平原地区地铁车辆基地场坪高程的确定

刘志雄

(中国铁路设计集团有限公司,天津 300251)

1 概述

随着我国城镇化快速发展，城市开发强度高，大量硬质铺装，改变了自然生态本底和水文特征。城市每逢遭遇高强度降雨时，大量降水在短时间内形成地表径流，大大增加了城市排水压力，经常出现“城内看海”现象，“逢暴雨必涝”已成为中国城市的真实写照。

车辆基地包括车辆段(停车场)、综合维修中心、物资总库和培训中心以及必要的生产、生活、办公等配套设施，是地铁正常运营所必需的设备和设施[1]。合理确定车辆基地场坪高程不仅关系到车辆基地设施安全及周边市政的良好衔接，同时也是车辆基地设计的重要依据，直接决定了工程的合理性和投资大小，设计中必须高度重视[2]。

2 平原地区车辆基地场坪高程确定的影响因素

平原地区地势平坦，地面高程变化小，河道的水位较高，导致平原地区淹水内涝频繁。地铁车辆基地场坪高程的确定应综合考虑防洪排涝、线路设计、市政道路衔接、排水设计、工程投资等因素。

2.1 防洪排涝要求

(1)车辆基地站场线路路肩高程应根据基地附近内涝水位高程设计。

(2)沿海或江河附近地区车辆基地的车场线路路肩设计高程不应小于1/100洪水频率标准的潮水位、波浪爬高值和安全高之和[1]。

(3)路基是地铁工程的重要组成部分，直接承受轨道和车辆荷载。路基工程作为土工结构物，必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。路基路肩高程应高出线路通过地段的最高地下水位和最高地面积水水位，并应加毛细水强烈上升高度和有害冻胀深度或蒸发强烈影响深度，再加0.5 m[3，13，15]。

2.2 线路设计要求

车场内的库线宜设在平坡道上，咽喉区道岔坡度不宜大于3.0‰。车辆段、停车场通过出入线与正线连接，是从地下正线过渡到地面上的连接线，应保证列车进入正线或由正线收车时安全、可靠、迅速，且运行合理、经济。出入线的最大坡度宜采用40‰(不计各种坡度折减值)。地铁车辆基地一般位于城市外围，地形情况复杂，应靠近正线并具备良好的接轨条件，受段场接轨站以及出、入段线长度的限制，应控制车场线的轨面高程[4，14]。

2.3 市政道路衔接要求

车辆基地选址应与城市总体规划协调一致，车辆基地周边应有利于与城市道路连接，有利于城市电力、通信及各种管道的引入，并有良好排水条件[5]。为防止周边雨水汇入车辆基地，一般情况车辆基地场坪高程应高于周边市政道路。因此，市政道路高程对车辆基地场坪高程影响重大。

2.4 排水设计要求

车辆基地需做好排水设计，确保排水通畅，避免站场路基被雨水浸泡而引起基床翻浆冒泥等病害。站场路基排水系统一般采用重力自流排水方式，有条件时应排入城市管网排水系统或附近河沟。

2.5 工程投资要求

车辆基地场坪高程直接决定着土石方以及挡墙的工程数量[6]，过高(填方)或者过低(挖方)都将明显增加工程投资。因此，车辆基地场坪高程的设计应充分考虑土石方调配情况，以降低工程造价。

2.6 重要参照

车辆基地场坪高程的设计需考虑周边地块高程情况，应美观协调[6]。同区域内其他地铁线路车辆基地的场坪高程、附近铁路场站或专用线编组站的场坪高程、附近公路桥涵高程等及其确定依据，可作为场坪高程设计的重要参考依据。

3 石家庄市北乐乡车辆基地场坪高程设计

以石家庄市轨道交通3号线二期工程北乐乡车辆基地场坪高程的设计为例，分析研究平原地区地铁车辆基地场坪高程的确定。

3.1 车辆基地选址概况[7]

北乐乡车辆基地位于石家庄市东三环附近，车辆段呈南北向长条形布置，地块南北长约1 250 m，宽154～407 m，为滹沱河冲洪积形成，经过多年的人工整治和城市建设，地表已被建筑物、耕地等覆盖，无明显的冲洪积扇地形特征，地势平坦，现状地面高程平均为59.5 m。见图1。

图1 北乐乡车辆基地地理位置示意

3.2 防洪排涝要求

车辆基地周边水系有滹沱河、环城水系和汪洋沟等。滹沱河位于石家庄市区北部，河道南侧的石黄高速为主城区的防洪堤，防洪能力达200年一遇。北乐乡车辆基地位于石黄高速公路防洪大堤以南6 km，场坪高程的确定应重点考虑排涝要求；环城水系为车辆基地西侧的退水明渠，断面宽度20～30 m，最大深度4.5 m；车辆基地东侧汪洋沟的断面宽度为15～28 m，最大深度6.0 m，汪洋沟为区域主要排涝渠道。北乐乡车辆基地周边水系分布见图2。

图2 北乐乡车辆基地周边水系分布示意

城市内涝数值模型严重地依赖地区的地理特征和排水系统信息[8]。结合气象水文资料、车辆基地周边水系以及现场走访调查，确定暴雨积水深度，作为场坪高程设计参照依据[10]。

自1919年至2011年，经验频率值为25%时年降雨量为595.9 mm，经验频率值为50%时年降雨量为492 mm，经验频率值为75%时年降雨量为399.4 mm。在1919年至2011年降雨中，年降雨量大于1 000 mm的极端降雨出现的年份分别是1932年、1963年、1996年，即大致每30年即会出现一次极端降雨，且在极端降雨的第二年或者第三年即会出现年降雨小于年平均降雨的枯水年[7]。石家庄地区历年年降水量统计如图3所示。

图3 石家庄地区历年年降水量统计[7]

根据日暴雨观测数据，推算城市区域内涝水位[8]。

假定：(1)雨涝同频；(2)不考虑内涝水外排；(3)汛期土壤湿润满蓄，不考虑下渗损失；(4)不考虑外河洪水，仅考虑本地降雨致涝，则最高内涝水位即可简化为简单的线性叠加，采用下式计算

(1)

根据北乐乡车辆基地附近岗上水文观测站相关观测数据，1972～2015年间，日最大降雨量发生在1996年，达到149.7 mm。见图4。

图4 车辆基地附近岗上水文观测站日暴雨观测记录数据统计

根据式(1)估算北乐乡车辆基地区域最大积水深度0.1497×3/1=0.4491 m，区域内涝水位为59.9491 m≈60.0 m。

ZP=59.5+0.1497×3/1=59.9491 mm

通过现场走访调查，北乐乡车辆基地区域历史最高积水深约0.5 m，与计算结果基本吻合。

3.3 线路设计要求

北乐乡车辆基地的接轨站北乐乡站为地下一层岛式车站，站中心高程为49.495 m；车辆段出入线长约950 m，最大坡率为30‰，同时满足信号转换时车辆临时停车的缓坡设置要求。北乐乡车辆基地出入线平、纵断面见图5。

图5 北乐乡车辆基地出入线平、纵断面[9]

北乐乡车辆基地与正线接轨条件良好，出入段长度适宜，线路设计条件不是场坪高程确定的控制因素。

3.4 市政道路衔接要求(图6)

北乐乡车辆基地周边有东三环路、信工路和东乐街。其中，东三环路为现状道路、信工路正在实施，东乐街为规划道路。

(1)东三环路

东三环路路基和大中桥及涵洞设计洪水位频率1/100。北乐乡车辆基地附近东三环路(K69+500～K70+500)路面设计高程60.068～58.928 m。

(2)信工路

信工路规划路面高程59.20～59.48 m，现状地面高程58.4～59.15 m，道路规划高程呈西高东底。

(3)东乐街

东乐街规划路面高程58.8～59.2 m，现状地面高程58.4～58.86 m，道路规划高程呈北高南低。

图6 北乐乡车辆基地周边市政道路规划

东三环路为快速路，车辆基地主、次出入口分别接信工路和东乐街，按照市政道路衔接要求，车辆基地场坪高程宜大于59.48 m。

3.5 排水设计要求(图7)

北乐乡车辆基地附近区域雨水排水规划中，沿信工路东西向敷设4.2 m×1.8 m的钢筋混凝土雨水方沟，沟底高程55.617～55.269 m，呈西高东底。沿东乐街南北向敷设内径1.25 m的排水管，由南向北向汇入信工路的排水干管。

图7 北乐乡车辆基地周边道路雨水排水规划

规划雨水管网的排水量已经考虑了北乐乡车辆基地区域，合理设置场坪高程，实现站场路基排水系统顺利接入市政排水管网。

3.6 重要参照

(1)石家庄地铁1号线西兆通车辆基地场坪高程设置[11](图8)

西兆通车辆基地位于石家庄市西兆通镇的东兆通村以北，规划天山大街以东，秦岭大街以西，天河路以北，既有石黄高速公路以南地块，现状地面高程66.15～67.48 m。综合考虑市政道路高程、出入线坡度要求以及场区土方工程数量等因素，确定场坪高程为67.50 m。

图8 石家庄地铁1号线西兆通车辆基地平面

(2)既有铁路设施

距离北乐乡车辆基地最近距离约400 m处的石家庄炼油厂铁路专用线邱头镇编组站，路肩高程为58.80 m，地面高程58.40 m，路肩高程高于地面约0.4 m。现场走访调查反映，历史上曾发生编组站内涝水淹情况。

3.7 车辆基地场坪高程的确定

通过以上分析，对北乐乡车辆基地场坪高程研究了3个方案。

(1)方案一：现状地面平均高程值59.5 m+区域内涝积水深度0.5 m+安全值0.5 m=计算内涝水位60.0 m+安全值0.5 m=60.5 m，场坪高程定为60.5 m，轨面高程为61.15 m；该方案车辆基地场坪高程比周边规划道路高约1.2 m，与东三环辅路路基段高程基本一致。满足规范要求，安全值取0.5 m，填土方量约43万m3。

(2)方案二：现状地面平均高程值59.5 m+区域内涝积水深度0.5 m=计算内涝水位60.0 m，场坪高程定为60.0 m，轨面高程为60.65 m；该方案车辆基地场坪高程比周边规划道路高约0.7 m，与东三环辅路路基段低0.5 m左右。本方案为了尽量减少土方，未考虑安全值，填土方量约26万m3。

(3)方案三：现状地面平均高程值59.5 m+区域内涝积水深度0.5 m+波浪及雍水高0.5+安全值0.5 m=61.0 m，场坪高程定位61.0 m，轨面高程为61.65 m；该方案车辆基地场坪高程比周边规划道路高约1.7 m，比东三环辅路路基段高约0.5 m。本方案填土方量约60万m3。

综合考虑现状地面高程、周边市政道路高程、既有东三环路基段高程、积水位、安全值等多方面因素，推荐方案一，北乐乡车辆基地场坪高程为60.5 m，轨面高程为61.15 m。

4 结语

近年来极端气候频现，城市内涝严重，地铁车辆基地场坪高程关系到工程投资的经济合理性和基础设施的安全性，综合考虑区域用地规划、市政道路衔接、城市防洪排涝要求、正线接轨线路设计要求、排水设计等影响因素，通过数学模型理论计算区域内涝水位，结合现场走访调查情况，同时参照重要案例，最终经方案比较后确定了车辆基地场坪高程。

[1] 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.

[2] 刘成文.城市轨道交通车辆基地场坪高程的确定[J].城市轨道交通研究，2012(3)：24-26.

[3] 中华人民共和国铁道部.TB10001—2005 铁路路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[4] 兰淑桂.地铁车辆段站场设计有关问题的解决方法[J].铁道工程学报，2010(6)：119-122.

[5] 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：中国建筑工业出版社，2008.

[6] 王栋，郭荣林.地铁车辆段场坪高度的研究[J].铁道工程学报，2012(12)：99-103.

[7] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.石家庄市城市轨道交通3号线二期工程北乐乡车辆段场坪高程论证报告[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2016.

[8] 潘晓春，王晓惠.平原地区常年与五年一遇最高内涝水位的确定[J].电力勘测设计，2015(4)：23-27.

[9] 铁道第三勘察设计院集团有限公司.石家庄市城市轨道交通3号线二期工程可行性研究报告[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2016.

[10] 李春剑，任磊，崔天麟.郑东车辆段站场若干问题的设计原则及方案优化[J].铁道标准设计，2014(5)：137-140.

[11] 北京城建设计发展集团股份有限公司.石家庄市城市轨道交通1号线一期工程可行性研究报告[R].北京：北京城建设计发展集团股份有限公司，2012.

[12] 高华.轨道交通车辆段站场设计部分细节探讨[J].铁道勘察，2015(3)：99-100.

[13] 孟凡铁，杨斌，欧阳全裕.地铁市郊地面线路路基设计[J].铁道标准设计，2010(12)：23-24.

[14] 汤礼鹏.乌鲁木齐地铁2号线哈马山车辆基地方案研究[J].铁道标准设计，2017(7)：174-177.

[15] 王应铭.新建铁路区间路基路肩高程[J].铁道标准设计，2006(3)：15-18.