廖若宇，袁 蕾，王 玉

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京市100082）

0 引 言

北京大興國際機場定位為大型國際航空樞紐、國家發(fā)展新動力源以及支撐雄安新區(qū)建設(shè)的京津冀區(qū)域綜合交通樞紐。圍繞新機場外部交通，北京市組織編制了《新機場外圍綜合交通規(guī)劃》，構(gòu)建了“五縱兩橫”的交通網(wǎng)絡(luò)。主要包括3條縱向高速公路、1條橫向高速公路、2條縱向軌道及1條橫向軌道。在常規(guī)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)流程中，由于建設(shè)體制的獨立性，即使功能及建設(shè)區(qū)域高度吻合，各項目也會各自為政，缺少統(tǒng)籌考慮，對未來城市建設(shè)及發(fā)展可能會帶來不利影響[1]。

本文以項目特點及思路演變?yōu)榍腥朦c，具體分析研究公軌共線位的設(shè)計重難點，并提出具體措施，最終對設(shè)計效果進行分析探討。希望本文的研究成果可為其他地區(qū)多交通模式的交通樞紐建設(shè)提供參考，在類似項目建設(shè)中盡可能節(jié)約土地，為區(qū)域建設(shè)預(yù)留空間，減少重復(fù)性工程，最大化釋放經(jīng)濟效益。

1 相關(guān)共線位設(shè)計案例

1.1 案例分析

（1）上海共和新路高架-地鐵1號線北延

上海共和新路高架工程為“高架主線+地面輔路”形式。高架段為雙向6車道，城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速60 km/h，寬25.5 m；地面輔路段為雙向6車道+外側(cè)慢行，城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速40 km/h，無匝道段寬約50 m，有匝道段最寬約78.5 m。地鐵1號線北延為城市軌道交通線，初期設(shè)計為6節(jié)編組，近期及遠期設(shè)計為8節(jié)編組，最高行駛速度80 km/h。

上述兩線于彭江路至呼瑪路段形成一體化高架結(jié)構(gòu)，長度約4.425 km。其中：高架快速路位于第三層，軌道線位于第二層，地面輔路位于第一層。區(qū)段內(nèi)含互通式立交1座、上下匝道1對、軌道高架站4座。線路基本跨徑為30 m，橋身墩身以Y型為基本型式，局部段采用H型。地面輔路位于橋墩兩側(cè)。高架與地面輔路于2002年底開通運營，地鐵線路于2004年底開通運營。

（2）寧波北環(huán)快速路-地鐵4號線

寧波北環(huán)快速路為“高架主線+地面輔路”形式。地上為橋梁結(jié)構(gòu)段，雙向6車道，城市快速路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速80 km/h；地面輔路段為雙向6車道+外側(cè)慢行，城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速50 km/h。地鐵4號線為城市軌道交通線，列車采用6節(jié)編組B型列車形式，最高速度標(biāo)準(zhǔn)80 km/h。

上述兩線于慈城連接線至江北大道段形成一體化高架結(jié)構(gòu)，長度約6.4 km。其中：高架快速路位于第三層，軌道線位于第二層，地面輔路位于第一層。區(qū)段內(nèi)含互通式立交1座、上下匝道2對、軌道高架站4座。線路基本跨徑為30 m，橋身墩身以H型為基本形式。地面輔路位于橋墩兩側(cè)。高架和地面輔路于2014年底開通運營，地鐵線路計劃于2020年底開通運營。

1.2 案例啟示

（1）在土地資源緊缺的區(qū)域，交通設(shè)施的協(xié)同化、集約化布置將是未來發(fā)展趨勢。

（2）豎向設(shè)置應(yīng)在盡量降低橋梁高度的前提下，滿足沿線地面道路的布設(shè)需求。

（3）在路軌分合流位置，對線位及橋跨結(jié)構(gòu)進行合理處理，以滿足線位的轉(zhuǎn)換。

（4）高架與地面道路銜接選用平行式匝道，同時處理好與地面道路及被交路的交通組織。

（5）總體上統(tǒng)籌考慮周邊相關(guān)交通設(shè)施之間的關(guān)系。

2 項目情況

2.1 相關(guān)工程介紹

該項目所有線路均為《新機場外圍綜合交通規(guī)劃》中“五縱兩橫”的組成部分。共線段位于北京大興南部區(qū)域，沿線用地以村鎮(zhèn)、耕地、林地為主，控制物整體較少，遠期為規(guī)劃大興新城南擴區(qū)域的重要組成部分。共線段主要涉及項目有以下3個。

（1）北京新機場高速公路（以下簡稱“高速路”）

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為高速公路，雙向8車道，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為38 m。共線段采用高架橋形式，設(shè)計車速為120 km/h。線路穿越京滬高鐵后折向東南方向，進入共線段設(shè)計范圍，向南跨越一級公路龐安路后，共線段結(jié)束。項目已于2019年7月投入使用。

（2）軌道交通新機場線（以下簡稱“軌道線”）

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為城市軌道線，線路采用8D編組模式運營。共線段采用高架橋形式，線路運營最高時速為160 km/h，結(jié)構(gòu)限界為11.8 m，采用大站快線模式。線路下穿京滬高鐵后折向東南方向，進入共線段設(shè)計范圍，向南跨越一級公路龐安路后，共線段結(jié)束。項目已于2019年9月投入使用。

（3）團河路

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為一級公路，雙向4車道。共線段位于地面層，考慮遠期城鎮(zhèn)化建設(shè)，外側(cè)設(shè)置人行道，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為49.4 m，設(shè)計車速為60 km/h。線路穿越京滬高鐵后折向東南方向，進入共線段設(shè)計范圍，向南跨越一級公路龐安路后，共線段結(jié)束。項目計劃于2020年底投入使用。

除上述項目，考慮整個區(qū)域用地的集約化，共線段范圍周邊還有兩個項目與上述項目共走廊布置。

一是京雄城際。該項目設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為高速鐵路，線路采用8~16節(jié)編組模式運營，線路設(shè)計時速為250 km/h，結(jié)構(gòu)限界為12.6 m，采用高架橋形式。線路自西北沿京滬高鐵并行，上跨京九鐵路后轉(zhuǎn)向正南方向，開始與上述3條線路共走廊布置，與共線段設(shè)置安全保護凈距，最小寬度為15 m。

二是新機場高速公路綜合管廊。該項目是保障大興國際機場和中心城方向能源供給的重要通道，采用地下結(jié)構(gòu)形式進行敷設(shè)，采用雙倉結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)內(nèi)含給水、電力、電信、中水等相關(guān)管線，管廊結(jié)構(gòu)寬度約9 m。線路下穿京滬高鐵后折入共線段正下方，向南于一級公路龐安路北側(cè)離開共線段范圍。

2.2 要點總結(jié)

共線段全線約7.9 km，結(jié)構(gòu)分3層（以下簡稱“三線”）：最上層為高速公路，路面高度23~24 m；中間層為軌道線，軌面高度12.3 m；地面層為一級公路。橋梁結(jié)構(gòu)采用H型結(jié)構(gòu)，墩柱間距為17 m。一級公路布置于墩柱兩側(cè)，墩柱內(nèi)側(cè)地下埋置管廊，墩柱內(nèi)側(cè)橋下空間作為管廊附屬結(jié)構(gòu)及公路的養(yǎng)護工區(qū)。京雄城際位于三線結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段西側(cè)29 m位置，兩結(jié)構(gòu)平行敷設(shè)。類比已有相關(guān)設(shè)計案例，該項目有以下特殊性。

（1）功能需求強?？紤]北京市城鎮(zhèn)化發(fā)展速度，須統(tǒng)籌考慮遠期建設(shè)情況，同時還須考慮公路與沿線村鎮(zhèn)的互通服務(wù)需求。

（2）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高。高速公路及城市軌道線的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)基本達到了目前現(xiàn)行規(guī)范的上限，技術(shù)指標(biāo)要求較高，可突破余地較小。

（3）影響因素多。除共線項目外，還有結(jié)構(gòu)下方的管廊及西側(cè)緊鄰的京雄城際，各項目間的相關(guān)影響均須同步考慮。

3 重難點分析研究

該項目體量較大，受限于篇幅，本文僅對部分重點問題進行探討。

3.1 斷面選擇

在傳統(tǒng)模式中，工程建設(shè)受制于工期、建設(shè)單位及運營產(chǎn)權(quán)單位的不一致，不同項目往往采用不同線位甚至不同走廊進行敷設(shè)。該項目走廊帶內(nèi)包含公軌鐵共4條線路，考慮自身斷面需求及安全凈距，常規(guī)模式下4條線路共需橫向?qū)挾燃s163.4 m，且同時將用地切分為5塊。上述4條線路均主要承擔(dān)為機場服務(wù)的功能，且貫通時間基本一致，建設(shè)時序基本相同。這就為線位與走廊整合提供了契機。

京雄城際設(shè)計車速為350 km/h,根據(jù)《鐵路安全管理條例》，線路運行限界兩側(cè)15 m范圍不可有永久結(jié)構(gòu)物侵入,故無法與其他3條線路嚴密整合，僅可放入同一走廊帶內(nèi)布設(shè)。剩余3條線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相差不大，可考慮共線位設(shè)計。

從功能上來看：高速路主要服務(wù)于中心城區(qū)與新機場的快速溝通，沿線通過互通立交對地方進行服務(wù)；軌道線也主要服務(wù)于中心城區(qū)與新機場的快速溝通，研究范圍內(nèi)無站點；團河路為集散型一級公路，主要服務(wù)沿線區(qū)域內(nèi)部出行及對外聯(lián)系。

根據(jù)相關(guān)研究成果，交通線路的路基段對城市的割裂作用十分明顯，不利于區(qū)域的聯(lián)通發(fā)展[2]。遠期，伴隨大興新城的南延、南中軸文化帶的推進及臨空經(jīng)濟區(qū)的發(fā)展，大興南部區(qū)域要進行整體提升。為根本消除區(qū)域割裂，設(shè)計將高速路和軌道線置于二層以上位置，團河路為地方服務(wù)道路，因此置于地面層。

對于高速路與軌道線的層間關(guān)系，經(jīng)初篩后主要對下列3種方案進行比選：一是高速路上-軌道線下；二是高速路軌道線平層-軌道線居中；三是高速路軌道線平層-軌道線外側(cè)。上述方案中，京雄城際均置于最西側(cè)，方案如圖1所示。

圖1 斷面比選方案

具體分析比選結(jié)果見表1。

表1 橫斷面比選分析表

高速路上-軌道線下設(shè)計方案：征地范圍最小，節(jié)約征地面積約12%（可節(jié)約5.3～5.7 hm2土地）；沿線立交布置靈活；與周邊建筑間距拉大；工程投資相對較少；僅路軌上下層共構(gòu)布置，立交布置匝道將增加展線長度，局部須增加占地范圍。綜上，選用高速路上-軌道線下設(shè)計方案。由于橋下存在地下管廊，橋下空間范圍有大量管廊附屬設(shè)施，因此最終將地面道路設(shè)置于墩柱兩側(cè)，三線整合共線后，京雄城際位于三線西側(cè)，所有線路布置于同一走廊帶內(nèi)（見圖2），總用地寬度僅81.2 m（常規(guī)平鋪需163.4 m），可極大地減少拆遷，釋放土地經(jīng)濟效益。

圖2 斷面實施方案

3.2 豎向處理

3.2.1 共線起點段

三線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均較高，若在直線段進行線位過渡處理，必然產(chǎn)生很長的S形曲線過渡段，對工程投資及結(jié)構(gòu)設(shè)計均會帶來很大影響，因此采用路線折點過渡為最佳選擇。三線由不同位置通過折點形成共線段。距折點北側(cè)僅510 m即為該項目重要控制節(jié)點京滬鐵路走廊，三線上跨京滬鐵路后，往北130 m處即分孔下穿京滬高鐵（見圖3）。此節(jié)點三線均位于鐵路上方二層，繼續(xù)往北約380 m后，三線就須過渡為三層疊落標(biāo)準(zhǔn)形式，項目受控于技術(shù)指標(biāo)，面臨很大挑戰(zhàn)。

圖3 鐵路節(jié)點交叉示意圖

根據(jù)各自建筑限界，高速路與軌道線須滿足路軌高程大于12.3 m，軌道線與團河路須滿足路軌高程大于10.9 m。為形成共線段“團河路地面、軌道線二層、高速路三層”的構(gòu)型，團河路在上跨京滬鐵路后須快速下降，高速路在下穿京滬鐵路后須快速爬升。

高速路須在京滬高鐵以南380 m范圍內(nèi)解決路軌12.3 m的高差，條件極為苛刻，故線路在下穿京滬高鐵位置滿足凈空時仍須維持縱坡爬升構(gòu)型，以減少坡長的浪費?，F(xiàn)狀京滬高鐵軌面高35.14 m，蓋梁底高51.07 m，所需凈空7.96 m，下方所需凈空5 m，高鐵橋梁厚2.5 m，因此可調(diào)控豎向空間僅剩約0.45 m。兩條橫向鐵路線間距僅130 m，因此爬升坡度必然不滿足規(guī)范“不宜小于0.3%”的要求。規(guī)范要求爬升坡度“不宜小于0.3%”，主要是考慮路面排水能否順暢。此處線位為彎道，線路設(shè)置3%超高橫坡，橫向排水條件好，因此設(shè)計坡度減小至0.15%，排水問題通過橫向排水并加密雨水口解決。下穿京滬高鐵后，縱坡增加至2.8%，可于匯流點保證軌道線下穿凈空需求。團河路僅須上跨京滬鐵路后快速降坡即可，考慮北京為積雪冰凍區(qū)，最終采用了3.2%縱坡至三線共結(jié)構(gòu)段，以滿足路軌間10.9 m的凈空。團河路須于原地面下挖1.2 m（最大），排水通過增設(shè)一體化泵站解決。圖4為共線起點縱斷示意圖。

圖4 共線起點縱斷示意圖（單位：m）

3.2.2 共線標(biāo)準(zhǔn)段

三線形成疊落結(jié)構(gòu)后，將采用同一設(shè)計線向南共同布設(shè)7.9 km再分離。三線設(shè)計速度與標(biāo)準(zhǔn)均不相同。根據(jù)上文所述路軌之間最小凈距要求，當(dāng)?shù)讓訄F河路貼合地面線進行布設(shè)時，最上層高速路路面高程最小也需要23.2 m。為減小建筑高度以降低投資和施工難度，該項目采用三線統(tǒng)一坡長、坡度、豎曲線及變坡點位置的方式，在滿足凈空的前提下力求達到最小結(jié)構(gòu)高度。下面對三線相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行梳理（見表2）。

表2 三線豎向指標(biāo)梳理

高速路和軌道線為過境性線路，且均位于高架層，對地面干擾小。為保證三線豎向的一致性，同時降低結(jié)構(gòu)設(shè)計難度，設(shè)計將兩線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，并采用兩線指標(biāo)中的大值進行控制。團河路服務(wù)于地方，受地形地物控制較大，設(shè)計時主要以控制物為基準(zhǔn)，滿足對應(yīng)規(guī)范指標(biāo)即可，無控制物時則與其他兩線指標(biāo)保持一致。表3為三線豎向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

表3 三線豎向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，僅縱坡方面對道路排水可能產(chǎn)生不利影響。該項目道路橫向坡度為2%，設(shè)計合成坡度大于0.5%，路面水亦可暢通排除。同時，在高速路兩側(cè)對雨水口進行加密，在團河路以同等規(guī)模加密路側(cè)雨水口，可消除道路縱坡的影響。

3.3 交通組織

該項目共線段范圍內(nèi)存在兩處一般式互通立交。共線段內(nèi)結(jié)構(gòu)高度較高，且地面層存在地方道路。綜合征占地、造價及實施難度等因素，立交型式均采用菱形立交。

魏永路立交位于共線段起點，龐安路立交位于共線段終點。兩處立交距地面高度分別約25 m、31 m。北京市習(xí)慣做法為極限縱坡不大于4%，規(guī)范要求收費站范圍縱坡在極端條件下不大于3%，因此魏永路匝道至少要在800 m左右，龐安路匝道則至少需要900 m。受限于共線段結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和經(jīng)濟性，立交的分合流點不宜布設(shè)于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換段。魏永路距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換位置約900 m，龐安路距結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換位置約1 km，共線段東側(cè)匝道落地及起坡段與被交路間距僅約50 m，無法滿足團河路路口交織需求。共線段西側(cè)緊鄰京雄城際，要求兩側(cè)15 m范圍保護界限內(nèi)不可存在結(jié)構(gòu)物。為節(jié)約占地，共線段與京雄城際間距僅29 m（15 m保護間距+立交段平行匝道所需最小距離），匝道收費站寬24.5 m，因此匝道須下穿京雄城際并繞至其外側(cè)布置，故共線段西側(cè)形成間距約70 m的高速路匝道及團河路組合出口。最終路口構(gòu)型如圖5所示。

圖5 立交節(jié)點地面構(gòu)型

針對上述路口交織距離短、進出口關(guān)系復(fù)雜的特點，提出兩個方案進行比選。

（1）方案一為全轉(zhuǎn)向方案

方案考慮設(shè)置組合燈控路口，為減少車流交織，提前將共線段西側(cè)團河路進出口右轉(zhuǎn)車流外繞至匝道外側(cè)（見圖6）。

圖6 立交節(jié)點交通組織方案一

（2）方案二為部分轉(zhuǎn)向方案

結(jié)合交通分析，團河路進出口道高峰小時流量約1 800 pcu/h，匝道最大的高峰小時流量約720 pcu/h，故團河路與被交路設(shè)置一處全轉(zhuǎn)向燈控路口以滿足地面交通轉(zhuǎn)向，上下匝道的直行與左轉(zhuǎn)交通采用遠端200 m掉頭方式，同時將被交路上兩個調(diào)頭路口間的車道拓寬至三上三下（見圖7）。

圖7 立交節(jié)點交通組織方案二

（3）方案比選

方案一可滿足全轉(zhuǎn)向交通，且其設(shè)置的右轉(zhuǎn)外繞方式及兩個燈控路口減少了車流交織，但路口的進出口較多，共計14處，交通組織極為復(fù)雜，交通流流向不清，極易造成誤入及惡性交通事故。方案二根據(jù)交通量解決主要矛盾，路口交通采用減量處理，交通組織合理，且可解決主要交通需求，但匝道的直行和左轉(zhuǎn)交通進出均須通過路口掉頭解決。

綜合比較：方案二交通組織簡單，可滿足大部分交通需求，無安全隱患；方案一采用輔路外繞，須增加征拆工程，且交通組織十分復(fù)雜，安全風(fēng)險大。在方案二中，匝道進出口直行與左轉(zhuǎn)掉頭的服務(wù)水平可通過拓寬路段車道及控制掉頭間距進行完善。最終選擇方案二為實施方案。

4 方案綜述

（1）平面線位

高速路、軌道線及團河路穿越鐵路節(jié)點后，通過折點形成共線段，長度約7.9 km，跨過一級公路龐安路，通過線路折點三線分離，設(shè)計指標(biāo)采用標(biāo)準(zhǔn)較高的軌道線指標(biāo)。高鐵于鐵路節(jié)點西側(cè)匯入同一走廊帶，與共線結(jié)構(gòu)段平行獨立敷設(shè)，設(shè)計指標(biāo)采用鐵路自身標(biāo)準(zhǔn)。

（2）縱斷面

共線段范圍內(nèi)，高架高速路與軌道線標(biāo)準(zhǔn)取兩線中指標(biāo)較高者為設(shè)計值。地面道路受限于地形地物影響：在有控制物時，考慮控制因素，設(shè)計指標(biāo)滿足地面道路指標(biāo)即可；無控制物時，與高架線路指標(biāo)保持一致。

（3）橫斷面

采用三層結(jié)構(gòu)；高速路及軌道線為區(qū)域服務(wù)線路，地面溝通較少，置于上層；地面道路以服務(wù)地方為主，置于下層。由于共線段正下方為管廊及其附屬設(shè)施，故地面道路置于墩柱兩側(cè)。同走廊帶內(nèi)存在高鐵線路影響，斷面布置應(yīng)同步考慮橫向安全距離，滿足在最不利條件時（存在立交匝道），共線段結(jié)構(gòu)不進入鐵路安全保護限界。

（4）立體交叉

一般互通式立交考慮減少工程規(guī)模及征占地時，優(yōu)先選擇菱形立交。該項目中，受限于西側(cè)高鐵保護范圍，為減少土地占用，出口匝道在滿足出口車速軌跡要求的前提下采用平行式出口匝道。地面被交路口進出口過多且交通組織復(fù)雜時，可考慮“減法組織”理念，滿足主要需求，次要需求通過工程手段予以補充。

（5）橋跨設(shè)計

考慮遠期地面道路下穿，標(biāo)準(zhǔn)段跨徑與西側(cè)高鐵線跨徑對孔布置，采用32.7 m。橋墩為雙柱H型直線墩，上方支撐上蓋梁，擱置高速路。高速路主梁采用混凝土簡支小箱梁，橋墩立柱中間設(shè)下橫梁作為軌道梁體承重，亦兼作整個框架結(jié)構(gòu)的橫向聯(lián)系。

5 結(jié) 語

隨著綜合交通體系服務(wù)半徑的不斷擴大以及城鎮(zhèn)間和城市間的聯(lián)系日益加強，公路、市政道路、軌道線、高鐵線的交織和融合也會更加頻繁，甚至成為常態(tài)，同時城市化、城鎮(zhèn)化規(guī)模的擴大也使土地資源日趨緊張。本文對北京大興國際機場高速公路7.9 km公軌共線段范圍內(nèi)幾條相關(guān)線路進行了統(tǒng)籌考慮和整合研究，并對區(qū)段內(nèi)的斷面選擇、豎向處理、交通組織等重難點進行了分析論述，希望為日后推動多線路協(xié)同設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、集約設(shè)計提供借鑒。