城市中心区地铁联络线规划设计方案优化研究——以广州地铁11、13号线天河公园换乘站联络线为例

马斌军

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

1 概述

地铁以其安全、准时、舒适、方便、快捷、环保、运量大、人均耗能少等优势被各大城市作为提高城市公共交通的服务能力、缓解交通压力、引导城市发展的主要方式[1]。城市中心区作为城市功能和社会基础设施最为集中的地区，道路条件受限，沿线建构筑物多，土地资源稀缺，兼顾工程设计施工条件，导致地铁线站位方案发挥空间不大，特别是设计有配线和联络线并夹杂有部分线路正在施工的非常复杂的换乘站。鉴于此，在保证线路技术条件和车站功能、满足运营管理要求及兼顾施工条件及要求等的基础上，对城市中心区联络线的规划和设计提出了新的要求和挑战。

总体上讲，国内外关于联络线的设置研究很多，但主要集中于联络线施工方案方面的研究，包括施工力学分析和施工管理，如地铁联络线开挖围护结构变形及监测方法[2]和联络线施工噪声[3]和扬尘[4]分析。对联络线规划设计的研究仅仅局限于线网规划的选择层面[5-8]，联络线的详细设计不太受重视。以广州11/13号线天河公园站的联络线为例进行详细分析。

2 天河公园站位及联络线线位概况

2.1 天河公园站位概况(图1、图2)

天河公园站位于黄埔大道与天府路交汇十字路口东北侧的天河公园内，为13号线、11号线、21号线的三线换乘站。其中11号线与21号线双岛四线的方式平行换乘，两站沿南北方向设置在天府路东侧，13号线车站与上述车站的L形节点换乘[9]。

站位南侧为员村新村和广州第四十四中学，站位西侧为天河区人民政府，站位北侧和东侧均为天河公园。黄埔大道道路红线宽度为60 m，天府路道路红线宽度为26 m，目前已经基本实现规划，现状交通较为繁忙。车站周边规划主要为绿地、住宅、商业等[10]。

图1 天河公园站址规划条件

图2 天河公园站址现状条件

11/13号线联络线位于天河公园站东北象限并下穿公园景观湖，11/21号线的渡线设置于站北且11/21号线天河公园站及车站北侧区间正在施工，13号线天河公园站后存车线设置于站东北侧并大部分位于公园湖面范围，且天河公园站土建部分已开始施工。

2.2 联络线线位合理性论证

联络线线位再论证是指对线网规划[11-13]中联络线线位选择的合理性进行论证。对于本工程，联络线可选择的共有4个方案，包括：车站的东北象限方案、西北象限方案、西南象限方案和东南象限方案。

方案1：车站的东北象限方案，该方案下穿天河公园景观湖及其游乐设施，联络线设置拆迁量小，成本低，且行车组织运行顺畅，但下穿景观湖，对景观有些影响。

方案2：车站的西北象限方案，该地块规划为住宅，现状基本实现规划，设置联络线拆迁量大，施工等对居民生活影响较大，且需天河区政府改迁，联络线规模(长度)较大，成本高，行车组织不顺，对天河公园影响较小。

方案3：车站的西南象限方案，该地块规划为住宅，现状基本实现规划，设置联络线拆迁量大，施工等对居民生活影响较大，成本高，行车组织不顺。

方案4：车站的东南象限方案，该地块规划为公园和住宅，现状基本实现规划，联络线规模(长度)大，拆迁量较大，成本高，并对天河公园有一定的影响，行车组织不顺。

经过上述分析，从工程可实施性和行车组织角度，原规划天河公园站联络线设于车站的东北象限是合理的。

3 天河公园联络线优化设计研究

3.1 招标方案及存在问题

招标方案[14]平面曲线半径为180 m，缓和曲线长25 m，全长656.886 m，纵断面坡度34.019‰。一端岔心位于11号线里程为YCK6+728的右线处(以下称“岔心1”)，该岔心距其北端竖曲线接入点25 m左右，距南端夹直线端头95.4 m。另一端岔心位于13号线左线夹直线上(以下称“岔心2”)，距其北端存车线岔心距离36 m左右，距其南端曲线端头28.8 m。两道岔均采用9号道岔。见图3。

图3 联络线设置控制因素(底图来源：BIGMAP)

联络线施工工法主要有明挖法、矿山法和盾构法。由于该方案曲线半径较小，只能选择采用明挖法或矿山法施工。如图3所示，该方案下穿天河公园绿色植被及景观湖，若采用明挖施工，破坏植被、污染景观湖，对环境影响较大，若采用矿山法施工，穿湖段存在涌水涌砂风险，工程实施性较差。

鉴于此，优化联络线存在两个思路：(1)采用大半径曲线使之适应盾构法施工条件；(2)采用小半径曲线使联络线远离上方景观湖，使之降低矿山法涌水涌砂施工风险。

3.2 联络线优化条件分析

3.2.111/21、13号线及11/13号线联络线设计施工现状

(1) 11/21号线设计及施工现状

11/21号线天河公园站及车站北侧区间正在施工，联络线接岔部分前后设置了曲线半径为350 m和650 m的S形曲线，夹直线(AC)里程为“YDK6+632.569-YDK6+816.609”，长184.04 m，坡度为5‰。在该夹直线段北端，右线存在里程为“YDK6+753.006-YDK6+876.999”的竖曲线，竖曲线长123.993 m[14]。

(2)13号线设计及施工现状

13号线天河公园站土建部分已开始施工，“天河公园-棠下”区间受两个高层及过街天桥桥桩的影响，在联络线接岔部分前后设置了曲线半径为550 m和800 m的S形曲线绕避，夹直线(DF)长113 m，坡度为2‰[14]。

(3)主要控制因素

在上述工程条件下，本工程的主要控制因素为：联络线在11、13号线上的岔心位置受控于11、13号线的平面S形曲线，11号线纵断面的竖曲线，11、21号线天河公园站配线(单渡线)及13号线天河公园站配线(双存车线)。

①11号线平面S形曲线及竖曲线

11号线天河公园站及车站北侧区间正在施工，即其平面曲线和竖曲线无法在改。

②13号线平面S形曲线

13号线天河公园站土建工程正在施工，且天河公园东北侧区间受人行天桥及高层道的制约，该处线站位也无优化条件。

③11/21号线及13号线天河公园站配线

11/21号线及13号线天河公园站配线如图4所示，其中11/21号线之间设置单渡线实现车辆资源及大架修基地共享，13号线设置存车线实现线路的折返、故障停车及临时加车等功能。

图4 11/21及13号线天河公园站配线示意

3.2.2 优化限制条件

(1)实际限制条件

考虑到道岔的技术要求及施工要求，原方案的“岔心1”位置最多可再向北端移动3 m，向南移动73.4 m，“岔心2”位置最多可再向北端移动0 m，向南移动6.8 m。

(2)规范限制条件

联络线最小曲线半径为R=150 m[15]。

3.3 联络线设计方案优化

3.3.1 方案比选

经研究，联络线最大半径可调至200 m，即150～200 m半径范围均可行，且半径越大，工程规模(线路长度)、运营条件越好。如图5所示，曲线半径最小(即R=150 m)的联络线仍未远离景观湖，还存在涌水涌砂风险，并且其总长为667.991 m，大于原联络线方案的656.886 m。然而曲线半径为R=200 m的联络线总长为606.625 m，比原方案的联络线656.886 m短50.261 m，且由于广州地铁5号线杨箕站～动物园站区间正线隧道R=200 m，采用盾构法施工，且顺利完成，因此该方案具有盾构法施工的适应性。因此，推荐采用R=200 m的联络线方案。

图5 半径R=150 m、160 m、170 m、180 m、200 m的联络线方案平面示意

原联络线方案(R-180 m)纵断面见图6，R-200 m联络线方案纵断面见图7。天河公园联络线方案比选及结论见表1。

图6 原联络线方案(R-180 m)纵断面

图7 R-200 m联络线方案纵断面

表1 天河公园联络线方案比选

3.3.2 技术经济效益分析

推荐方案联络线曲线半径R=200 m，对盾构法施工具有较好的适应性，不仅降低了施工风险，缩短了工期，减小了对环境的影响，而且缩短了联络线的长度，优化了运营条件，有利于节能及减小轮轨磨耗。

4 结语

通过对广州地铁11、13号线天河公园换乘站联络线进行设计方案优化研究，认为在城市中心区地铁联络线规划设计应符合“规划-设计”的程序，为确保工程方案的经济、合理，每个阶段应重点考虑以下内容。

(1)规划阶段

①拆迁条件：房屋拆迁的数量、质量、使用性质、拆迁难易、拆迁费用等的比较，地下管线的拆迁难度及费用比较；施工时改移道路及绿化拆迁等方面的比较。

②行车组织：分析行车组织的要求及配线设置情况。

③对周围环境影响：联络线设计方案应尽可能减少对城市环境的影响，并减少施工时对周围居民生活的影响。

(2)设计阶段

①对周围环境影响：联络线设计方案应尽可能减少对城市环境的影响。

②线路(正线)条件：分析车站联络线设置象限内正线平面(平面曲线)、纵断面(竖曲线)及车站位置等技术条件。

③运营管理条件：分析车站联络线设置象限内是否邻接渡线、存车线等限制联络线设计的配线因素。

④施工工法：分析工程地质和水文地质资料、联络线规模大小及各种工法的施工风险，确定最合理的施工工法。

⑤工程规模：分析在特定的边界条件下各曲线半径的联络线的长度，尽量选取工程规模较小的设计方案。

综上可知，联络线的规划设计并不是由单一因素决定的，而是多种因素间相互博弈选取的最佳方案。除此之外，各影响因素间并不是孤立存在、相互对立的，而是相互影响、相辅相成的，如不同的施工工法在特定的条件下对环境的影响不同，线路条件及运营管理条件的限制对联络线规模的影响不同。

[1] 马斌军.基于线网发展状态的城市轨道交通应急设施布局优化模型研究[D].北京：北京交通大学，2016.

[2] 黄江华，张世华，王烨晟，等.地铁联络线开挖围护结构二次变形及监测方法研究[J].路基工程，2016(3)：130-134.

[3] 易中，袁承志.北京市轨道交通昌平线与北京地铁8号线联络线工程建筑施工噪声分析[J].建筑技术开发，2011(4)：73，86.

[4] 易中，袁承志.北京市轨道交通昌平线与北京地铁8号线联络线工程建筑施工扬尘分析[J].建筑技术开发，2011(3)：54-56.

[5] 潘琢.地铁联络线建设成本优化法的0-1规划模型[J].交通与运输，2011(1)：110-113.

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[9] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.广州市轨道交通十三号线首期工程延伸线(天河公园～鱼珠)天河公园站及站后折返线设计线路平纵断面资料[Z].西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2016.

[10] 广州市国土资源和规划委员会.广州市城市更新总体规划(2015～2020)[R].广州：广州市国土资源和规划委员会，2016.

[11] 广州地铁设计研究院有限公司.广州市轨道交通线网规划(2011～2040)[R].广州：广州地铁设计研究院有限公司，2011.

[12] 广州地铁设计研究院有限公司.广州市城市轨道交通近期建设规划(2012～2018)[R].广州：广州地铁设计研究院有限公司，2012.

[13] 广州地铁设计研究院有限公司.广州市城市轨道交通近期建设规划(2016～2022)[R].广州：广州地铁设计研究院有限公司，2016.

[14] 广州市地下铁道总公司.广州市轨道交通13号线首期工程延伸线(天河公园～鱼珠)天河公园站及站后折返线设计招标文件[Z].广州：广州市地下铁道总公司，2016.

[15] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检查检疫总局.地铁设计规范：GB 50157—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.