对地铁标准站进行换乘改造的思考

对地铁标准站进行换乘改造的思考

宋冰晶

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

摘 要：结合工程实例,对未预留接口的既有地铁标准站被改造成换乘站的设计进行探讨。在分析边界条件的基础上,对站位设置、换乘方式、换乘空间及客流、既有车站的改造、新建车站的防火及疏散问题等进行切实的探讨,有较强的可实施性。研究结论表明：在既有线未预留换乘条件的情况下,两线实现客流的单向换乘,并将对既有线的运营影响降到最低,做到换乘方案合理,施工方案可行。同时线网的规划应紧跟城市发展的步伐,尽量确保线网规划的科学性,从而减少标准车站被动的改造成换乘站,造成工程的重复建设。

关键词：地铁；标准车站；既有车站；改造；换乘空间

地铁作为一种准点、迅速的现代化交通工具,已经走进了每一个都市人的生活。随着城市的不断发展,地铁线网由原来的骨干线逐渐增加了加密线,后来又形成了环网,在整个城市中形成了放射网状、放射型环状、棋盘放射状等。通过四通八达的地铁,人们可以在较短时间内到达城市的任意角落。在城市和轨道交通的快速发展演变中,一些城市的原有线网规划已跟不上城市发展的步伐,从而导致的问题是原本预留了换乘节点的车站有可能变成了普通站,造成了工程的废弃和浪费；而一些已建成的标准车站却面临被动的改造成换乘站,造成工程的重复建设,换乘功能的不合理,从而适应新线网的要求。这就需要综合考虑车站原有站台宽度是否可以满足新客流的疏散要求,新老车站如何进行舒适便捷的换乘,采取何种换乘模式才能满足需求,而把对既有车站的影响降到最低,这是设计人员着重考虑的内容。本文将在分析既有车站改造换乘站的基础上,并结合笔者亲自参与的工程实例,对未预留接口的既有地铁站的换乘进行探讨。

1 既有站改造为换乘站的先例

典型的例子有广州的员村站,北京的磁器口站和车公庄站等,此类车站多会改造成通道换乘形式。

北京地铁车公庄站是6号线与2号线环线的一个换乘站,由于2号线为单层站,加之周边条件的限制,车站采用的是通道换乘的形式。2号线站台为分离岛式站台,二者构成T字形结构。2号线部分出入口改造量比较大,车站内部全部作为付费区,在几个出入口部分增加非付费区,采用出入口连接作为换乘通道,付费区面积非常大,不能够实现地铁市政过街的功能。见图1。

图1 北京地铁车公庄站换乘示意

北京地铁磁器口站为7号线与运营中的5号线的换乘站,在磁器口站进行“T”字换乘。目前,运营中的5号线磁器口车站呈南北向从路口下方穿过,在建的地铁7号线车站将设置在该路口西侧,由于7号线线路为东西走向,因此车站与5号线既有车站将形成“T”字形。7号线的轨道将从5号线轨道下方穿过,站厅层则与5号线轨道位于一个平面,同时在站厅层设置换乘通道向上连接5号线的站厅层[1-2]。见图2。

图2 北京地铁磁器口站换乘示意

现阶段国内陆铁车站在未预留换乘条件的情况下,多采用站厅通道连接的换乘形式,这是比较现实可行的方案,在对既有运营线路影响不大的前提下,尽量提高换乘服务水平,做出满足要求的车站。笔者结合西安地铁南稍门站的实际情况,对未预留接口的地铁标准站的换乘改造进行探讨。

2 西安地铁南稍门站概况

西安地铁2号线南稍门站为已建成车站,并已于2011年9月开通运营,该车站为标准的地下二层岛式站,站台宽度为10 m,未预留换乘接口。

(1)线网的变更

西安地铁2号线设计时,依据当初的《西安市城市快速轨道交通建设规划》(2005年3月),2、5号线换乘节点为会展中心站,故2号线南稍门站未考虑预留换乘条件。根据《西安市城市快速轨道交通建设规划》(2012—2018年),2、5号线换乘节点调整至南稍门站[3]。见图3。

图3 2、5号线换乘节点变更示意

(2)2、5号线车站站位示意(图4)

图4 车站站位示意

5号线车站拟建于友谊西路与长安北路交叉口,友谊西路与长安北路均为西安市交通主干线,交通繁忙。十字路口东南象限为西安地质矿产研究所及市国有资产局家属院,协调难度较大；西南象限为长兴饭店及临街商铺(为部队用地),2号线1号出入口设置在该地块,占地面积较大,对5号线车站出入口风亭的布置有很大的影响；西北象限为市电信局家属院；东北象限为29层的西安电视台,已贴近道路红线,周边布置出入口风亭较为困难。

(3)地下管线

车站站位范围主要控制管线有：友谊西路北侧埋深为6.8 m的DN2 000混凝土PS管；埋深为2.2 m的DN800混凝土PS管；埋深2.6 m、2根1 400 mm×1 800 mm电力沟道和电信沟道。对车站主体影响较大的为北侧埋深为6.8 m的DN2 000混凝土PS管,需考虑避让。

(4)车站客流

车站设计客流：31 863人/h。车站高峰小时换乘客流：12 875人/h。其中5号线换2号线为7 039人/h,换乘比例为54.7%,2号线换5号线为5 836人/h,换乘比例为45.3%[4]。

3 车站设计重点考虑的问题

通过对南稍门站边界条件的分析,车站设计需要着重考虑站位设置、换乘方式、换乘空间及客流、既有车站的改造、新建车站的防火及疏散问题等。

(1)站位设置

南稍门站位于西安市中轴线上,距离城墙仅一站之遥,车站设置在此满足地铁客流吸引的要求。站位附近规划以居住、商业金融用地为主,车站位于各类用地衔接处,能够更好地引导周围地区的协调发展。

车站拟建于友谊西路与长安北路交叉口,该口西侧方案的优点是道路两侧多为老旧房屋,拆迁相对容易,附属布置空间较宽裕。缺点是换乘通道需下穿既有的2号线南稍门站出入口及风道,有一定施工难度。见图5。

图5 西侧方案总平面

交叉口东侧方案的优点是换乘通道施工难度较西侧方案相对较小,2号线车站内部站厅层公共区改造量较小。缺点是道路两侧建筑拆迁难度较大(2号线实施时东南角的地矿宾馆拆迁未协调成功,拆迁难度大),另外从站间距均衡的角度来看,西侧方案更具优势。因而站位选择设在十字路口西侧。见图6。

图6 东侧方案总平面

(2)换乘的思路(通道换乘)

轨道交通线路的走向和相互交织形式,一般有垂直交叉、斜交、平行交织等多种形式。为提高服务水平,地铁车站的换乘要求在付费区内完成。车站换乘可分为平行换乘(主要有上下式“岛、岛”平行换乘和同层式“岛、岛”平行换乘)、节点换乘(十字岛侧换乘、十字岛岛换乘、T字岛岛换乘和L形岛岛换乘)、站厅换乘、通道换乘、混合换乘等基本形式。

根据目前国内既有站的改造来看,对既有站运营影响较小同时满足工程改造量较小,两线车站通常采用通道换乘模式。该模式是两线车站结构完全脱离,用通道或楼梯将2个车站间接起来,供乘客换乘连接。

2号线南稍门站位于路口南侧,南北向沿长安北路布置,结构形式为单柱双跨结构,明挖施工,并已开通运营,车站北端头位于友谊西路南侧,区间下穿友谊路。5号线线路下穿2号线区间。2号线南稍门站作为标准的地下二层岛式站来设计实施,未预留换乘接口,从车站改造难度及对运营的影响考虑,5号线与其换乘首选通道模式,通过在2号线站厅层侧墙上开洞,引出换乘通道与5号线车站相连通进行换乘。见图7。

图7 换乘通道示意

(3)新增换乘厅(既有线)营造换乘空间

由于2号线仅为标准站,车站规模有限,在接受较大换乘客流的同时,又要满足车站既有的客流,因而考虑在原有车站的西侧新建面积约1 000 m2的换乘厅,即可避免其他形式客流对原公共区的干扰,又对两线客流换乘有一定缓冲作用,既提高了换乘效率,同时也营造了合理的换乘空间[5-6]。见图8。

图8 换乘厅示意

(4)换乘客流单向或双向

通道换乘通常因为通道过长而使乘客产生压抑感,同时也会增加消防疏散口的设置,所以通道换乘要尽量减小通道长度,利于换乘。双向客流换乘容易产生客流拥堵、交叉,极大程度降低了换乘的便捷性和舒适性,因而单向换乘客流的设计势在必行[7]。

由于2号线车站主体布置于友谊路南侧,所以5号线车站布置时考虑尽量把主体靠友谊路南侧布置,同时考虑在车站端头开辟换乘点,满足5号线站厅至2号线站厅的换乘；另外通过改造2号线站厅公共区,经换乘厅引出换乘通道进入5号线设备层,在换乘通道内设置楼扶梯组可有效提升服务水平,实现2号线到5号线的单向客流换乘。本次设计采用2个换乘通道与2号线连接,组织单向循环客流,降低换乘风险。见图9。

图9 双向换乘流线示意

(5)新建车站的换乘空间的调整

145 m车站方案东侧布置少量的设备用房,中部为公共区,在付费区内设置2组楼扶梯连接站台层,整个站厅空间较紧凑。见图10。

图10 145 m车站公共区示意

178.5 m车站方案站厅东端全作为公共区,将设备用房布置在西侧,东侧站厅将必不可少的电缆井、疏散楼梯间等设置在车站东端扩大端内,经设备层转移路径到达站台层。在站厅层南侧靠近5-2换乘通道的位置增加半跨空间,作为换乘客流的缓冲区域。车站公共区由2组楼扶梯增至3组,并将第二组调整为3部扶梯(两上一下),能更快速地输送5号线站台至站厅的客流,同时也可兼顾输送5-2的换乘客流。见图11、图12。

图11 178.5 m车站公共区示意

图12 楼扶梯调整示意

(6)既有2号线车站公共区的改造(图13)

图13 2号线南稍门站站厅改造平面

本着尽量对2号线车站运营影响最小的原则,对原车站改造部分如下。

建筑改造中,扩大原车站付费区面积,保留进站闸机,调整出站闸机由东侧变为南北两侧。在2号线车站西侧公共区侧墙采用暗挖开洞模式,用3个门洞与原2号线站厅和新建换乘厅进行连接。连接的通道上方空间可以为南关正街的南北向的管网提供相应的迁改路径,可实施性较强。

结构设计中,对2号线车站既有结构侧墙开洞会造成原结构应力重分布,需要对既有站结构拆除及加固,同时需做好对既有车站监控量测等,为了保证结构安全,侧墙开洞时将洞口化整为零,分段施工,做到随破除随支撑。及时布设测点,基坑施工期间加密监测频率,根据监测结果及时调整施工参数,确保既有线安全。施工范围影响吊顶内部分综合管线敷设,部分管线需改迁,以避开开洞范围。施工围挡布置在距离侧墙2.8 m处,施工围挡范围内吊顶临时拆除。

新建换乘厅与原车站站厅通过3个净宽5 m的暗挖横通道相连,为满足通道净空尺寸及下穿施工的可实施性,通道采用平顶直墙断面形式。断面宽度6.7 m,两侧增设暗柱暗梁,高度5.1 m,采用CD法施工[8]。

系统改造中,5号线综合监控系统与2号线综合监控系统分设,2、5号线综合监控系统集成互联各自线路的子系统,由各自线路进行管理。故5号线综合监控实施与既有2号线综合监控系统无直接关系。

通信系统、FAS系统、BAS系统、给排水系统、低压配电系统的改造原则如下：换乘通道新增设备接入5号线；出入口、站厅改造部分及换乘厅区域新增设备接入2号线,原系统进行相应扩容改造。

换乘厅通风空调系统采用全空气系统,2号线冷水机组及冷却塔冷量不能满足改扩建厅部分的冷负荷要求,冷冻水系统由5号线接入。换乘通道通风空调及排烟设备设在5号线机房内。

气灭系统在换乘厅单设气瓶间。

对于2号线AFC系统的改造,特别是车站售检票设备的改造,需充分考虑,尽量减少对运营的影响。所有系统改造设计、施工、安装、调试及投入运营具体方案需结合车站实际情况进行综合考虑,统筹安排。

(7)预留过街通道的可实施性

在友谊西路与南关正街十字路口2号线区间呈南北走向敷设于南关正街下方,区间上方覆土约8.6 m。埋深为6.8 m的DN2 000混凝土PS管呈东西走向埋设在友谊西路下方。在该十字路口形成环形地下过街通道,需要综合考虑区间和管线的因素。爬升段和下沉段如图14所示,若形成地下过街通道,则需要上下各2次,另外,地下过街通道上跨2号线区间,通道底部结构与2号线区间仅保持1 m间距,风险较大,在北侧爬升段为5.05 m的位置,楼梯下部结构与区间结构不足1 m,结构风险较大,因此,本站不考虑做过街环形通道,仅在车站出入口通道位置做预留考虑[6]。见图15。

图14 地下过街通道平面

图15 地下过街通道与区间关系

4 车站方案设计

(1)总图布置

通过对交通、规划、现状、控制条件的分析,站位设置在长安北路以西,在十字路口西南象限沿友谊西路呈东西向布置。该站位降低了地块协调难度,降低了拆迁难度,并且站间距更加均衡。

车站为地下3层14 m岛式车站,车站总长178.75 m,标准段宽23.1 m,车站西侧接浅埋暗挖区间,东接盾构区间,轨面埋深约22.93 m,总建筑面积约24 299.3 m2。车站共设4个出入口,3组风亭,2个安全出入口,其中1号高风亭组、Ⅰ号出入口及安全出入口合设于道路南侧,位于交警雁塔大队西侧；2号高风亭组与安全出入口位于道路北侧,3号风亭位于友谊西路与南关正街十字路口西北侧,为低风亭。Ⅱ号出入口与2号线Ⅰ号出入口、换乘通道同期实施,需要对2号线Ⅰ号出入口进行改造。Ⅲ号出入口布置在路口的西北角,实施时需拆除现有2层临街楼房,并向东预留地下过街通道接口。Ⅳ号出入口在道路北侧朝向东布置,设于2号风亭南侧。见图16。

图16 5号线南稍门站总平面

(2)平面布置研究

图17 5/2号线南稍门站站厅层平面

5号线站厅层设在地下一层,站厅有4个出入口,站厅设有自动售票机、自动检票机等设施。

站厅付费区设3台上行扶梯、3台下行扶梯和3座1.8 m宽楼梯通往站台层,另在付费区内设1台垂直电梯供需要人士使用。站厅层西端布置有设备用房,东端作为公共区大厅,满足5号线乘客及换乘客流需求,提高地铁使用舒适度。另预留了地下环通过街通道接口,考虑友谊西路、长安北路两侧的过街功能。

另将2号线Ⅰ号出入口通道进行改造设计,将电梯改造至2号线Ⅱ号出入口。在该出入口西侧设置5号线到2号线的换乘通道,使得换乘客流在5、2号线实现单向客流换乘。换乘通道及相邻出入口施工工法为同期明挖,5号线Ⅱ号出入口置于原2号线Ⅰ号口西侧,并将5-2的换乘通道设置于5号线Ⅱ号出入口西侧。本方案尽量避免占用军产用地,进一步提高设计的可行性。换乘通道2-5位于5号线Ⅱ号出入口的正下方,从2号线站厅接入5号线车站设备层(地下二层),并通过楼扶梯进入5号线站台层实现换乘,整个人流行进无高度损失。

地下二层布置主要的设备用房,在车站的右端头布置与2号线的换乘通道,通过一组换乘楼扶梯连接2号线与5号线的站台层,换乘通道宽5.0m,能够满足换乘客流的需要。见图18。

图18 5号线南稍门站设备层平面

5号线站台层设在地下三层,采用14 m岛式站台,在有效站台范围两端布置了部分设备用房。在有效站台东部设有2号线到5号线的换乘楼梯,使得换乘客流在5、2号线之间实现单向客流换乘。见图19、图20。

图19 5号线南稍门站站台层平面

图20 2、5号线换乘通道纵剖面

(3)防火分区

①5号线车站共分8个防火分区,公共区(站厅、站台、设备区换乘公共区)为第一防火分区；站厅层西端设备管理用房为第二防火分区；站厅层北侧环控机房为第三防火分区；设备层设备管理用房划为第四防火分区、第五防火分区和第六防火分区；站台层小里程端设备管理用房为第七防火分区；站台层大里程端设备管理用房为第八防火分区。每个防火分区分别设置相应的消防设备和设施；主要有人值守的设备管理区设置有一条直通地面的疏散通道。站台层的站台门驻点房、公务用房,经常停留的合计人数不超过3人。

②换乘通道单独划分防火分区,两端均设有通向相邻防火分区的前室,满足换乘通道的防火疏散要求。新增换乘厅防火分区纳入2号线南稍门站公共区防火分区[9-11]。

(4)安全疏散

①6 min疏散计算

车站控制期(远期)高峰小时上车人数为11 875人,超高峰系数取1.33[4]。站台上候车人数为11 875×1.33=15 794人/h。远期列车发车28对/h,站台上候车人数Q2=15794÷28≈565(人)

根据南稍门站高峰断面客流预测,取值为1 652人/h,车站高峰小时换乘客流量：12 875人/h,换乘人数Q3=12 875×1.33÷28≈612人

需要疏散的人数共为565+1652+612=2 829人

站台层共设7部1 m宽的扶梯(3下4上)和2部1.8 m宽的楼梯,根据《地铁设计规范》紧急疏散时间的规定,T=1+(Q1+Q2)/{[A1(N-1)+A2B]×0.9}≤6 min,事故状态下疏散能力计算如下

T=1+2 829/{[121×(7-3)+46×(3-1)+(61×(0.55×3×2)]×0.9}=5.04 min≤6 min,能满足紧急状态下疏散要求。车站控制期远期高峰小时上下车的总人数为31 863人,车站站厅设4个出入口,出入口总宽度为26 m,满足控制期远期高峰小时上下车客流和紧急疏散时通过能力。

②换乘客流疏散计算

车站换乘楼扶梯设置情况为：2号线至5号线设置2部净宽1 m扶梯和1.8 m楼梯。5号线至2号线为站厅至站厅换乘,通道净宽度为4.5 m。

车站高峰小时换乘客流量：12 875人/h；其中5号线换到2号线为7 039人/h,换乘比例为54.7%,2号线换到5号线为5 836人/h,换乘比例为45.3%。

5号线至2号线换乘客流疏散计算如下。

5号线至2号线通道为平坡,净宽为4.5 m,符合人流股数为4.5/0.55=8股,按照《地铁设计规范》1 m宽通道单向疏散人流为5 000人/h计算,则5号线至2号线通道通过能力为：5 000×0.55×8=22 000人/h>7 039×1.33=9 362人/h，经过计算,车站换乘通道及楼梯宽度满足紧急疏散的要求。

2号线至5号线换乘客流疏散计算：

1 m宽自动扶梯通过能力7 300人/h;

1 m宽楼梯下行通过能力4 200人/h,按照单股人流为0.55 m计算,楼梯宽1.8 m,满足3股人流宽度,则1.8 m宽楼梯疏散能力为：4 200×0.55×3=6 930人/h;

正常情况下,2号线至5号线楼扶梯下行通过能力为:7 300×2+4 200×0.55×3=21 530>5 836×1.33=7 762人/h,所设扶梯台数和楼梯宽度满足要求。

设备层右侧换乘公共区疏散计算如下。

该换乘公共区为2号线客流换乘5号线提供服务,2号线换到5号线为5 836人/h,单列车2号线客流换乘5号线客流为5 836×1.33÷28=278人,该公共区有一个净宽为1.2 m的疏散楼梯,1 m宽楼梯疏散：3 700÷60=61人/min,本公共区楼梯疏散能力为61×0.55×2=67人/min,该区域疏散全部2号线换乘5号线客流至站厅需要时间为278÷67=4.15 min,从站厅至最近出入口为32 m,人流速度为中青年男士1.25 m/s,中青年女士1.05 m/s,老人及儿童为0.76 m/s,取平均值为1.02 m/s.则从楼梯口至最近出入口所需时间为0.52 min,2号线换乘5号线客流从设备层右侧公共区疏散至出入口时间为4.15+0.52=4.67 min≤6 min,能满足紧急状态下疏散要求[12]。

5 结论

(1)通过引入实例西安地铁5号线南稍门站,在分析边界条件的基础上,对站位设置、换乘方式、换乘空间及客流、既有车站的改造、新建车站的防火及疏散问题等进行了切实的探讨,有较强的可实施性。通过研究,南稍门站整体方案可行：综合考虑管线改迁、交通疏解、既有线的改造——通过拆除2号线1号出入口、新建换乘通道,新建换乘厅、暗挖横通道接入2号线站厅等技术,在保证2号线正常运营的前提下,实现了5、2号线的换乘,形成了切实可行的方案；在既有线未预留换乘条件的情况下,做到了换乘方案合理,施工方案可行,弥补了原2号线车站造成的换乘、市政过街等功能的不足。另外,为保证换乘车站修建及改造对运营的影响可控,尚需对既有线运营状况及结构使用情况做详细的现状评估。

(2)鉴于本站及国内其他类似换乘站的情况,我们更直观的体会到换乘站是每条线上的重点、难点工程,是线网规划的锚固点,是控制线路走向的关键点[13],换乘方式和换乘点的选择直接影响着线网的运能及运量,因而线网的规划应紧跟城市发展的步伐,对换乘站进行深入研究,有利于确保线网规划的科学性和可实施性。尽量减少标准车站面临被动的改造成换乘站,造成工程的重复建设,换乘功能的不合理[14-15]。

(3)结合线网及建设规划,梳理出换乘站合理的节点预留模式,并尽可能选择灵活性较强的方案,减少废弃工程,另外针对换乘车站进行多方案的讨论、研究、比选,选择换乘功能最好的方案。本文中的实例分析可以为同类工程和课题研究提供一些借鉴和思考,有一定参考价值。

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An Approach to Upgrading of Standard Subway Station to Transfer Station

SONG Bing-jing

(China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd., Xi’an 710043, China)

Abstract：This paper focuses on the upgrading of the existing standard subway station without preserved interface to a transfer station. Based on the analysis of boundary conditions, this paper discusses the transformation of stations, transfer mode, renovation of existing station, new station fire protection and evacuation. The results show that in case of the existing station without preserved transfer conditions, the transfer program should ensure one direction transfer of passenger flow between two lines and the impact on the exiting line operation should be minimized. Meanwhile, the network planning should keep up with urban development, and should be practical to avoid unnecessary upgrading of standard station and repeated construction.

Key words：Subway; Standard station; Existing station; Upgrading; Transfer space

文章编号：1004-2954(2017)06-0140-07

收稿日期：2016-09-27；

修回日期：2016-10-25