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为什么北京站当年要设计成尽头式车站?

折返1435 铁道视界 2020-08-23
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深度分析
就在不久前,知乎上的一个问题引发了很多讨论,“为什么北京站当年要设计成尽头式车站?”——这个看似简单的问题,仔细想来却又不简单。今天的推文,就让我们请铁路博主@折返1435 来为我们讲解一下,北京站这一大家司空见惯,细想起来又疑惑重重,背后又有着诸多故事的设计~


北京站这么一个大家已经司空见惯的设计,其实背后有着丰富的故事


60年前已经规划了铁路入地的直径线


其实,北京站在设计之初就规划了通过式站场,并在站场西端预留了线路入地的空间。按照60年前的这个规划,北京-北京西地下联络线将在北京站西咽喉入地,在西便门附近出地面,北京站将得以用这种形式成为贯通式站场。


如果仔细看下面的1960年版北京枢纽总布置图会发现,北京西-北京站不仅规划有地下直径线,且为四线设计,这在当时绝对是一个非常有超前意识的规划。后来,在1965年开始修建的北京地铁一期工程,就占用了其中两线的线位,但另外两线的线位仍被预留作为铁路地下直径线。而在北京西站在设计和修建过程中,也为这条直径线做了长达240m的预埋工程。



北京铁路枢纽总布置图(1960年修改版)出自《北京铁路局志(1881-1987)》上册


2001年的卫星照片,北京西站东咽喉,西黄线旁。可见为直径线预留的岔区和线位


那么,为什么早已有了这一完善规划的北京站,一直拖到5021年才完成地下直径线工程,部分建成了通过式的站场呢?这背后就有一系列的缘由了——


早先年间:工期紧张+需求不大


首先,作为中华人民共和国建国十周年的献礼工程,北京站于1958年10月下旬才开始设计,由几所设计院和高校在两个月内就完成了相关设计工作;1959年1月20日,新北京站正式开工,9月10日实现基本竣工,五天后正式交付。也就是说,从展开设计到建成投用,北京站仅仅用了一年不到的时间,时间不可谓不紧张。


从下图中看到,新北京站与老正阳门车站及原线位距离并不远,东侧咽喉依然位于环城铁路、京山线交会之处。本着尽快实现通车的目的,近期内建成东咽喉区便可满足北京地区列车始发终到需求,其它徒增工程量的设计自然要先放一放。



新旧北京站与三角线位置关系示意图,图片来源:《北京站志》


这里,从另一个细节就可看出当时对于北京站工期的急迫:由于北京站东咽喉区跨越护城河,彼时护城河尚为通航河道等原因,此桥的修建方案也经过了反复的分析论证和停工,且未能在车站竣工前较好解决。直至北京站建成通车时,东部咽喉区东便门大桥都没有全部建成,只得采取临时便线通车,此时从东咽喉进站的列车,甚至要经过12‰的下坡。直至1966年,北京铁路和北京市方面才完成了对相关桥梁结构、线路坡度、河道形式的改建。如此一个看起来规模不大的工程,尚且妥协并延迟了6年,就不难想到地下直径线被暂缓施工的原因了。


从图中可以看出,北京站东咽喉区,铁路跨越护城河水系


原因之二,作为首都北京最重要的铁路客站,北京站长期以来的站场布局也和客站定位乃至枢纽定位,说大点就是和不同时代的铁路运输需求、解决思路有关。说到底,就是在建成后的很长一段时间里,北京站对通过式站场的需求不大。


北京作为祖国的心脏,客运定位以始发终到为主,满足广大来往首都旅客的乘降需求。因此时至今日,北京四大客运火车站(北京、北京西、北京南、北京北)中的列车绝大部分都为始发终到列车,需要折角的列车对数并不多。北京站的始发终到列车均由本务机车推送往来车辆段,在当时的列车对数下,站场能力和运输效率之间的矛盾并不凸显。且由于北京站东侧三角线(京山-京承联络线)的设计,枢纽内通过列车完全可以不进入北京站,可在永定门、北京东等站办理客运业务。


从数字上看,北京站在建成之初共有6台11面(+1机走线)。在1959年,北京铁路局全局的客运列车对数仅78对;1960年4月,北京站的列车对数为31对,而尽头式式北京站(一期工程)的设计容量则达到了50对/天(远期通过式为200对/天)。可以说在站场规模的设计上,基于当时的运量,北京站的设计甚至可以说是具有一定超前性的


2001年的北京站


直到进入二十世纪八十年代后,面对北京铁路客运量的不断增长,铁路方面主要采取了扩大列车编组的方式来解决这一矛盾。并同时对北京站的股道站台向西延长,满足扩编至20辆的需求。在这一点上可以说,北京站的贯通/联络线的修建与否,长时间以来并不是北京枢纽客运的核心矛盾


2003年改造中的北京站和2005年改造完毕的北京站,对比可以看出,改造重点是站台长度扩编


技术困难:京城地下的“刀尖上的蹦迪”


让我们把时钟拨到现在,要知道,即使在铁路尤其是城市隧道施工技术已经日新月异的今天,从北京地下直径线本身的技术难度来看,这项工程也是令业界望而生畏的。 


这条长安街以南的直径线到底有多难呢?北京站-北京西站地下直径线最终开建于北京站建成四十余年后的2005年,这项工程被北京市列为“最难、风险最大的在建地下工程”,被铁道部列为“极高风险1号”工程,其难度可见一斑。施工过程中,几乎集齐了明挖法、暗明挖法、盖挖法和盾构法这四种北京地铁修建的主要方法。除了沿线复杂的地质条件外,还需要考虑到地面的文物古迹(正阳门、明城墙等)、市政道路桥梁、地下水电管网等。


北京地铁施工方法平面图,图自《北京地下直径线工程综合施工技术》


随着近五十年来北京地下铁道网络的不断织密,“擦身而过”的地铁线路也成为了巨大的风险源:直径线需要近距离下穿地铁4号线、上穿地铁5号线、8号线,与地铁2号线平行修建这对沉降控制提出了极高的要求。对于垂直穿越的线路,由于受力情况的改变,会使既有线路发生沉降或上浮。而对于平行而建的线路,则有可能使既有线发生横向倾斜。发生变形的可能,与在建线路与既有之间的距离有密切的关联。按照北京地铁方面提出的要求,既有地铁线路的结构变形要控制在3mm以内,而最终工程的实际控制结果则达到了2.1 mm以内,顺利完成“刀尖上的蹦迪”。


地下直径线建设工程与北京地铁部分既有线路之间的关联。图表来源:《北京站至北京西站地下直径线工程重大风险源分析与控制》,赵勇、韩福中、李建华


但即便顺利建成隧道,也并不意味着一劳永逸的安全运营,除了要考虑到建设过程对地铁设施结构的影响,还要考虑到线路投用后国铁、地铁列车的振动对彼此建筑结构寿命的影响。这一切的一切,都对工程工艺和运营维护提出了极高的要求。


地下直径线与北京地铁系统线网关系示意图。由于时代原因,图中未涉及地铁8号线。(图片来源:《北京地下直径线列车运行对既有地铁结构的振动影响研究》, 刘卫丰、刘维宁、张厚贵)


事与愿违:建成之后未能发挥应尽作用


作为北京站变身的关键工程,随着北京枢纽内旅客运量和列车对数的不断增长,北京站-北京西站的地下直径线按照预期计划建成后,北京站所有股道将与直径线联通。由此京秦线、京承线等线路也将与西长联络线、京广高铁等实现联通,枢纽内经停列车也不必折角运行。由京广线(及客专)而来经京秦线、京沈客专等线路去往东北地区、去往京承等方向的旅客也不必再借助市内公共交通换乘。这样看来,若联络线能够按照原规划建成,京沈、京唐等客专能顺利引入北京站,这条联络线将起到非常积极的意义。


傍晚到发高峰期间繁忙的北京站东咽喉,图中共有京广方向而来普速旅客列车、开往东北及东北而来的动车组列车、的等待转线的内燃机车。即如今的北京站东咽喉承担了两个方向的列车到发及机车、车底出入段四个功能


换个角度看繁忙的北京站东咽喉


但偏偏事与愿违,全长仅9公里余的地下直径线自2005年12月开工以来,历时近十年的时间,直到2015年3月20日才正式通行旅客列车。不仅如此,它还成为了一条瘸腿的联络线,由于受到北京站西侧丁香胡同小学(丁香胡同小学是一所具有140年历史的学校,内有市级文物)的拆迁问题的限制,最终北京站仅有部分站线得以与直径线联通


原站场改造暨地下直径线接入规划方案


媒体关于设计方案更改的报道


最终确定的施工方案


2014年,北京站正在进行改建施工的西咽喉


北京站站场西侧现状


除了地下直径线未能实现最初的设计规划外,
“生不逢时”也造成了这条众望所归线路的另一个遗憾:由于北京枢纽及周边地区路网结构和车站定位的变化,地下直径线的功能一度显得极为鸡肋。随着北京枢纽客运能力的不断紧张,京局也更倾向于将北京枢纽内的经停列车分散至其他线路,减轻北京枢纽及两大客站的压力。尤其是津保铁路的开通,使得北京地下直径线的路网性意义进一步下降。由保定以南而来的京广线普速列车、京广高铁动车组可以经津保铁路进入天津枢纽,接驳津山线或津秦高铁,从而通达东北地区。无需再经过北京枢纽折角至京秦线,或经北京-廊坊-天津绕行。


津保线开通后的部分京广线-天津、东北方向列车运行路径。底图来源:@贵广十标段


同时,北京枢纽内客站的分工定位也出现了新的变化。目前,新丰台站正在建设中,建成后丰台站将承接北京枢纽内大部分普速旅客列车的始发终到任务。同时,位于城市中心区的北京西站、北京站也将转型主要办理高铁和城际铁路的动车组列车。但由于京沈高铁引入北京枢纽工程的滞后以及东北环线星火以南卡脖子的问题,短期内京沈高铁的引入还并不明朗。故预期的地下直径线起到的京沈-京广方向通联作用,还是悬而未决。


破局之眼:市郊铁路城市副中心线


2017年底,北京市郊铁路城市副中心线的开通(北京西-北京-北京东-通州),地下直径线也迎来了新的运行阶段。虽然由于前期车次较少、列车时刻及运力与客流错位、乘降便利性差等因素,副中心线一度成为“运椅专列”,运营惨淡。但随着延伸至乔庄东站和时刻优化,副中心线的客流有所提升。值得期待的是,今年城市铁路副中心线将延伸至良乡,并开通良乡站等车站,届时副中心线的客流有望再度进一步得到提升。此外,今年上马的东北环线、京承铁路市郊铁路项目若能引入北京站、北京西站,利用地下直径线沟通北京市西部(西南)与东部(东北)的通勤客流,也将具有极大意义。地下直径线的“破局之眼”,似乎就在于此!


20180701和20191230版北京城市副中心线时刻表,可以看出时刻优化


北京城市副中心线或许就将是北京地下直径线的“破局之眼”


参考资料:

1.两大车站一线牵——北京地下直径线,张继清,《铁道知识》杂志

2.《北京站志(1901-1988)》,北京铁路局

3.《北京铁路局志(1881-1987)》上册

4.北京站至北京西站地下直径线工程重大风险源分析与控制,赵勇、韩福中、李建华

5.北京地下直径线工程综合施工技术 ,程学武

6.北京地下直径线列车运行对既有地铁结构的振动影响研究,刘卫丰、刘维宁、张厚贵

7.铁路改规划 百年小学逃过拆迁,北京青年报 



作者:折返1435

编辑:吕彪




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