周宏昌

(1.陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院),西安 710043； 2.中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

引言

目前，我国大多数一线城市的轨道交通建设已逐步成网[1]，为城市的内部交流提供了极大便利。但由于这些大城市轨道交通建设起步较早，同时也出现了早期线网规划阶段与目前规划落实不相匹配的现状。为适应城市发展的现状，对线网规划做出了相应调整。

一方面，如后期建设的线路与既有线的换乘关系发生了变化，则需对既有站进行改造才能得以实现[2-8]。前期规划实施阶段杭州地铁4号线市民中心站为非换乘站，但由于规划调整，7号线要与4号线实现换乘，为实现两线之间的便捷换乘，需对既有站市民中心站进行改扩建[9]。西安2号线南稍门站在2011年9月已开通运营[10]，依据《西安市城市快速轨道交通建设规划》(2005年3月)，2号线和5号线的换乘节点在会展中心，因此，南稍门无预留换乘节点，而在《西安市城市快速轨道交通建设规划》(2012—2018年)中，2号线和5号线的换乘节点调整至南稍门，需对南稍门站进行改造[11-12]。

另一方面，部分既有线路的延伸线不能适应新的发展需要，需结合最近的城市空间布局进行调整，对接轨站进行改造才能得以实现[13]。如北京、上海、广州等地铁网已基本成形，但面对最新的城市发展需要，如何改造既有线路以适应城市需求变化成为当前面临的棘手问题[14-16]。目前，国内既有线改造还处于起步阶段，经验不足，部分城市虽率先发起通过既有站改扩建完成与规划的耦合，但由于在前期没有将站改与运营充分结合，导致站改后运营效果欠佳。同时，考虑到既有站改造工程具有规模大、影响范围广以及风险高[17]等特点。以重庆轨道交通6号线三期工程为例，从改造原因、改造方案、改造代价及改造效果进行深层分析，探讨改造工程的可实施性，以期为后续类似线路改造起到指导作用。

1 改造原因

2012—2014年，6号线一、二期工程先后分段开通运营[18-20]；2015年，东环线设计首先提出茶园站址的重庆东站；2017年，《重庆市中长期铁路网规划(2016—2030年)》发布，规划新增重庆东站，选址于茶园组团。

可见6号线一、二期在规划、设计、施工及建成通车时，重庆东站的站址尚未规划。原线网中无重庆东站规划，6号线未考虑延伸至重庆东站的条件，仅在茶园站预留了进一步延伸的条件，其余车站均未预留支线延伸至重庆东站的接轨条件。因此，最新的线网规划方案延伸线从茶园站引出，延伸至重庆东站。其中，6号线东延线线网规划的线路走向示意如图1所示。

从图1中可以看出，6号线东延段周边主要以规划工业地块为主，而长生桥站—茶园站以东主要以居住和商业用地为主，延伸方案不能对茶园片区大客流点进行较好地覆盖，因此，需重新对6号线东延线的线路走向进行规划和研究。结合《重庆市城市轨道交通第四期建设规划(2020—2025年)》最新研究成果，6号线东延伸线起于重庆东站，止于既有刘家坪站，主要沿站前路、桂雨路、茶园大道敷设，分别设重庆东站、长生路站、百乐园站、刘家坪站，沿线用地主要以居住用地为主。该方案不仅服务了茶园片区的大客流点，同时也对茶园片区的商、住用地进行了有效覆盖。其中，6号线东延伸段建设规划线路示意如图2所示。

图2 重庆轨道交通6号线东延伸段建设规划线路示意

但由于既有站刘家坪站未预留延伸条件，因此，本工程涉及既有线改造，需对6号线东延伸线建成后6号线的运营组织及刘家坪站的配线方案进行研究。

2 刘家坪站现状

2.1 线路概况

刘家坪站为高架侧式三层站，位于茶园大道北侧东西向设置，同时该站为长生停车场的接轨站，车站大里程端设置1组交叉渡线，正线接入出入线处设置2组单开道岔连接。其中，刘家坪站既有工程示意如图3所示。

图3 刘家坪站既有工程示意

2.2 轨道概况

重庆市轨道交通6号线二期工程刘家坪站及高架区间正线、配线轨道采用技术方案如下：钢轨采用25 m长60 kg/mU75V轨，扣件采用DTⅦ2型扣件，道床采用承轨台式整体道床，线路采用区间无缝线路。刘家坪站小里程端设置1组交叉渡线及2组单开道岔，道岔选用60 kg/m钢轨9号曲尖轨道岔。

2.3 刘家坪站概况

车站位于东西大道北侧地块内部，呈东西向敷设。车站总长120 m，宽24.6 m，有效站台长120 m，宽8.3 m+8.3 m，总建筑面积12 120.31 m2。有效站台中心里程为YDK5+245.101。车站共设3个出入口和1座过街天桥，1、2号出入口设置于车站南侧，3号出入口设置于车站北侧。其中，既有刘家坪站车站总平面布置如图4所示。

图4 既有刘家坪站总平面布置

2.4 高架区间概况

区间高架段自刘家坪站大里程端引出后，沿规划茶园路路侧走行，其中，右线于YDK5+637.569(ZH点)处设1 200 m半径曲线与左线拉开线间距，于YDK5+812.951(桥路分界)处落桥。本区段高架主要跨越规划纵二路(规划道路红线宽46 m)，采用1联(29+50+29) m连续梁。站后交叉渡线区段采用1联(30+32+30) m连续梁，出入段线与正线衔接段采用1孔36 m变宽简支梁和1孔30 m变宽简支梁，另外11、12号墩之间线间距变化处设1孔双线变宽简支梁(湿接缝变宽)，其他区段均采用标准跨简支箱梁。区间孔跨布置为：1联(30+32+30) m双线连续梁+1孔36 m变宽简支梁+1孔30 m变宽简支梁+2孔30 m简支梁+1联(29+50+29) m连续梁+2孔30 m双线简支梁+4孔30 m单线简支梁(左右线)，本区段连续梁及变宽简支梁采用支架现浇施工。

地形起伏较大,表层为人工填土，下层以泥质砂岩、砂岩为主，无不良地质。标准桥墩采用独柱T形桥墩，特殊桥墩采用空心矩形墩、多柱墩，桥台采用一字桥台。桩基础采用钻孔灌注桩，嵌入岩石。其中，改造段落高架区间现状如图5所示。

图5 改造段落高架区间现状

3 刘家坪站改造方案

依据《重庆市国土空间总体规划(2019—2035)》，茶园组团是长江生态文明创新实验区、国家物联网产业示范基地、中国智谷(重庆)科技园、国家物联网产业示范基地所在地。规划至2035年，人口规模达到65万人，规划建设用地69 km2。目前，现状运营交路小交路已覆盖茶园片区，高峰小时开行对数达18对/h。

根据《重庆市中长期铁路网规划(2016—2030年)》，至2030年重庆将会形成重庆北站、重庆东站、重庆西站、重庆站四大主客运站。新增布局的重庆东站建成后将会衔接高铁、城际、市域铁路及地铁，是重庆市最大的立体化交通综合枢纽之一，大型客流集散点，预估远期年旅客发送量为5 000万人/年。枢纽周边规划以商业用地、居住用地为主，局部配有工业用地、绿地等。6号线与重庆东站接驳，可提高重庆东站对外交通枢纽的轨道交通配套能力，形成主城区与重庆东站之间最便捷、高效、重要的客流通道。

综上所述，茶园站—刘家坪站方向及重庆东站—刘家坪站方向均应保持较高的服务水平。同时，结合目前的客流预测结果，茶园站—刘家坪站区间远期高峰小时最大客流断面约为1.49万人/h，重庆东站—刘家坪站区间远期高峰小时最大客流断面约1.32万人/h，考虑实际运营情况、规划情况、提高运营灵活性、抗客流风险及轨道交通的长远发展等方面综合分析，本次研究了具备独立运营条件的支线方案和不具备独立运营条件的支线方案。

3.1 具备独立运营条件的支线方案

目前，6号线现状运营交路小交路已覆盖了茶园片区，高峰小时开行对数已达到18对/h，结合茶园的功能定位，重庆东站—刘家坪站开通运营以后，茶园站—刘家坪站方向的开行对数不应低于现状(18对/h)的服务水平，如采用不具备独立运营条件的支线方案，受30对/h的系统能力限制，重庆东方向远期也只有12对/h的服务水平，且茶园方向也将会长期保持18对/h的能力，若进一步提高茶园方向的服务水平，重庆东方向的服务水平还会进一步降低。而根据重庆东站的功能定位，重庆东站作为年旅客发送量约为5 000万人/年的大型综合交通枢纽，服务频率至少应该保证在3 min为宜(20对/h)。受30对/h系统能力的限制，若采用不具备独立运营条件的支线运营组织方案必定会顾此失彼。因此，茶园站—刘家坪站同时具备独立运营及贯通运营条件，可为茶园南片区及重庆东站充分预留发展条件、提高茶园片区及重庆东站的服务水平，同时，提高了抗客流风险的能力及运营灵活性。交路示意如图6所示。

图6 具备独立运营条件的支线方案

因此，结合运营交路，本次在对刘家坪站配线布置形式设计时，考虑了茶园站—刘家坪站方向应具有独立运营条件的支线运营方案。

方案1：该方案由原来的侧式车站改造为双岛四线车站，站台加宽至14 m；维持原交叉渡线不变，刘家坪站大里程端新建线路与出入线之间增建2组单渡线，正线接入既有线地下段。其中，配线方案以及接轨方案示意分别见图7、图8。

图7 配线方案示意(方案1)

图8 接轨段方案示意

同时从运营灵活性方面考虑，本次对刘家坪站小里程端是否增设单渡线进行对比研究，即方案2。该方案在改造刘家坪大里程段的同时，还需在小里程端增加1组单渡线，由于刘家坪站小里程端(茶园方向)为曲线，无出岔条线，增设单渡线后需拆除重建刘家坪站小里程端既有桥梁，长度636 m。其中，配线布置形式见图9，接轨方案见图10。

图9 配线方案示意(方案2)

图10 增设单渡线高架区间改造示意

方案1：采用双岛四线，既可实现主、支线的贯通运营，也可实现独立运营。独立运营时采用站后的折返方式，可同台换乘，乘客换乘便捷。该方案主、支线系统能力均为30对/h，主、支线服务水平高，为轨道交通的发展预留了灵活性，抗客流风险能力及运营组织灵活性较强。

方案2：采用双岛四线，既可实现主、支线的贯通运营，也可实现独立运营。独立运营时可采用站前及站后的折返方式，可同台换乘，乘客换乘便捷。该方案主、支线系统能力均为30对/h，主、支线服务水平高，为轨道交通的发展预留了灵活性，抗客流风险能力及运营组织灵活性强，但需对刘家坪站东、西两侧同时进行改造，改造规模及对运营影响均较大。

方案2较方案1的最大区别在于，方案2在方案1的基础上在刘家坪站小里程端增加1组单渡线。若采用方案2，刘家坪站正线小里程端(茶园方向)平纵不满足出岔条件，需拆除重建刘家坪小里程端既有桥梁636 m。而方案1在运营功能方案较方案1稍微弱化，但可减少改造工程量，运营功能也基本可满足茶园站—刘家坪站方向即可独立，也可与正线贯通运营的运营需求，运营组织也较为灵活。

综上，将方案1作为推荐方案。

3.2 不具备独立运营条件的支线方案

茶园站—刘家坪站方向只能贯通运营，不具备独立运营的条件。根据客流预测结果，茶园站—刘家坪站区间高峰小时最大断面客流为1.49万人/h，刘家坪站—重庆东站区间高峰小时最大断面客流为1.32万人/h，远期开行(15+15)对/h、(20+10)对/h，均可满足客流需求。交路示意如图11所示。

图11 不具备独立运营条件的支线方案

因此，结合运营交路，本次设计了不具有独立运营条件的支线方案，其中，刘家坪站的配线布置形式如图12所示。

图12 不具备独立运营条件的支线方案配线布置形式

方案1可实现主、支线的贯通运营，无法实现独立运营。考虑从线网角度分析，茶园方向继续延伸的可能性较小，而现状茶园站—刘家坪站运营里程仅为4.8 km，独立运营效果一般，该方案土建改造的规模及对既有线影响较小、可基本满足主、支线的运营需求，但主、支线服务水平受限，灵活调整余地较小，抗客流风险能力及运营组织灵活性较差。

方案2与方案1的最大区别在于，方案2在方案1的基础上在刘家坪站大里程端，重庆东站—刘家坪站方向设置了2组安全线。该方案不仅充分保证了运营的安全性，同时也预留了远期拆分运营的条件，未来结合最新的线网规划调整方案以及重庆东和茶园组团的发展需要择机进行拆分运营。同时，方案2与方案1工程改造规模、工程投资及中断运营时间基本一致。

综上，将不具有独立运营条件的支线方案的方案2作为推荐方案。

3.3 综合比选

上述对具有独立运营条件的支线方案和不具有独立运营条件的支线方案对应的刘家坪站配线布置形式研究，本次对刘家坪站配线进行了详细比选。其中，配线方案比选如图13所示。

图13 刘家坪站配线方案比选

(1)高架区间改造

方案1：高架区间改造范围位于长生停车场出入线上，根据渡线设置位置，入场线改造范围为RDK0+49.236～RDK0+217.236，RDK0+317.236～RDK0+417.236；出场线改造范围为LDK0+49.236～LDK0+217.236。其中，高架区间影响如图14所示。

图14 高架改造影响示意

高架区间内改造包括既有区间拆除，还建既有区间。需拆除单线桥墩13个，平均墩高约26 m；拆除5孔25 m、5孔30 m单线简支梁和2联(29+50+29) m连续梁。然后，还建5孔25 m单线简支梁、3孔30 m双线简支梁、2孔40 m变宽简支梁和2联(29+50+36) m双线连续梁。桥墩布置如图15所示。

图15 高架改造平面示意

方案2：高架区间改造正线里程范围YDK5+397.101～YDK5+523.101，包含30 m变宽简支梁、36 m变宽简支梁和30 m双线(单线)简支梁，拆除长度126 m。然后，还建一联(30+30+30+36) m四线变宽连续梁。孔跨布置调整如图16所示。

图16 高架改造平面示意(单位：m)

为减少中断运营时间，该工程方案采用连续梁侧位现浇，横向顶推就位的施工方法。顶推前可在桥上安装相关设备，顶推完成后迅速恢复运营。

(2)地下区间改造

方案1：原刘家坪站—上新街站区间主要由高架段、矿山法隧道与复合式TBM隧道组成。复合式TBM隧道下穿运用及工程车库。区间北侧为停车场综合楼、料棚料库、主变电所、铜锣山隧道泄水洪洞、长生停车场出入线。

改造方案刘家坪站—终点区间总长1 017.6 m，高架段长469.1 m，矿山法段长452 m，明挖段长96 m。接驳段段采用明挖法施工，局部破除既有管片结构，新建隧道一并浇筑成型。并需局部改造既有泄水洞。其中，地下区间改造方案总平面如图17所示。

图17 地下区间改造方案总平面(单位：m)

方案2：本方案不涉及地下区间改造工程。

(3)轨道改造方案

方案1：根据线路及桥梁改造方案，轨道在改造时以尽量减少拆铺中断运营时间、减少废弃工程、满足后期养护维修要求为原则，将地下区间接轨点、出入线新建单渡线和出入线下跨新建线路段处轨道拆除并重建。主要改造流程如下。

①正线轨道改造

a.拆除改造段轨道结构；

b.正线地下隧道改造施工；

c.隧道改造满足铺轨要求后插入道岔。

②出入线轨道改造

a.拆除改造段轨道结构；

b.出入线桥梁改造施工；

c.桥梁改造满足铺轨要求后插入道岔并铺轨。

轨道工程需拆除并新建轨道482 m，增加单渡线2组，增加单开道岔2组。轨道改造范围如图18所示。

图18 改造方案横断面

方案2：根据线路及桥梁改造方案，轨道在改造时以尽量减少拆铺中断运营时间、减少废弃工程、满足后期养护维修要求为原则，在桥梁拆铺地段采用合成枕式整体道床及道岔道床，在正线竖曲线调高段及出入线缓和曲线调线段进行轨道拆除重建，道岔区铺设区间无缝线路。主要改造流程如下。

①在既有线旁边待顶推四线道岔梁上提前现浇合成枕式道岔道床及其前后一般整体道床，完成道床混凝土的养护。

②既有线桥梁拆除断道后，将正线竖曲线调高段及出入线缓和曲线调线段拆除并重建。

③桥梁顶推到位后，安装道岔钢轨件、安装并顺接前后钢轨，精调道岔及一般轨道至设计线形。

轨道工程需拆除轨道260 m，新建轨道长度212 m，新建交叉渡线2组。轨道改造范围如图19所示。

图19 轨道改造方案

(4)投资估算及工程筹划

方案1：具有独立运营条件的支线方案改造部分工程投资为117 827.45万元。改造工程将导致既有线中断运营，具体工筹如图20所示。

注：高架区间改造主要影响长生停车场出入线正常使用7个月，不影响正线正常运营。图20 刘家坪支线方案中断既有线运营工筹

改造工程中断运营的关键工期为：刘家坪站—终点明挖区间(9个月)→铺轨工程(1.5个月)→设备系统安装及调试(25 d)→联调联试(10 d)，总计12个月。综合考虑具体施工时存在不确定因素，中断运营时间预计为12～14个月。

方案2：不具有独立运营条件的支线方案改造部分工程投资为64 180.42万元。改造工程将导致既有线中断运营，具体工筹如图21所示。

注：1.轨道工程自桥梁断道施工开始，至桥梁顶推精调完毕后5 d结束；2.设备系统工程自高架区间主体工程完工后即可开始，即18 d后。图21 刘家坪支线方案中断既有线运营工筹

改造工程中断运营的关键工期为：高架改造(25 d)→关键节点铺轨(5 d)→关键节点设备系统安装及调试(13 d)→联调联试(10 d)，总计53 d。综合考虑具体施工时存在不确定因素，中断运营时间预计为2～4个月。

综合以上各方案的对比分析，现将具备独立运营条件的支线方案和不具备独立运营条件的支线方案优缺点进行对比分析，具体见表1。

表1 刘家坪站配线方案优缺点比较

通过表1可知，方案1(具备独立运营条件的支线方案)的配线布置形式可根据茶园组团以及重庆东站的发展需要灵活组织运营交路，具有较高的抗客流波动能力，可满足茶园组团以及重庆东站的发展需求。但改造规模较大，涉及高架及地下区间，中断运营时间长达12～14个月，工程投资大。

方案2(不具备独立运营条件的支线方案)的配线布置形式虽然中断运营时间较短，只需2～4个月即可完成改造，工程投资也较少，同时也基本能满足远期客流出行需求。但运营灵活性相对较弱，主支线服务水平较低，除高峰期外平峰期的非共线段服务水平更低。若提高非共线段的服务水平，共线段将造成运能浪费，增加运营成本。

综上，考虑到本工程为既有线改造工程，刘家坪站为既有站，对刘家坪改造范围涉及刘家坪—上新街高架区间，因此，改造期间茶园站—刘家坪站以及长生桥停车场需中断运营，中断运营期间每日将有9.8万人进出中心城区受阻。同时，考虑到茶园片区进入主城区的道路资源有限，选择中断运营时间较短的方案可尽快缓解路面交通压力，因此，本次刘家坪站推荐中断运营时间较短，运营功能相对较弱但也能满足运能需求的方案2配线布置形式。

4 结语

随着我国城市的不断发展，对交通基础设施建设提出了更高要求，部分既有轨道交通线路已经不能适应新的发展需求，需结合最新城市规划进一步完善轨道交通线网。而对于部分大型城市轨道交通线网已基本成型，需对既有线路进行改造才能实现城市发展的需要。结合重庆轨道交通6号线改造案例对既有线改造提出以下几方面的思考。

(1)既有线改造期间不可避免地面临部分既有线的中断运营，在改造方案设计阶段需综合比选各种可实施方案的优缺点，在保证运营功能的情况下，尽可能采用中断运营时间较短的方案，将中断运营期客流出行的负面影响降到最低。

(2)在中断运营期需结合配线设置合理组织轨道交通的运输组织方案，尽可能减少影响范围，同时需进一步核算未中断范围内场段规模，保证运营段的正常停车列检功能。

(3)既有线正常运营为轨道交通培育了大量客流，轨道交通中断运营期需做好中断运营段落的交通接驳，保证该区段内客流的正常出行。

目前，我国城市轨道交通既有线(站)改造还处于前期研究阶段，落地项目较少，但随着城市发展理念的变化，通过既有线(站)改造迎合城市发展理念将会成为后期城市轨道交通的热点问题。但既有线(站)改造存在技术难度大，改造风险高的特点，结合运营组织、改造成本、中断运营时间等因素综合论述了6号线刘家坪站的改造方案，希望对后续类似工程提供参考。