北京地鐵八通線工程設計綜述

趙 斌（北京地鐵京通發展有限責任公司）
軌道交通是解決大城市交通擁堵的重要途徑。為迎接2008年奧運會，北京于2008年前要實現約300km的軌道交通線路。在城區，由于環境的制約和城市景觀的要求，線路一般設于地下，比如北京地鐵1號線和2號線，包括正在建設的地鐵5號線的大部分工程。但地下線耗資巨大（1km投資約5～7億元人民幣），并且施工難度大，周期長。隨著北京城市格局的調整，邊緣集團和衛星城鎮的形成，地面軌道交通將成為城區與郊區的聯系紐帶，這些軌道交通線路稱為城市鐵路或市郊線路。八通線屬于市郊線路，市郊線路的建設有其內在的規律性，它穿梭于城市和郊區之間，其設計標準、環境保護、施工方法、安全措施等方面都有其特殊的要求。隨著北京軌道交通的大發展，對已建項目不斷進行總結，無疑會對新建線路有參考和借鑒作用。本文對八通線土建設計中的主要問題做初步的回顧和評述，希望對類似工程能有所借鑒。
一、 工程概況
北京地鐵八通線（八王墳至通州）是北京地鐵路網規劃1號線的東段，途經朝陽和通州兩區，起點為位于朝陽區內地鐵復八線的四惠站，終點為通州區的土橋站，線路全長18.964km，其中1.744km的線路是利用原復八線的一段，新建線路長17.22km，全線共設置13座車站，其中包括9座高架站，4座地面站。線路最大站間距是定福莊至雙橋站為2001.95m，最小站間距是體育場至土橋站為776m，平均站間距為1498.4m。線路考慮全封閉。在線路終點土橋設車輛段和綜合維修基地，占地23.98hm2，總建筑面積約89602m2；在已運營的四惠站上設全線指揮中心，總建筑面積18225m2。
八通線初期預測高峰小時最大客流量為14068人，近期（2010年）為20695人。屬中等運量的系統。初期按4節編組，3min間隔，配車24列，車輛電氣傳動采用VVVF傳動方式，直流750V 供電；車頂安裝空調系統，車頂至軌頂面的高度為3.51m。八通線總投資34億元人民幣，其中土建工程費6.8億元人民幣，設備工程費11.4億元人民幣。
二、土建工程主要設計內容
1、 線路路由
八通線路由在四惠東站以東下穿京包鐵路后向東逐漸抬高，在華潤飯店西側的加油站南面斜跨京通快速路上行線，而后進入京通快速路南北主路之間的20m隔離帶內，一直往東，隨京通快速路的起伏而起伏。線路經八里橋收費站后跨京承鐵路到達北苑環島。在可研階段，起初是沿新華大街往東，由于拆遷困難，改為沿運河大街。而后綜合考慮通州區的發展規劃，最后改為現在的沿京津公路西（南）側的方案。線路經北苑環島西南側，沿京津公路西（南）側經果園站、九棵樹站、梨園站、體育場站，最后到達土橋站。
2、 線路主要技術指標
八通線正線設計為雙線，列車最高行車速度：80km/h 正線平面曲線最小曲線半徑R=300m，線間距有3.8m（正線）、4.2m及5.0m三種類型。線路正線最大縱坡23.5‰（上跨京通快速路起點），其余地段均不超過18‰，車站縱坡均不大于3‰。高架橋采用短枕式整體道床結構；地面線一般采用混凝土枕碎石道床，局部地段采用短枕式整體道床結構。
鋼軌正線采用60kg/m鋼軌，鋪設溫度應力式無縫線路；車場線采用50kg/m鋼軌。道岔采用專為地鐵設計的60kg/m鋼軌9#單開道岔，轉轍器采用60AT直線型尖軌、采用高錳鋼整鑄式轍叉，可調H型護軌。渡線采用專為地鐵設計的60kg/m鋼軌9#道岔5m交叉渡線。交叉渡線的4個轉轍器及9#錳鋼轍叉均與單開道岔的相同。
3、 地面車站設計
地面車站的設計首先要保證地鐵運營的安全，同時要配備足夠的功能房間，管理要方便，并且要減少對工作人員的影響。
八通線沿線工程地質全部為第四紀地層，巖性基本為黏性土，僅局部有砂卵石存在，屬中軟土。整個區域為Ⅲ類建筑場地。為便于車站房間靈活布置，結構選為框架結構，按抗震烈度8度設防，設計為2級框架，充分考慮框架的本身的疲勞延性。
車站的基礎形式綜合考慮工程地質情況和功能要求等因素，四惠和四惠東站地面站采用筏板基礎，定福莊車站采用獨立擴大基礎，土橋站由于地質條件較差，基礎采用了 CFG樁復合地基的形式。高架車站采用鋼筋混凝土灌注樁基礎。
除四惠和四惠東站采用了島式站臺外，其余車站均為側式站臺。車站平均建筑面積約5600m2；車站出入口采用地下通道和天橋兩種形式。車站內部設自動扶梯和電梯，出入口設置10%殘疾人坡道和0.5m寬的自行車坡道，以滿足無障礙設計的要求。
車站的外立面造型力求反映現代交通建筑的特點，與周圍環境相協調，兼顧美觀效果，以最大限度吸引客流。頂棚采用鋼架加彩色鋼板。內部采用鋁質板吊頂。內外裝修標準為1000元/m2。
三、工程設計的重點和難點
八通線以高架橋梁為主。高架線長度11.053km（含9個高架車站，總長1.364km）, 地面線長度6.167km。
橋梁設計質量直接關系到整個工程的安全、投資和質量。因此，橋梁設計是工程設計的重點。在初步設計階段進行了1：1實體梁的試驗研究。為此，設立了“北京地鐵八通線工程25m預應力混凝土梁試驗研究”科研項目。研究中所用材料、混凝土配合比、施工過程、加載齡期等與實際施工狀態基本一致。項目組研究了工型梁的使用性能、受力狀態、開裂及破壞狀態，對梁的設計抗裂安全系數和強度安全系數進行了驗證，研究了混凝土疊合梁的預應力長期損失及徐變上拱隨時間發展的規律，同時優化了部分設計參數。提出了梁的施工及驗收標準。研究認為：工型組合梁是城市軌道交通較好的斷面形式。為了實現標準化，提高工程質量的目標，全線橋梁設計成以25m預制鋼筋混凝土梁為主。梁體為工廠預制；橋面板為現澆以便于整體道床預埋鋼筋鉤的準確定位。
八通線跨越京通快速路輔路、通惠河、京承鐵路、京秦鐵路以及13處現況和規劃道路。這些特殊節點的設計是橋梁設計的難點所在。跨越京承鐵路、京秦鐵路、京通快速路輔路等節點設計為鋼橋。跨越鐵路時，為保證與既有運營國鐵線路的安全距離，橋跨最大設計為50m，建筑高度為2.5m。在跨京通快速路輔路時由于地理位置的限制，基礎設計為門式框架墩，對橋梁基礎進行了優化處理。線路上其他節點設計成現澆預應力箱型梁。
四、地上線軌道交通設計中應當重視的幾個問題
（1） 平交與立交：線路是走地面還是高架，要經過充分的經濟技術論證。八通線高架線路土建每公里造價約4千萬元人民幣，地面線路基（土建）工程每公里造價約430萬元人民幣。對于像八通線這樣的市郊鐵路，原則上應該盡量走地面線，以節省投資。但由于經過的既有道路或規劃道路屬城市主干道，則應當高架起來，并且須滿足橋下凈空的要求。對于預測客流量較大的區域，采取立交形式可以提高列車行駛速度，管理比較方便。
（2） 減振降噪的措施。高架線上的噪聲是軌道交通發展中帶來的重要問題。處理得好與壞直接關系到軌道交通是否能實現可持續發展。這項工作應該在城市總體規劃和軌道交通路網規劃中就開始考慮。在設計中采取一些必要的技術措施來減少列車行駛產生的噪聲對周圍的影響。八通線工程采取的主要措施有：在軌道結構方面，車站采用了德國隔爾固公司的科隆蛋減振扣件。全線使用了溫度應力式無縫鋼軌，一次鋪設。在線路沿線噪聲敏感地帶，加設了隔聲屏障，使之達到城市區域4類噪聲標準的要求。
（3） 橋梁形式。合理的橋梁斷面設計，一方面可以節省資金，提高施工質量，另一方面可以達到減振的效果。研究表明，工型梁的自身震蕩的頻率高，不易與基礎和地基產生共鳴，對震動的影響較小。實際上，橋梁斷面形式以及其他設計參數的選擇要綜合考慮列車行駛速度、軌道結構、地基性能等因素。
（4） 車站橋的設計。八通線車站內的橋梁結構與車站結構是連為一體的，它的特點是施工方便，橋下房間容易布置。但是，這兩個結構連為一體，列車行駛產生的應力波會直接傳播到兩側站臺板下，對工作人員的影響似乎要大。橋梁與車站結構分開設計，中間設計成隔震墊塊，應力波的傳播會受到阻隔，這樣隔震效果要好。具體情況如何，還要在實踐中收集測試數據進行分析研究。
（5） 結構防迷流設計。高架橋上整體道床鋼軌對地的絕緣電阻較低，在暴雨時由于水膜的影響電阻會更低，比之隧道內的情況更為不利。因此，高架橋結構的防迷流設計尤其重要。除了采用高絕緣的扣件外，有的工程在鋼軌和基礎間設置絕緣性能良好的聚合物砂漿層。香港地鐵采用了排流措施，把基礎的鋼筋焊接，引導迷流流回變電所。
（6） 高架橋梁的橋面防水設計。提高防水設計質量是保證高架橋結構使用壽命和保證安全、減少日常維修量的重要方面。目前，工程人員都認為高架橋面不宜做卷材防水，而是用881—Ⅰ型聚氨酯防水涂料。橋面設5‰的坡度。但是，這種工藝很難保證承軌臺與防水涂料的緊密咬合，一段時間后，一旦出現縫隙，水就會進入結構，從而腐蝕鋼筋，縮短結構壽命。因此，高架橋面的防水技術須進一步研究。