plan of hall and platform at Kaiyuanmen Station

2.3 车站主体改扩建实施方案

该车站主体改扩建应解决2个问题：1)车站换乘接驳问题;2)车站规模扩大问题。经过多方案比选，提出如下改扩建方案。

2.3.1 对楼扶梯布置的改扩建

在车站公共区东端中柱两侧的结构中板和站台板新增开洞口，以满足加设1组楼扶梯的要求，提升车站的客运输送能力。

2.3.2 对站厅公共区的改扩建

原车站站厅公共区规模小，无法适应换乘客流组织的需求。在北侧站厅侧墙开洞，使车站主体与新增扩建的站厅及换乘通道连接，并布设少量的设备用房，实现两站间的换乘功能，提升车站的客流集散能力。

2.3.3 对车站出入口的改扩建

扩建原车站建设时预留的车站出入口，完善车站的出入口功能，为乘客提供便捷的进出站服务。北侧站厅扩建时与相邻已建出入口通道局部位置冲突，拆除了该冲突出入口部分通道及人防段，并在扩建站厅北侧还建。改扩建后开远门站总平面图见图3，改扩建后开远门站站厅公共区平面图、开远门站剖面图分别见图4和图5。

图3 改扩建后开远门站总平面图Fig.3 Plan of Kaiyuanmen Station after rehabilitation/expansion

图4 改扩建后开远门站站厅公共区平面图Fig.4 Plan of public areas of hall at Kaiyuanmen Station after rehabilitation/expansion

图5 改扩建后开远门站剖面图Fig.5 Profile of Kaiyuanmen Station after rehabilitation/expansion

2.4 车站主体改扩建后效果

车站主体改扩建是为了解决车站客流过大与车站规模不足的矛盾。为检验改造方案能否负载车站的客流，采用客流仿真模拟数值模型对改造方案进行检验，改扩建后车站客流仿真模拟情况如图6所示。由图6可知：1)站台层客流密度未达到饱和、拥挤部位仅集中于楼扶梯下方，并且在列车发车间隔内能有序疏散至站厅层；2)站厅层客流流线顺畅，交叉部分客流聚集仅集中在3处，客流集中处最大客流密度为1.8人/ m2，客流仍处于有序运动状态，未出现爆发性的客流集中及停滞状态。因此，改扩建后的车站客流负载能力明显增强，改扩建方案能有效解决车站客流过大导致的规模不足问题。

图6 车站客流仿真模拟情况Fig.6 Simulation diagram of passenger flow

2.5 车站主体风险源及技术措施分析

本工程风险源主要来源于施工时基坑开挖影响既有地铁主体结构的安全风险、结构构件的拆除风险、改造施工的安全风险，因此需要采取专项应对措施。

2.5.1 基坑开挖施工影响既有地铁主体结构安全及防范措施

地铁扩建站厅为单层结构，紧邻既有地铁车站主体。基坑施工对周边地层产生扰动，改变土层受力状态，产生地面不均匀沉降。地铁结构倾斜是主要风险源，采取防范措施如下：

1)施工过程中加强对构筑物的监测；

2)制定系统、周详的应急预案，施工前准备一定数量的应急材料，做好抢险加固准备工作；

3)做好施工过程中监测数据的收集、整理和分析，用监测数据调整设计或施工参数，做到信息化设计与施工。

2.5.2 车站主体侧墙开洞风险及防范措施

车站改造施工中，需要在既有的结构侧墙开洞，拆除既有的墙体或梁、柱。拆除结构构件后，既有结构受力状态发生改变。针对上述风险，采取防范措施如下：

1)采用多种不同的结构计算软件对结构受力状态多重分析，加强改扩建设计的验算；

2)挖除1号线开远门站换乘厅区域内北侧半跨覆土，同时对站内区域进行围挡；

3)对既有车站客流进行导改；

4)对需要切割的部分先进行准确放样，控制每次切割墙体尺寸不大于1 000 mm×1 000 mm；

5)墙体切割完成后及时施作该部钢筋混凝土结构；

6)待现浇框架柱混凝土强度达到设计强度后，开始切割其他范围墙体。

2.5.3 车站主体中板结构开洞风险及防范措施

车站中板结构开洞设计原理与车站结构侧墙开洞原理一致,具体防范措施如下：

1)孔洞切割前先采用工45C型钢支撑对既有结构中板进行支撑；

2)切割新增柱及范围外500 mm中板，切割完成后及时施作该部新增柱结构；

3)待现浇柱混凝土强度达到设计强度后，开始切割横跨车站方向新增梁范围中板，切割完成后及时施作该部梁结构，并在梁下部搭设脚手架，以保证新梁体的安全；

4)垂直车站方向新增梁达到设计强度后，切割平行车站方向新增梁中板，切割完成后及时施作该部新增梁结构；

5)待所有框架梁柱均达到设计强度后，切割开洞部分中板，完成开洞；

6)对中板开洞跨既有站做诱导缝处理。

2.5.4 车站改造过程中的施工安全应对措施

1)对于不需要围挡施工的作业区，应严格执行在停运后施工及进出材料；

2)对于需要局部围挡施工的作业区，应在施工围挡范围内作业，并在停运后严格执行进出材料；

3)增加站厅—站台层楼扶梯的土建施工作业，应利用车站施工的2号出入口通道作为材料进场或废弃物外运通道，避免与乘客流线交叉，导致不安全问题发生；

4)对于站厅侧墙开洞的土建施工作业，应利用车站外扩换乘厅的施工作业区作为材料进场或废弃物外运通道，避免与乘客流线交叉，导致不安全问题发生；

5)每一项改造完成后，在投入使用之前，应严格执行工程竣工验收制度，避免出现安全事故。

2.6 改扩建工程运营保障措施

2.6.1 运营风险分析

在车站改扩建过程中，需要对站厅、站台公共区进行围挡施工，并进出运送工程材料及废弃物，这是造成车站运营风险的主要来源；因此需要采取应对措施，避免施工围挡导致乘客无法进出站影响乘客疏散，及材料进场或废弃物外运与乘客流线交叉。

2.6.2 突发客流应对措施

1)车站围挡作业施工期间，车站公共区面积减小，车站的服务水平及通行能力下降，车站的施工过程可分为多个阶段，每个阶段之间均有明显的界限，建议与运营协调施工周期，避开大客流时间段施工；

2)在施工期间，对全线车站做好宣传工作，非必要情况下，要求乘客避免在开远门站上、下车，减少车站的客流量；

3)在满足施工作业的前提下尽量减少车站的施工围挡范围，避免占用乘客使用区域，及时调整可提前撤除或瘦身的围挡；

4)在车站早晚高峰期间，增加车站运营指挥人员，加强对客流的分流引导，避免增加楼扶梯区域的上下车客流；

5)在施工期间，对于不可避免出现的突发大客流，应立即启动限流或停站等应急预案，并做好宣传工作，避免产生不良的社会舆论。

2.6.3 紧急疏散分析

1)车站站台层的施工围挡区域不影响车站事故状态下的疏散能力；

2)车站站厅层的施工围挡区域导致车站楼扶梯数量减小，但按照施工组织筹划，每次围挡均保证有2组楼扶梯正常使用；

3)车站3号出入口的改扩建施工应在车站2号出入口完工并投入使用的前提下进行，确保车站东端有1个出入口作为乘客的疏散口；

4)在车站施工期间，车站站厅—站台投入使用的楼扶梯数量应与现状保持一致，并提前做好自动扶梯的检修工作，避免在改扩建施工期间对车站的楼扶梯进行检修；

5)在车站改扩建施工期间，共有3个出入口可正常使用，满足《地铁设计防火标准》[15]要求。

综上，1号线开远门站在车站改扩建施工期间，可满足乘客在事故工况下的紧急疏散要求。

2.6.4 车站站台施工期间的运营措施

在开远门站改扩建施工过程中，对运营影响最大的阶段为施工站台—站厅楼扶梯阶段。该施工阶段的围挡需要占用岛式站台的侧站台。侧站台原设计宽度为《地铁设计规范》[10]要求的最小宽度2.5 m，施工围挡占用宽度为1.0 m，占用后可供乘客上下车区域的侧站台宽度仅为1.5 m，局部侧站台宽度的减少对乘客上下车及通行影响较大。

核实现状列车编组及列车开门位置，站台层施工围挡影响范围主要在站台层东侧第2节车厢，影响范围沿站台层方向约19.45 m。最东端的第1节车厢基本不影响乘客上下车。

2.7 改扩建实施管理机制分析

地铁车站主体改扩建工程由地铁建设公司施工。根据运营反馈的客流资料及线网规划调整资料，对车站运营情况进行深入分析，综合考虑运营风险、改造实施难度和社会稳定等方面，在选择合理的改造方案后，进行改造设计及施工。这属于地铁项目自身的提升改造工程，其建设管理程序单一，建设管理模式与地铁新线建设类似。

2.8 改扩建投资及综合效益分析

开远门站主体改扩建工程投资估算如表1所示。

表1 主体改扩建工程投资估算表Table 1 Investment estimation of rehabilitation/expansion of station main body 万元

地铁车站主体改扩建工程使既有地铁一般站升级为换乘站，成功实现地铁线网功能在本站的调整，车站客流承载能力明显增强，服务水平提高，功能也更加完善，使地铁车站能够更好地为城市经济发展做贡献。

2.9 地铁车站主体改扩建工程小结

地铁车站主体改扩建存在较大的实施难度及工程风险，但投入与产出成正比。在地铁建成后的运营期内，地铁车站主体改扩建是地铁改扩建工程的重要组成部分。通过对既有地铁车站主体改扩建工程的分析，改扩建工程设计方案应结合车站客流特征及周边条件，综合改扩建工程的难度及投资，选择合理的改扩建设计方案和技术保障措施。

3 地铁车站出入口改扩建工程

以西安地铁2号线一期工程南稍门站东南出入口改扩建工程为例，研究地铁车站出入口改扩建工程的实施方案、风险分析、保障措施和取得的综合效益。

3.1 工程概况

南稍门站为西安地铁2号线一期工程的中间站，车站主体位于碑林区长安北路与友谊东路十字(南稍门十字)南侧，未跨路口布置，车站为地下双层单柱双跨岛式站台车站，根据功能需要，设置4个出入口及2组风亭。车站于2011年9月建成通车。

3.2 出入口改扩建背景分析

3.2.1 车站出入口建设方案

南稍门站地铁建设时，车站东南出入口位于长安北路村落附近，村落内存在大量的密集民房，拆迁难度较大，且拆迁安置补偿的期限与地铁交付运营的期限不匹配。为满足地铁运营需求，车站东南出入口及设备区安全出口在满足《建筑设计防火规范》[11]关于防火间距要求的情况下，暂时贴邻道路红线设置。南稍门站东南出入口及安全口总平面布置如图7所示。

图7 南稍门站东南出入口及安全口总平面布置Fig.7 Plan of southeast entrance/exit and emergency exit at Nanshaomen Station

3.2.2 车站出入口改扩建原因分析

随着城市化进程的推进，车站东南出入口相邻的地块经过拆迁整合出让并整体开发，规划为城市商业综合体,地铁出入口位于商业楼前，侵占了新实施的市政道路，且独立设置的出入口与商业建筑结合不紧密，难以带动商业的发展，因此需要对地铁出入口及安全口进行改扩建。

3.3 车站出入口改扩建实施方案

1)拆除原设置在道路红线一侧的出入口及安全出入口，出入口通道由地下接入商业大楼地下室2层，在商业大楼地下室设置直跑楼扶梯到达地面；2)在商业大楼地下1层、地下2层设置地铁与商业的接驳口，便于两者之间的客流交换；3)同时改扩建还包括车站的设备区安全出口，安全出口与大楼之间存在较长的缓冲空间，因此在原接驳口以外进行了1次提升，接入商业大楼地下1层，通过商业大楼地下1层的封闭楼梯间到达地面层的对外出口。改扩建后南稍门站东南出入口及安全口总平面布置如图8所示，剖面图如图9所示。

图8 改扩建后南稍门站东南出入口及安全口总平面布置Fig.8 Plan of southeast entrance/exit and emergency exit after rehabilitation/expansion at Nanshaomen Station

图9 改扩建后南稍门站东南出入口剖面图Fig.9 Profile of southeast entrance/exit after rehabilitation/expansion at Nanshaoman Station

3.4 车站出入口改扩建工程风险源及技术措施分析

车站出入口改扩建工程风险源主要来源于结构构件的拆除及防水层的破坏渗漏，因此需要采取如下专项应对措施。

3.4.1 结构构件拆除及风险防范措施

施工时以“安全第一”为首要原则，对拆除结构部位，先搭设钢管架支撑卸载和施工操作平台、安全防护栏，再对结构从上至下、分层分段分块、优先采用静力拆除。做到“先防护后施工，先支撑后拆除”，确保人员安全和结构安全。在结构构件拆除时，应严格按照构件受力情况，先卸除上部荷载，对梁板进行支撑，并搭设施工操作架，再由上而下拆除。在拆除过程中，注意采取以下防范措施：1)避免将施工临时堆放荷载加到结构构件上，尽量卸除自重以外的一切荷载；2)做好作业面、临边洞口周围的安全防护并做好标识，派安全管理人员巡视；3)禁止在没有可靠隔离防护的同一重直面上同时拆除施工，禁止高处抛物；4)施工时合理规划现场，对施工区域进行封闭式管理，并设置专人监护，防止无关人员入内；5)为了防止混凝土渣块飞溅及扬尘飘散，用彩条布封闭作业区域。

3.4.2 防水层破坏渗漏风险及防范措施

拆除开洞范围内的防水材料时，注意对原有结构侧墙防水材料的保护。原结构侧墙采用自粘性防水卷材防水，为确保交接处防水不渗漏，新做换乘厅防水材料也采用自粘防水卷材，能够和原防水材料很好地粘结。为确保此处不渗漏，需采取以下施工措施：清理原结构表面1 m范围基层，并涂刷聚氨酯防水涂膜，再铺贴一层自粘防水卷材附加层。

3.4.3 土建工程成果监测情况

通过采取系列保护措施，工程改扩建实施期间各监测项目日均变化量较小，处于相对稳定状态。监测统计如表2所示。

表2 出入口改扩建工程监测统计表Table 2 Monitoring statistics of rehabilitation/expansion of station entrance/exit

3.5 出入口改扩建工程运营保障措施

出入口改扩建应保证地铁的正常运营，在实施过程中，应分步骤、分区域进行，将对地铁的运营干扰降到最低。在工序方面，需首先完成新建工程的施工，待新建工程的土建及安装装修完工后，再进行接驳节点处的破除接驳施工作业。对于接驳节点处的围挡施工，进出工程材料及废弃物是造成车站运营风险的主要来源，因此，施工期间需要采取以下应对措施：1)合理确定施工围挡的占用范围，避免阻碍乘客进出站及安全疏散；2)在施工作业期间，避免工程材料进场或废弃物外运与乘客流线交叉。通过采取上述措施，可保障施工期间地铁正常运营且满足《城市轨道交通技术规范》[9]安全疏散的相关要求。

3.6 出入口改扩建实施管理机制分析

车站出入口改扩建工程，由商业开发公司具体实施，地铁公司协调配合，改扩建部分需满足双方各自的使用功能和消防疏散需求。商业开发公司在竞标土地使用权时，地铁出入口的改扩建工程已纳入土地使用权出让的条件。在商业项目规划设计中，将地铁出入口通道及安全出口通道作为设计的控制要素及组成部分，同期规划、同期设计，重点设计接驳点，形成整体性设计方案。在商业项目建设施工中，首先，实施商业项目的主体部分；其次，实施商业与地铁之间的接驳通道；再次，实施既有地铁工程的结构开口及接驳点。待商业与地铁的接驳顺利完成并投入使用后，拆除废弃段落的地铁建筑，实现商业项目与地铁工程一体化。商业与地铁项目的运营分属各自的运营公司，二者以接驳开口处设置的防盗卷帘门作为各自的管理界限，并签订运营管理协议，明确双方的责任及权利，为后期运营保障提供坚实的基础。

通过分析，由商业开发公司作为管理主体牵头负责地铁出入口改扩建，具有良好的可操作性，是项目顺利实施的关键，但地铁公司作为协助单位，需提供必要的技术支持及配合，通过双方协作，顺利推动项目从立项至投入运营。

3.7 出入口改扩建投资及综合效益分析

南稍门站出入口改扩建工程投资估算如表3所示。

表3 出入口改扩建工程投资估算表Table 3 Investment estimation of rehabilitation/expansion of entrance/exit

经分析，该改扩建工程在投资较少的情况下，消除了原出入口对城市交通的阻碍，优化了独立小单体建筑对城市空间景观的切割，增加了乘客乘车的便捷性，有效提升了其商业价值，取得了较好的综合效益。

3.8 出入口改扩建工程小结

出入口改扩建工程是城市旧区升级改造的一部分，在地铁建成后的运营期内，地铁出入口的改扩建具有一定的普遍性，地铁出入口改扩建工程从工程建设角度出发，在后续地铁改扩建工程中将作为主要构成部分，具有实施难度小、投资收益率高、社会效益良好等特点。

4 地铁车站风道(风亭)改扩建工程

以西安地铁2号线1期工程三爻站风道(风亭)改扩建工程为例，研究地铁车站风道(风亭)改扩建工程的实施方案、风险分析、保障措施和取得的综合效益。

4.1 工程概况

三爻站为西安地铁2号线1期工程的中间站，车站主体位于雁塔区东三爻堡村附近的南绕城高速公路以南，为地下2层单柱双跨岛式站台车站，根据功能需要，设置3个出入口及2组风亭。车站于2011年9月建成通车。

4.2 风道(风亭)改扩建背景分析

4.2.1 车站建设方案

三爻站地铁建设时，车站南端风亭位于长安南路东侧的空地内，该空地拟规划建设商业建筑，但由于地块的开发业态不稳定，开发资金来源不充足，项目迟迟未动工，原计划的风亭结合建设方案无法实现。为了满足车站运营时的通风要求，将车站的风亭作为临时建筑设置在道路红线内。三爻站风亭原建设方案总平面布置如图10所示，风亭剖面如图11所示。

图10 三爻站风亭总平面布置Fig.10 Plan of ventilation pavilion at Sanyao Station

图11 三爻站风亭剖面图Fig.11 Profile of ventilation pavilion of Sanyao Station

4.2.2 改扩建原因分析

车站风亭设置于道路红线内，切断了市政人行道的连续贯通性，人员通行极其不便，阻挡了交通视线，存在一定的安全隐患；风亭采用活动板房结构，为高风亭，体量较大，给城市景观带来不利影响。因此，为解决上述诸多问题，风亭的改造实施刻不容缓。

4.3 风道(风亭)改扩建实施方案

风亭东侧地块开发项目的稳定是风亭改扩建实施的契机，与商业结合修建无疑是风亭改扩建的最佳方案。具体实施方案：将原有地下风道向东延伸接入东侧商业大楼地下2层，风道通过地下室向上联通至地面1层，由地面1层外墙设置侧向百叶窗与室外大气相连通，满足地铁运营功能和《民用建筑设计统一标准》[13]的需求。通过对建筑外立面整体效果的处理，使地铁风亭与商业建筑形成整体，达到适用、美观的效果。改扩建后的三爻站风亭总平面布置如图12所示，剖面如图13所示。

图12 改扩建后三爻站风亭总平面布置Fig.12 Plan of ventilation pavilion at Sanyao Station after rehabilitation/expansion

图13 改扩建后三爻站风亭剖面Fig.13 Profile of ventilation pavilion at Sanyao Station after rehabilitation/expansion

4.4 风道(风亭)改扩建工程风险源及技术措施分析

地铁风道(风亭)改造工程风险源主要为新建商业建筑施工时基坑开挖施工影响地铁风道结构安全及结构构件拆除。

4.4.1 基坑开挖对地铁风道结构安全的影响及防范措施

邻近商业建筑设有2层地下室，地下室基坑开挖深度10.2 m，基坑与地铁风亭结构净间距3.5 m，基坑支护结构采用桩+锚索的形式，商业建筑地下室基坑施工过程中对周边地层产生扰动，改变土层受力状态。因此，商业建筑地下室施工时产生的地面不均匀沉降，易导致地铁结构倾斜。具体安全防范措施如下：

1)施工过程中加强对构筑物的监测；

2)制定系统、周详的应急预案，施工前准备一定数量的应急材料，做好抢险加固准备工作；

3)施工过程中做好监测数据的收集、整理与分析，根据监测数据调整设计或施工参数，做到信息化设计与施工。

4.4.2 结构构件拆除风险及防范措施

在车站风亭改造施工中，需要在既有结构侧墙开洞，拆除既有墙体或梁、柱。拆除结构构件后，既有结构构件的受力状态发生改变。因此，结构构件拆除前的设计验算及施工中的结构安全是主要风险源。针对上述风险，采用多种不同的结构计算软件对结构受力状态多重分析。结构构件拆除及防范措施同3.4.1节结构构件拆除及风险防范措施。

4.4.3 土建工程成果监测情况

通过采取系列保护措施，工程改扩建实施期间各监测项目日均变化量较小，处于相对稳定状态。监测统计如表4所示。

表4 风道(风亭)改扩建工程监测统计表Table 4 Monitoring statistics of rehabilitation/expansion of ventilation gallery/pavilion

既有结构开洞顶部竖向位移量较小，最大沉降量为6.55 mm，属于安全控制范围，如表5所示。

表5 风道(风亭)改扩建工程结构竖向位移统计表Table 5 Statistics of vertical displacement of rehabilitation/expansion of ventilation gallery/pavilion

4.5 风道(风亭)改扩建工程运营保障措施

地铁风道(风亭)改扩建应保证地铁正常运营，避免遮挡风口，保证地铁风道(风亭)进出风顺畅，施工作业区应减少扬尘污染地铁的进风井。改扩建工程应分步骤、分区域进行施工，将地铁的运营干扰降到最低。在工序方面,需首先完成新建工程的施工，待新建工程的土建及安装装修完工后，再进行接口节点处的破除接驳施工。对施工区应进行全封闭施工作业，对施工区与通风道之间进行有效隔离，保证地铁运营期间的通风效果及空气质量，围挡作业区域不应过多地侵占地铁风井及风道的有效通风面积，确保风道及风井内的风速处于合理范围值。

4.6 风道(风亭)改扩建实施管理机制分析

地铁风道(风亭)接入新建商业开发建筑的改扩建方案与出入口改扩建方案基本相同，两者在控制规划阶段、设计方案配合阶段和实施阶段的管理机制基本一致，详见本文3.6节。

4.7 风道(风亭)改扩建投资及综合效益分析

三爻站风亭改扩建工程投资估算如表6所示。

表6 三爻站风亭改扩建工程投资估算表Table 6 Investment estimation of rehabilitation/expansion for ventilation pavilion at Sanyao Station

经分析，地铁风亭改扩建工程投资较少，消除了既有风亭对交通安全产生的隐患，将风亭与商业建筑合建改善了周边的城市环境，有效提升了商业价值。

4.8 地铁风道(风亭)改扩建工程小结

地铁风道(风亭)改扩建工程是城市旧区升级改造的一部分，具有一定的普遍性，地铁风道(风亭)改扩建工程从建设角度出发，在后续地铁改扩建工程中将作为主要构成部分，具有提升城市卫生环境、社会效益好等特点。

5 地铁车站冷却塔改扩建工程

以西安地铁1号线通化门站冷却塔的改扩建工程为例，研究地铁车站冷却塔改扩建工程的实施方案、风险分析、保障措施和取得的综合效益。

5.1 工程概况

通化门站是西安地铁1号线和3号线的换乘站，两站主体位于新城区金花北路与长乐西路十字交叉口。1号线东西向设置在路口西侧，3号线南北向跨路口；1号线车站为地下3层双柱三跨岛式站台车站，根据功能需要,车站设置5个出入口及3组风亭。车站于2013年9月建成通车。

5.2 冷却塔改扩建背景分析

5.2.1 车站建设方案

通化门站建设时，车站西端风亭位于长乐西路南侧的商业用地范围内。由于商业用地内的地下消防水池无法改移，车站风亭退出地块建设在道路红线内，采用高风亭方案，并在风亭屋面设置冷却塔，风亭地面建筑整体位于商业建筑大楼前。该方案高风亭总长度为28.7 m，宽度为8.6 m，风亭高度为6.1 m，外加冷却塔总高度为10.2 m。通化门站风亭及冷却塔总平面布置图和立面图如图14和图15所示。

图14 通化门站风亭及冷却塔总平面布置图Fig.14 Plan of ventilation pavilion and cooling tower at Tonghuamen Station

图15 通化门站风亭及冷却塔立面图Fig.15 Profile of ventilation pavilion and cooling tower at Tonghuamen Station

5.2.2 改扩建原因分析

车站冷却塔设置于临街的风亭顶部，建筑体量大，影响了城市景观，降低了城市品质。冷却塔位于道路红线内，挤占了市政人行道的宽度，影响人员顺畅通行；冷却塔运行时产生的轰鸣声和飘雨现象，极大地影响了周边商业氛围。为解决上述矛盾，提出该冷却塔的改扩建方案。

5.3 冷却塔改扩建实施方案

通过对站址环境的调研，将冷却塔布置在车站东端路口西南象限的1处市政绿化用地。冷却塔设计为半下沉式，仅高出地面1.5 m，周边采用绿化遮挡，可取得良好的视觉效果。拆除车站西端的高风亭改造为低风亭，减少了对城市景观和城市交通的影响。改扩建后的通化门站下沉冷却塔剖面图如图16所示。

图16 改扩建后通化门站下沉冷却塔剖面图Fig.16 Profile of sunken cooling tower at Tonghuamen Station after rehabilitation/expansion

5.4 冷却塔改扩建工程风险源及技术措施分析

地铁冷却塔改扩建工程主要涉及设备改造，因此改扩建工程的风险较小。

5.5 冷却塔改扩建工程运营保障措施

地铁冷却塔改扩建应保证地铁正常运营，由于地铁冷却塔为夏季空调运行提供冷源，因此不宜在夏季进行冷却塔改造，可选择在深秋至初冬季节，地铁冷却塔停止运行的时间段。在新建的下沉式冷却塔基础及冷却塔地下管沟施工完成后，将原有冷却塔拆除运送至新的冷却塔放置点，重新安装调试后即可投入运营，整个改扩建周期均在非空调运行期，不影响地铁运营。

5.6 冷却塔改扩建实施管理机制分析

地铁冷却塔的改扩建工程由地铁公司负责实施，在对外协调确定冷却塔的选址后，进行改扩建设计及施工，该改扩建工程属于地铁项目自身的提升改造工程，其建设管理程序单一，易于实施。

5.7 冷却塔改扩建投资及综合效益分析

通化门站冷却塔改扩建工程投资估算如表7所示。

表7 通化门站冷却塔改扩建工程投资估算表Table 7 Investment estimation of rehabilitation/expansion for cooling tower at Tonghuamen Station

经分析，本改扩建工程减少了对城市交通的影响，解决了冷却塔产生的噪声和景观问题，优化了城市外立面景观，提升了商业氛围，工程投资较少，社会综合效益较好。

5.8 地铁冷却塔改扩建工程小结

地铁冷却塔改扩建是城市旧区升级改造的一部分。在地铁建成后的运营期内，地铁冷却塔的改扩建具有一定的普遍性。冷却塔的选址应经过充分的论证，处理好声环境、物理环境，并进行一定的遮挡隐蔽。地铁冷却塔改造工程在后续地铁改扩建工程中将作为主要构成部分，具有社会效益好,能较大程度提升城市卫生环境等特点。

6 结论与建议

为提升地铁运营服务水平或改善周边环境，对地铁进行改扩建的方式方法灵活多样。应理清思路，紧抓主要矛盾，针对要解决的问题系统全面思考，通过多角度比选提出最佳改扩建方案，结论与建议如下：

1)实施前应充分论证，将不利影响、实施风险、工程投资降到最低。

2)拆改既有车站结构存在较大的工程风险，需加强结构计算及验算，避免出现工程事故。

3)在乘客密集的公共区域施工作业存在运营风险，需加强运营管理力度及措施，制定专项紧急保障方案，避免发生运营事故。

4)应综合分析改扩建方案的经济效益及社会效益，经充分论证后实施，争取以最小的投入获得最大的收益。

5)通过运营地铁几种常见的土建相关的改扩建实施方案的理论分析及总结，形成较为基础的理论，为后续的研究及探索奠定了基础，总结的工程实例经验对提升改扩建工程设计者的思路有一定的参考价值。

6)现今缺少针对改扩建工程的施工及设计规范、标准，缺乏系统化的管理程序及机制。随着地铁时代的发展，建议广大地铁建设者继续追求与探索，尽早形成地铁改扩建工程完善的建设程序、合理的管理机制，并将先进的建筑科学技术运用到运营地铁改扩建工程领域，为运营地铁的改扩建工程技术方案提供全面、准确的依据。