摘要：本文对地铁工程的设计思路和方法进行系统的总结和分析，指出在地铁方案设计中，首先要找出控制因素，针对这些控制因素提出解决方法，选择有价值的方案，从功能、技术、经济等方面进行比较和分析，最终确定可实施方案，同时结合自己的工作经验，得出了一些体会，提出了一些观点和看法。
关键词：地铁工程；控制因素；线路方案；建筑方案；结构方案；
Abstract：This thesis makes a systematic summary and analysis on the design ideas and methods of the subway project.It pointed out that during the designing progress，we should find out the controlling factors firstly，then，put forward the solutions aiming at these factors，choose valuable ones，compare and analyze them from the aspects of function，technology and economic，and ensure the realizable one finally.It also obtained some views and perspective comparing own working experiences.
Keywords：subway project；control factors；track program；architecture program；structure program
0 引言
地铁工程是一项庞大而复杂的工程，从工程建设角度看它具有投资高，周期长，影响范围广等特点。从社会环境角度看它具有高效环保、方便快捷、推动城市发展的特点。地铁工程的建设多数是在已有城市布局中修建，地面、地下建筑均已成型，地下管线错综复杂。这些因素不但控制车站的站位、出入口、风亭的设置，同时对区间线路的布置、走向也有较大的影响。
地铁设计的控制因素大致可以分为地面和地下两大部分。地面部分包括：江河湖汊、道路桥梁、既有建筑、规划道路、建筑红线、规划区域用地性质、地面交通等；地下部分包括：复杂的地下管线，城市地下空间开发的规划、不同类型地下交通相对位置关系、地层地质情况、地下水位、既有建筑地下基础、地下建构筑物等。这些因素往往会影响到整条地铁线的车站设置及线路布局。
以上这些控制性因素，既控制着区间线路的线形、走向、、埋深，又控制着车站的站位、形式、车站埋深等。因此，处理好这些控制性因素对方案的影响，将对设计方案的合理性、科学性、可行性起着决定性的作用。
1 案例概况及重难点分析
以某城市地铁方案设计为例：这个标段共有2座车站和3段区间。经过现场踏勘和对招标资料的细致分析，总结了对投标方案设计起控制性作用的因素有如下7点：1、江厦桥西岸边，邮政支局9层框架结构桩基础建筑；2、江厦桥的桥桩基础；3、奉化江江底冲刷深度（桥南侧约11米）；4、奉化江东岸边，宁波国际银行，10层框架结构，群桩基础建筑；5、江东规划分局4层框架结构，桩基础建筑；6、江东1、2号桥的桥桩基础；7、本标段沿线密集的建筑群。（如下图）
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2 解决重、难点对策举例
根据标段的特点，我们找出了对标段方案设计的控制性因素，接下来我们就要针对这些难点逐一解决问题。
2.1对线路方案的调整优化
首先通过对标段情况的通盘考虑，既要满足区间线路走向、埋深、坡度的要求，同时又要合理布置车站及车站的附属部分。
按如下原则对线路优化：
a、在车站站位基本确定的基础上，合理选择并尽量采用较大的曲线半径，以提高列车运行时的舒适性及减少对轨道的磨损；
b、尽量采用地面道路路中的方案使线路通过，避免过于贴近红线而造成对既有建筑物的影响；
c、合理选择线间距，对于部分困难路段采用适当增大或减小线间距的办法以降低工程实施难度及减少工程量；
e、在允许的条件下，区间纵断面尽量采用节能坡，以满足节能的需要；
f、考虑纵坡折减等因素，区间最大纵坡采用28‰，小于规范的极限值；
g、在可能的前提下，尽量减少埋深，尤其是明挖区间，以减少工程量；
h、当无法采用节能坡时，尽量选择较小的坡度值，以避免过大坡度造成车辆运行能耗增加。
基于以上原则，线路做如下调整：
江厦桥东站：车站南侧距离既有建筑较近，同时考虑道路南侧管线迁改空间，车站站位适当北移。
彩虹北路站：结合站后区间和车站主体避开地下DN500的污水管线以及考虑到车站东侧江东规划分局建筑物的影响，车站站位适当北移。
同时对区间线路进行优化：
天一广场站～江厦桥东站区间：线路从江厦桥南侧通过，过江后下穿宁波国际银行（砼10层）。为使线路不过多穿过建筑物桩基，同时在江西侧不影响东门邮政支局（砼9层），通过调整线间距、左右线不平行等方法，使线路避开江厦桥桥桩、江厦桥防撞墩桩基，同时最小程度影响宁波国际银行桩基。本区间右线最小平曲线半径为350m。
彩虹北路站～樱花公园站区间：本区间主要控制点为江东规划分局（混4层，桩基）及中山东路后塘河桥。结合彩虹北路站站位调整，本区间左线从江东规划分局与其北侧建筑物（混6层）之间穿过，不影响两建筑物桩基，通过后设置半径400m平曲线右转，与樱花公园站左线相接。同样为避开规划局建筑桩基，右JD33曲线半径由450m增大到700m。
线路优化成果如下图：
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多方案的车站、线路方案比较
天一广场站为地下三层车站，江厦桥东站为地下二层车站，且线路从江厦桥南侧下穿奉化江，根据河床冲刷线高程（-11m）且区间盾构顶覆土厚度不小于5m的要求，对区间高程进行控制。从天一广场站出来后采用28‰下坡（坡长204m），在控制区间最大埋深的前提下采用17.52‰上坡（坡长164m），最后采用28‰上坡（坡长250m）接至江厦桥东站。
江厦桥东站与彩虹北路站车站中心轨面高程相差仅0.14m，两站基本持平。因此在该区间内设置节能坡。同时考虑为使区间埋深不致过大，区间最大纵坡采用17.72‰上坡（坡长290m），江厦桥东站前坡度采用15‰（坡长340m）。
樱花公园站站前设置单渡线，因此配线范围内纵坡坡度采用与车站同坡（2‰）。因区间最低点需设置横通道，而其位置需避开规划局建筑范围，同时考虑到区间埋深不致过深，所以彩虹北路站出站后采用3‰下坡（坡长170m），然后设置8.74‰上坡（坡长260m）接至樱花公园站坡度。
同时依据规范要求，竖曲线之间夹直线应不小于50m。因奉化江处坡差较大（45.52‰）、坡长较短（204m、164m），故该变坡点处（K11+486）设置竖曲线半径为3000m。
最终，线路从江厦桥南侧穿过奉化江，充分利用桥南侧冲刷较浅的有利条件，适当抬升了车站高度。同时保证最低点设置在江岸处。结合车站高程，合理控制车站埋深，有效地使用节能坡，减少了行车过程中的能耗。灵活利用竖曲线半径，保证竖曲线间夹直线长度满足规范要求。
同时，我们还根据线路穿越奉化江这段的地势特点，结合隧道在江底处埋深的情况，对天一广场站和江厦桥东站的不同的车站组合形式进行了对比分析，车站组合形式如下图：
方案一：“2+3+2”
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优点：江厦桥东站两层，规模小，投资省；
缺点：天一广场站站位东移至天一广场东北角，偏离主客流方向；车站三层，使用功能较差；三站综合投资较大。
方案二：“ 2+2+3 ”
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优点：Ⅳ标段车站和区间规模小；天一广场站站位与招标一致，站位合理，吸引客流好；商业开发面积适中（约1.0万平方）；三站综合投资最省。
缺点：对本站形成制约，需做成三层站。
最终通过综合比较，选择江厦桥东站地下两层，天一广场站三层方案做为设计方案。
2.2建筑方案的设计
从控制性因素中我们还看得出，沿线密集的建筑、复杂的地下管线，对车站建筑方案选择的影响最大，也是控制车站方案能否实施的重要因素。还是以本标段的江厦桥东站的车站建筑方案为例。
江厦桥东站在中山东路下，鄞州人民医院前，跨大河巷设置，沿中山东路东西向布置。中山东路是该市的主要交通干道，在老城区内，现状道路比较窄，且交通繁忙，邻街建筑多在规划道路红线以内，周边客流较多，商业发达。根据现场踏勘和本次招标提供的管线资料，中山东路的管线主要有给水管、排水管、电信光纤、燃气管等，其中对车站有影响的主要控制性的管线为道路南侧的埋深3米的DN300的污水管和道路北侧的埋深3.12米的DN1200的雨水管。由于道路现状，以及规划的实施目前没办法落实，因此车站的埋深根据管线情况适度调整控制在3.3米，这样的埋深还是经济合理的。
在平面布置中，我们根据规划资料，站位南侧远期为下沉商业步道系统，同时结合现状对车站的站位出入口、风亭地面部分的位置进行适当的调整，做到不因地铁建设而对城市产生较大的影响，能不拆迁则不拆迁，本站的拆迁面积仅有190余平方米，从而降低工程造价；同时又结合远期周边地块的规划情况，在道路南侧利用鄞州人民医院空地，设置两个出入口、两组风亭，并且在车站的南侧墙体预留暗梁暗柱结构体系，预留与远期规划结合的改造条件，使地铁车站能够在近期正常使用，在远期能够与规划有机的衔接。
车站在北侧设置两个出入口，均设置在规划道路红线以外，不影响道路交通的建设，同时也预留与远期规划建筑的连通条件。（如下图）
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近期总平面布置图
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远期总平面布置图
2.3结构方案的选择
根据该市的地质条件，本站所处地层属滨海淤积型平原，由于堆积年代及固结条件不同，性质不一，竖向由松散至中密状态变化，工程地质条件较差。
水文地质条件：与工程相关的主要为场地浅部地下水，其属孔隙潜水，含水层介质为淤泥质土和粉质粘土，主要接受大气降水等入渗补给，水位随季节变幅较大，因其渗透性差，富水性差，故水量较贫乏。潜水位埋深一般0.2～2.3m。场地内地下水对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋一般无腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。另据《X市工程地质图说明书》，平原区有泥炭分布区潜水中SO42-含量大于1000毫克／升，具有结晶性侵蚀。属不良水文地质情况。
主体结构方案选择
车站有效站台中心里程为K12+008，总长度168.7m，站台长度120m，站台宽度10m，车站标准段为单柱双跨二层矩形框架结构，横向净宽度为17.3米，单跨净跨距8.65米。东、两端各设一组风亭，同时结合两端区间工程筹划，车站东端设盾构始发和吊出井。车站西端为盾构调头。车站考虑区间过奉化江覆土厚度以及站位处管线影响，综合以上因数，顶板覆土厚度为3.3m。考虑远期与规划设置在其车站南侧的下沉式广场的接驳，在站厅侧墙中预留暗梁暗柱，便于远期结构打开与下沉式广场结合。根据站址周围地形、地貌、地面交通情况、地质条件，本站采用半盖挖顺做法施工。
围护结构方案比选
基坑的围护结构主要承受基坑卸载所产生的土压力和水压力并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时措施。根据场地工程地质及水文地质条件、基坑周边环境情况、开挖深度、施工方法、工期、工程造价以及地区常用的支护结构型式作综合的技术经济比较后选用，达到技术先进、安全可靠、经济合理、施工便捷、环保文明施工等要求。
根据国内多个城市修建地铁车站采用的围护结构型式，并结合该本地区以及本站区域水文地质条件、周边边界条件等具体特点，经过分析、比较，本站可采用的围护结构型式分为放坡开挖、水泥土重力式挡土墙、型钢水泥土挡墙（SMW工法）、钻孔灌注桩+止水帷幕、钻孔咬合桩、地下连续墙等几种结构形式。
由于本站主体结构基坑深度标准段为16.71米，两端盾构工作井基坑深18.31米。而放坡开挖、水泥土墙及型钢水泥土墙（SMW工法）仅适用于较浅的基坑，放坡开挖更需要开阔的场地，对本站主体结构基坑均不适用。故车站围护结构主要在钻孔灌注桩+止水围幕、钻孔咬合桩及地下连续墙间进行比较。
本站周围楼房林立且距基坑距离很近，地面以下地层主要为填土、淤泥质粉质粘土及淤泥质粘土，而淤泥质粉质粘土及淤泥质粘土当土体原有应力状态发生变化后，墙后土体势必向基坑方向发生位移，而且变形历时较长，若采用人工挖孔桩必须进行人工降水，考虑车站周围建筑安全及施工人员安全，不适宜选用此种工法。连续墙、钻孔桩（止水帷幕止水或桩间咬合止水）都有着成熟的技术和经验，钻孔桩的造价较连续墙要低，但考虑到本站的地质情况和基坑深度，钻孔桩的桩间止水不易保证，咬合桩对竖向垂直度要求较高，施工不到位容易产生漏水涌泥的问题，而连续墙+工字钢接头从防涌水涌泥、控制基坑变形、保护基坑周边建筑物等方面均较钻孔桩有利。因此，围护结构采用连续墙+内支撑的支护体系，连续墙厚度取0.8m，同时考虑到基坑周遍建筑物密集、地下管线很多，为有效控制基坑变形，基坑内支撑采用钢筋砼支撑与钢管支撑结合使用，第一道支撑采用钢筋砼支撑，其余支撑采用φ609、t=16的钢管支撑，接头为工字钢接头。对于出入口结构，基坑深度为8米，基围护结构采用型钢劲性水泥土挡墙（SMW工法）+钢管内支撑。
3 结论和建议
综上所述，地铁方案设计中的控制性因素多种多样，影响的范围也比较广，比如本次设计中地表河流、地面建筑的深基础对线路埋深、线路选择、区间形式、区间工法等的影响；站址范围内的地上、地下的建筑物、地下管线、地面交通状况等对车站建筑方案的的影响；水文条件、地质状况对结构方案选择的制约等等。这些制约因素，有的影响工程造价，有的影响工程施工安全，有的影响使用功能；虽然对方案设计有种种控制与影响，但是只要我们对这些控制性因素进行分析归纳，就可以有的放矢的解决这些问题，因地制宜地设计出安全可靠，经济合理，切实可行，高效环保的地铁方案。
本文中仅列举了部分专业在方案设计中的操作，在实际工作中，设备专业的制式选择、功能布局、设备选型等等对方案优化也是有一定制约的，因此全专业参与方案设计才能做出更优秀的方案。
同时建议在工作中，提炼归纳一套---方案设计工作指导书，便于设计者更快掌握方案设计方法，提高工作效率。
论文作者:李龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：车站论文; 区间论文; 基坑论文; 方案论文; 线路论文; 站位论文; 地下论文; 《基层建设》2019年第30期论文;