北京地铁八通线工程设计综述
赵 斌（北京地铁京通发展有限责任公司）轨道交通是解决大城市交通拥堵的重要途径。为迎接2008年奥运会，北京于2008年前要实现约300km的轨道交通线路。在城区，由于环境的制约和城市景观的要求，线路一般设于地下，比如北京地铁1号线和2号线，包括正在建设的地铁5号线的大部分工程。但地下线耗资巨大（1km投资约5～7亿元人民币），并且施工难度大，周期长。随着北京城市格局的调整，边缘集团和卫星城镇的形成，地面轨道交通将成为城区与郊区的联系纽带，这些轨道交通线路称为城市铁路或市郊线路。八通线属于市郊线路，市郊线路的建设有其内在的规律性，它穿梭于城市和郊区之间，其设计标准、环境保护、施工方法、安全措施等方面都有其特殊的要求。随着北京轨道交通的大发展，对已建项目不断进行总结，无疑会对新建线路有参考和借鉴作用。本文对八通线土建设计中的主要问题做初步的回顾和评述，希望对类似工程能有所借鉴。
一、 工程概况
北京地铁八通线（八王坟至通州）是北京地铁路网规划1号线的东段，途经朝阳和通州两区，起点为位于朝阳区内地铁复八线的四惠站，终点为通州区的土桥站，线路全长18.964km，其中1.744km的线路是利用原复八线的一段，新建线路长17.22km，全线共设置13座车站，其中包括9座高架站，4座地面站。线路最大站间距是定福庄至双桥站为2001.95m，最小站间距是体育场至土桥站为776m，平均站间距为1498.4m。线路考虑全封闭。在线路终点土桥设车辆段和综合维修基地，占地23.98hm2，总建筑面积约89602m2；在已运营的四惠站上设全线指挥中心，总建筑面积18225m2。
八通线初期预测高峰小时最大客流量为14068人，近期（2010年）为20695人。属中等运量的系统。初期按4节编组，3min间隔，配车24列，车辆电气传动采用VVVF传动方式，直流750V 供电；车顶安装空调系统，车顶至轨顶面的高度为3.51m。八通线总投资34亿元人民币，其中土建工程费6.8亿元人民币，设备工程费11.4亿元人民币。
二、土建工程主要设计内容
1、 线路路由
八通线路由在四惠东站以东下穿京包铁路后向东逐渐抬高，在华润饭店西侧的加油站南面斜跨京通快速路上行线，而后进入京通快速路南北主路之间的20m隔离带内，一直往东，随京通快速路的起伏而起伏。线路经八里桥收费站后跨京承铁路到达北苑环岛。在可研阶段，起初是沿新华大街往东，由于拆迁困难，改为沿运河大街。而后综合考虑通州区的发展规划，最后改为现在的沿京津公路西（南）侧的方案。线路经北苑环岛西南侧，沿京津公路西（南）侧经果园站、九棵树站、梨园站、体育场站，最后到达土桥站。
2、 线路主要技术指标
八通线正线设计为双线，列车最高行车速度：80km/h 正线平面曲线最小曲线半径R=300m，线间距有3.8m（正线）、4.2m及5.0m三种类型。线路正线最大纵坡23.5‰（上跨京通快速路起点），其余地段均不超过18‰，车站纵坡均不大于3‰。高架桥采用短枕式整体道床结构；地面线一般采用混凝土枕碎石道床，局部地段采用短枕式整体道床结构。
钢轨正线采用60kg/m钢轨，铺设温度应力式无缝线路；车场线采用50kg/m钢轨。道岔采用专为地铁设计的60kg/m钢轨9#单开道岔，转辙器采用60AT直线型尖轨、采用高锰钢整铸式辙叉，可调H型护轨。渡线采用专为地铁设计的60kg/m钢轨9#道岔5m交叉渡线。交叉渡线的4个转辙器及9#锰钢辙叉均与单开道岔的相同。
3、 地面车站设计
地面车站的设计首先要保证地铁运营的安全，同时要配备足够的功能房间，管理要方便，并且要减少对工作人员的影响。
八通线沿线工程地质全部为第四纪地层，岩性基本为黏性土，仅局部有砂卵石存在，属中软土。整个区域为Ⅲ类建筑场地。为便于车站房间灵活布置，结构选为框架结构，按抗震烈度8度设防，设计为2级框架，充分考虑框架的本身的疲劳延性。
车站的基础形式综合考虑工程地质情况和功能要求等因素，四惠和四惠东站地面站采用筏板基础，定福庄车站采用独立扩大基础，土桥站由于地质条件较差，基础采用了 CFG桩复合地基的形式。高架车站采用钢筋混凝土灌注桩基础。
除四惠和四惠东站采用了岛式站台外，其余车站均为侧式站台。车站平均建筑面积约5600m2；车站出入口采用地下通道和天桥两种形式。车站内部设自动扶梯和电梯，出入口设置10%残疾人坡道和0.5m宽的自行车坡道，以满足无障碍设计的要求。
车站的外立面造型力求反映现代交通建筑的特点，与周围环境相协调，兼顾美观效果，以最大限度吸引客流。顶棚采用钢架加彩色钢板。内部采用铝质板吊顶。内外装修标准为1000元/m2。
三、工程设计的重点和难点
八通线以高架桥梁为主。高架线长度11.053km（含9个高架车站，总长1.364km）, 地面线长度6.167km。
桥梁设计质量直接关系到整个工程的安全、投资和质量。因此，桥梁设计是工程设计的重点。在初步设计阶段进行了1：1实体梁的试验研究。为此，设立了“北京地铁八通线工程25m预应力混凝土梁试验研究”科研项目。研究中所用材料、混凝土配合比、施工过程、加载龄期等与实际施工状态基本一致。项目组研究了工型梁的使用性能、受力状态、开裂及破坏状态，对梁的设计抗裂安全系数和强度安全系数进行了验证，研究了混凝土叠合梁的预应力长期损失及徐变上拱随时间发展的规律，同时优化了部分设计参数。提出了梁的施工及验收标准。研究认为：工型组合梁是城市轨道交通较好的断面形式。为了实现标准化，提高工程质量的目标，全线桥梁设计成以25m预制钢筋混凝土梁为主。梁体为工厂预制；桥面板为现浇以便于整体道床预埋钢筋钩的准确定位。
八通线跨越京通快速路辅路、通惠河、京承铁路、京秦铁路以及13处现况和规划道路。这些特殊节点的设计是桥梁设计的难点所在。跨越京承铁路、京秦铁路、京通快速路辅路等节点设计为钢桥。跨越铁路时，为保证与既有运营国铁线路的安全距离，桥跨最大设计为50m，建筑高度为2.5m。在跨京通快速路辅路时由于地理位置的限制，基础设计为门式框架墩，对桥梁基础进行了优化处理。线路上其他节点设计成现浇预应力箱型梁。
四、地上线轨道交通设计中应当重视的几个问题
（1） 平交与立交：线路是走地面还是高架，要经过充分的经济技术论证。八通线高架线路土建每公里造价约4千万元人民币，地面线路基（土建）工程每公里造价约430万元人民币。对于像八通线这样的市郊铁路，原则上应该尽量走地面线，以节省投资。但由于经过的既有道路或规划道路属城市主干道，则应当高架起来，并且须满足桥下净空的要求。对于预测客流量较大的区域，采取立交形式可以提高列车行驶速度，管理比较方便。
（2） 减振降噪的措施。高架线上的噪声是轨道交通发展中带来的重要问题。处理得好与坏直接关系到轨道交通是否能实现可持续发展。这项工作应该在城市总体规划和轨道交通路网规划中就开始考虑。在设计中采取一些必要的技术措施来减少列车行驶产生的噪声对周围的影响。八通线工程采取的主要措施有：在轨道结构方面，车站采用了德国隔尔固公司的科隆蛋减振扣件。全线使用了温度应力式无缝钢轨，一次铺设。在线路沿线噪声敏感地带，加设了隔声屏障，使之达到城市区域4类噪声标准的要求。
（3） 桥梁形式。合理的桥梁断面设计，一方面可以节省资金，提高施工质量，另一方面可以达到减振的效果。研究表明，工型梁的自身震荡的频率高，不易与基础和地基产生共鸣，对震动的影响较小。实际上，桥梁断面形式以及其他设计参数的选择要综合考虑列车行驶速度、轨道结构、地基性能等因素。
（4） 车站桥的设计。八通线车站内的桥梁结构与车站结构是连为一体的，它的特点是施工方便，桥下房间容易布置。但是，这两个结构连为一体，列车行驶产生的应力波会直接传播到两侧站台板下，对工作人员的影响似乎要大。桥梁与车站结构分开设计，中间设计成隔震垫块，应力波的传播会受到阻隔，这样隔震效果要好。具体情况如何，还要在实践中收集测试数据进行分析研究。
（5） 结构防迷流设计。高架桥上整体道床钢轨对地的绝缘电阻较低，在暴雨时由于水膜的影响电阻会更低，比之隧道内的情况更为不利。因此，高架桥结构的防迷流设计尤其重要。除了采用高绝缘的扣件外，有的工程在钢轨和基础间设置绝缘性能良好的聚合物砂浆层。香港地铁采用了排流措施，把基础的钢筋焊接，引导迷流流回变电所。
（6） 高架桥梁的桥面防水设计。提高防水设计质量是保证高架桥结构使用寿命和保证安全、减少日常维修量的重要方面。目前，工程人员都认为高架桥面不宜做卷材防水，而是用881—Ⅰ型聚氨酯防水涂料。桥面设5‰的坡度。但是，这种工艺很难保证承轨台与防水涂料的紧密咬合，一段时间后，一旦出现缝隙，水就会进入结构，从而腐蚀钢筋，缩短结构寿命。因此，高架桥面的防水技术须进一步研究。
