城市轨道交通项目中线路纵断面节能坡设计的取舍与思考

摘要 在当前国家大力推行节能减排的大背景下，城市轨道交通项目的线路纵断面设计尽可能设置节能坡显得尤为重要，但项目沿线地质、水文、构建筑物、区间最低点位置、车站及中间风井埋深等因素都会影响节能坡的取舍。该文以广州地铁八号线东延及北延工程中的较典型案例，通过综合比选法，分析以上因素对节能坡设置取舍的影响。研究结果表明：在确保工程实施风险可控、造价变化幅度合理的前提下，条件允许时均应尽可能设置节能坡，从长期的运营能耗收益看，地铁作为绿色交通、百年工程，利远远大于弊。

关键词 城市轨道交通；线路；纵断面设计；节能坡取舍

中图分类号 U239.5 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）23-0185-03

0 引言

2021年9月22日，中共中央、国务院印发了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，明确提出了“2030年碳达峰，2060年碳中和”的目标和行动方案[1]。城市轨道交通作为绿色交通工具的重要组成部分，承担着推动城市绿色转型升级的重任，在交通领域绿色低碳发展中起到示范引领作用。

在《地铁设计规范》（GB 50157－2013）6.3.2中也规定：“（地铁）车站宜布置在纵断面的凸形部位上，可根据具体条件，按节能坡理念，设计合理的进出站坡度和坡段长度”[2]。在当下国家越发重视节能减排的大背景下，线路纵断面设计尽可能地设置节能坡显得尤为重要。

但在实际工程中的地质、水文、构建筑物、区间最低点位置、车站及中间风井埋深等因素都会影响节能坡的取舍，该文结合广州地铁第三期建设规划调整中的八号线东延及北延工程的两处较典型的案例作相关分析。

1 背景介绍

广州地铁八号线东延及北延为国家批复的广州地铁第三期建设规划调整项目中的其中两条线，且均为已运营地铁八号线的延伸线，采用6辆编组A型车，最高设计时速为80 km/h。该文选取的案例为八号线东延中的长新—新洲段及八号线北延中的滘心—凤翔路段的纵断面设计。

2 节能坡设置原则

线路纵断面坡度的大小和方向，对列车的牵引电能消耗有重大影响，一个合理的线路纵断面，应该满足列车启动时加速快，断电惰行时车速下降缓慢，并以较高的速度惰行到前方车站，在进站制动时停车快的要求。适应这种运行特点的线路纵断面呈凸形，即车站高，区间低，称为节能纵断面，其列车运营节能效果较好。

3 案例分析

3.1 案例一：八号线东延长洲—新洲段纵断面比选

该段区间中，沿线地质主要为岩层，地质条件较好；线路需下穿珠江，纵向需满足珠江的百年冲刷要求；该段区间较长，需设置中间风井1座，且由于需下穿山体，风井总体埋深较大。为综合线路纵坡能耗、风井埋深、最低点与珠江关系等，提出以下三个纵断面方案比选。

方案一：采用7‰+9.868‰+5‰+28‰的坡度，区间最低点设置在江中，风井轨面埋深40 m。

方案二：采用7‰+20.961‰+5‰+28‰的坡度，区间最低点设置在岸上，风井轨面埋深40 m。

方案三：采用6.339‰+5‰+28‰的坡度，区间最低点设置在岸上，风井轨面埋深52 m。

方案比选示意图及综合比选表详见图1和表1。

该案例中，线路纵向控制条件主要有地质条件、珠江百年冲刷要求、区间最低点位置、中间风井埋深等。其中沿线地质条件均较好，纵断面比选可基本不考虑地质；珠江百年冲刷要求为硬性要求，为减少新洲站埋深按与百年冲刷底最小竖向净距即可；最低点位于珠江底下实施风险极大，结构专业不能接受。因此剩下比选重点为中间风井埋深与运营能耗的关系，最后比选结果为风井最大轨面差为12 m，通过结构专业优化，风井均采用2层建筑+风道的形式，使得风井埋深影响变小，风井规模及造价均在可接受范围内，因此从长期运营减少能耗来考虑，采用了风井埋深最大，运营能耗最小的方案[3]。

3.2 案例二：八号线北延滘心—凤翔路段纵断面比选

该段区间需下穿流溪河及武广高铁，其中滘心站为已运营车站，轨面标高已确定，出站后采用28‰下坡刚好满足下穿流溪河的百年冲刷要求。该段溶洞发育，线路埋深越大溶洞见洞率越高，同时下穿武广高铁处对其桩基影响越大。为综合工程实施条件、运营能耗等优劣，提出以下三个纵断面方案比选。

方案一：采用28‰+5‰+8.123‰的坡度，隧道位于高铁桥桩底以下。

方案二：采用28‰+5‰+15.223‰+4‰的坡度，隧道刚好位于高铁桥桩底部。

方案三：采用28‰+5‰+21.666‰+15‰的坡度，隧道位于高铁桥桩的腰部偏上。

方案比选示意图及综合比选表详见图2和表2。

该案例中，线路纵向控制条件主要有已实施的滘心站轨面标高、地质条件、流溪河百年冲刷要求、区间最低点位置、武广高铁桩底标高等。其中滘心站轨面标高仅作为设计输入条件，无需参与比选；区间最低点位置均在流溪河范围以外，非重点考虑因素；武广高铁为国家重点铁路，对沉降要求极严；沿线为溶洞发育区，线路埋深越大溶洞见洞率越高，施工风险越大。因此剩下比选重点为高铁、溶洞与运营能耗的关系，最后比选结果为运营能耗最优方案地铁隧道与溶洞的竖向净距仅0.8 m，且隧道位于高铁桥桩底以下，对高铁影响极大，沉降不可控。故本案例从工程风险和实施条件考虑，推荐了运营能耗最大的方案[4]。

4 结语

通过以上两个案例可知，现实中工程条件往往错综复杂，需要考虑的因素很多，地质、水文、构建筑物、区间最低点位置、车站及中间风井埋深等等，其中又有主要控制条件和次要控制条件，实际设计中可通过分析适当舍弃简化次要控制条件，重点比选主要控制条件，可起到事半功倍的效果。

在当前国家大力推行节能减排的大背景下，线路纵断面设计尽可能考虑节能坡也是很重要的，但工程要最终落地，其中的工程风险和实施条件又是重要的前置条件。因此，在工程设计的方案比选中，在确保工程实施风险可控、造价变化幅度合理的前提下，有条件时均积极响应国家节能减排政策，尽可能设置节能坡。从长期的运营能耗收益看，地铁作为绿色交通、百年工程，利远远大于弊。

参考文献

[1]中华人民共和国中央人民政府.中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见[EB/OL].2021-10-24.

[2]地铁设计规范：GB50157—2013[S].北京：中国建筑工业出版社， 2013.

[3]广州市城市轨道交通8号线东延工程（万胜围～莲花）可行性研究报告[R].广州：广州地铁设计研究院股份有限公司， 2023.

[4]广州市城市轨道交通8号线北延段工程（滘心～广州北站）可行性研究报告[R].广州：广州地铁设计研究院股份有限公司， 2023.