地铁线路的基本知识与基本概念

线路的基本知识与基本概念城市轨道交通是一个集合概念，是在城市及都市圈范围内运行的一种以电力为牵引动力，采用轨道作为车辆导向、以列车编组方式快速高密度运行的大、中动量快速客动方式的总称。城市轨道交通一般可按其运量和技术特征分为地铁、轻轨和区域快速铁路（包括市郊铁路）三种形式。这三种形式构成城市轨道交通的主体，各有其适用范围，同时通过衔接换乘，相互补充，形成一个有机的整体，成为城市公共交通体系中的骨干，起着主导客流组织的作用。线网中各条线路所居位置不同，分担客流强度不等，应分为2〜3层次：1、主干线一一贯通城市中心，连接两端的主客流走廊，相对运量大，线路长。形成基本网络骨架。2、次干线一一位于某区域的主客流走廊，仅次于主干线地位，并无明显差别。3、辅助线一一位于市中心核心区边缘的线路，为主干线网络的补充，运量级有一定差距。SOD的概念交通疏导型，其主要功能是解决城市交通拥堵状况，满足交通需求，使市民能够快速方便地出行。（广州的1、2、5、6）TOD的概念TOD（Transit-OrientedDevelopment）的核心内容是：以公共交通车站（一般为轨道交通车站）为中心，以适宜的步行距离为半径，在这个范围内混合使用土地，实行中、高密度开发；将覆盖面广、使用选择性强的公共设施围绕车站集中布局，便于居民使用；通过步行、自行车和公交等各种出行方式的高效率换乘，取代汽车在城市中的主导地位。（广州的3、4）城市轨道交通新线建设的运营规模，按线路远期单向高峰小时客运能力，划分为四个类别、三个量级、两种封闭型式。各级线路相关技术特征宜按表2确定。各级线路相关技术特征表2线路运能分类IIImW高运量大运量中运量（地铁）（轻轨/单轨）线路型式全封闭型部分平交道口列车最大长度（m向运能（万人次/h）4.5〜72.5〜51.5〜31〜2适用车型AB或LbB、C、Lb及单轨C或D最高速度(km/h)80〜10080〜60平均站间距(km)1.2〜20.8〜1.5旅行速度(km/h)35〜4020〜30适用城市城区人口规模(万人)N300N150注：1.A、B、Lb、D型车和单轨车的技术规格见表5。C型车技术规格有待研究补充。1)线路方向及路由选择要考虑的主要因素线路的作用为城市居民的生产、生活提供交通服务，是修建城市轨道交通系统的主要目的。在为城市交通服务中，还应包括为城市哪一地区或哪一个方向的客流服务，该项工作由路网规划报告或项目建议书所确定，起讫点和必经点即线路走向体现这一服务目的。例如，上海地铁1号线一期工程是为解决上海市漕河泾、徐家汇、人民广场及上海火车站地区之间的南北客流交通，因此新龙华、徐家汇、人民广场、上海火车站是必经的控制点，如图7-1所示。其他：包括为战备、物资运输、安装电缆等服务。地下铁道多数建于地下，由于它的隐蔽性，在战争状态下，它可以用来隐蔽人员、物资，调动兵员和开办地下军工厂等。例如，“二战”期间的伦敦、莫斯科地铁都发挥了很好的战备作用。客流分布与客流方向无论从城市轨道交通系统的内部效益，还是从方便市民出行的社会效益考虑，都要求城市轨道交通系统最大限度地吸引客流，其线路应尽量多地经过一些大客流集散点，一般要放弃控制点间的最短路由方向。例如，上海地铁：1号线一期工程衡山路至人民广场间，长约5km，有复兴中路、淮海中路和延安中路3条路由可选，以复兴中路方案为最短，施工干扰也小，但最后选定线路增加200m的淮海中路方案，理由是淮海中路是繁华商业街，吸引客流比复兴中路大50%，如图7-1所示。广州地铁一期工程，杨箕至广州火车东站间，长约4km，中间有天河体育场为控制点，路由有体育西路、体育东路、东莞路三组方案，体育西路方案线路长度最短，客流方向最顺，东莞路方案吸引天河开发区，客流最多，最后选取线路增加500m、能吸引天河开发区客流的体育东路方案，如图7-2所示。城市道路网分布状况城市道路分为快速路、主干道、次干道、支路等。快速路、主干道是贯穿整个城市或各区之间的主路，道路宽阔、交通可达性好，道路两侧往往集中了许多重要的机关、单位、商业等部门，人口密度高。城市轨道交通线路一般应选择城市主路敷设，吸引范围内客流多，换乘方便，能更好地为市民服务，运营效益高。只有在特殊条件下或为了转换主路，在过渡地段才选择次干道以下道路敷设。隧道主体结构施工方法隧道主体结构施工方法｛艮多，不同施工方法的土建费用和对城市的干扰程度差别很大。在第四系地层中，浅埋明挖法施工的土建费用省，但对城市干扰大，暗挖法反之。所以，目前国内各城市有条件的尽量用明挖，但在市中心区则采用暗挖，如北京地铁复八线的区间采用浅埋暗挖，上海地铁1号线采用盾构法。城市经济实力城市轨道交通项目建设费用高，如地铁每公里造价数亿元。限于财力，在路由选择上，为了降低造价，除有计划地与旧城改建结合之外，还要尽量避免对城市造成大量的拆建工程。此外，各城市根据经济状况需要有计划分期、分批建设。除上述五方面经常考虑的因素之外，城市发展与改造计划、城市的地理环境条件(地形、地质、水文、周边城镇发展)、线路敷设方式等都影响路由选择，在特定条件下还可起主导作用。4)影响线路的走向与路由确定的因素线路的性质、作用及地位主要包括线路在城市轨道交通线网中的作用及地位、所承担的客流性质以及工程建设规模和线路等级等。客流集散点和主客流方向主要包括设计年限内，线路所经过的大型集散点的建设状况、可能形成的客流走廊状况以及主客流方向等。城市道路网及建设状城市轨道交通线路必须与城市的规划道路网建设密切配合，在未建成规划道路的地段建设城市轨道交通时，要注意轨道交通线路与规划道路的关系，在能力运用上要配套、合理。线路的敷设方式和技术条件线路的敷设方式以及采用的技术条件对线路的走向及路由也会产生很大影响，在不满足线路技术要求的地段，需采用绕行或另选路由。与城市发展的近远期结合选择线路走向和路由时一个重要的方面就是要考虑城市建设的近远期发展条件，要与城市建设发展时序相协调，发挥城市轨道交通建设对城市建设的牵引作用。此外，某些场合下，还有一些其他因素有时也会对线路路由产生决定性影响。如某一时期的战备要求、与一些重要设施的衔接要求等。线路路由方案的研究要在分析上述因素的基础上进行。线路走向和路由方案的研究一般1/50000〜1/10000地形图上进行，特殊地段可采用1/2000地形图。一般来说，根据线路技术条件和地形地貌，可提出2〜3个方案作为比选和论证的基础。(一)线路平面线路平面由直线和曲线组成。直线：设计线路平面应力争设置较长的直线段，减少交点（JD分右Y、左Z）个数，以缩短线路长度、改善运营条件。只有遇到地形、地质或地物等局部障碍，而引起较大工程时，才设置交点绕避障碍。夹直线：两相邻曲线间的直线段，即前一个曲线终点与后一个曲线起点间的直线，称为夹直线。夹直线长度应力争长一些，为行车和维修创造有利条件。地铁属于城市轨道交通，布线条件往往受到一定的限制。为考虑行车平稳要求，夹直线长度应保证不小于一节车辆的长度（A：22m，19m）。夹直线长度应符合国家规范与本线技术标准的要求；《地铁设计规范》规定夹直线长度A型车不宜小于25m，B型车不宜小于20m。曲线：地铁曲线由圆曲线和缓和曲线构成。选定直线位置时，应力求减小交点转角的度数，转角大，则线路转弯急，总长增大；同时列车行经曲线所要克服的阻力增大，运营费用力大。曲线半径的选用原则：因地制宜由大到小合理选用，结合线路纵断面特点合理选用。曲线半径对工程和运营的影响：采用较小的曲线半径能较好地适应城市的地形、地物环境条件，减少工程量，对降低工程造价有显著效果。但将增加线路长度、限制行车速度、增加轮与轨的磨耗、维修工作量加大；在小半径曲线下坡运行时摇晃加剧，降低乘客的舒适度；司机了望线路条件差，对行车安全不利；加大钢轨磨耗（主要是滑动摩擦一一附加动压力及轮轨间的相对滑动与曲线半径成反比）。北京（一期）200m半径磨耗严重，二期250m半径磨耗稍好；RN300m未发现不正常磨耗现象；小半径曲线行车横向力大，碎石道床线路的轨距与水平均难以保持，曲线的几何形状不易固定，养护维修工作量大。规范规定：最小曲线半径：A型车一350m，B型车一300m。缓和曲线：在直线与曲线之间要设置缓和曲线，以保证行车平稳。设置缓和曲线的作用：在缓和曲线范围内，其半径由无限大渐变到圆曲线半径，从而使车辆产生的离心力逐渐增加，满足曲率过渡、轨距加宽和超高过渡的需要，有利于行车平稳，以保证乘客舒适和安全。曲线特征点：缓和曲线起点，即直线与缓和曲线的分界点，简称直缓点ZH；缓和曲线与圆曲线的分界点，简称缓圆点HY；圆曲线与缓和曲线的分界点，简称圆缓点YH；缓和曲线与直线的分界点，简称缓直点HZ。当圆曲线半径等于或大于2000m时，一般可不设缓和曲线，就只有直圆点ZY和圆直点YZ。圆曲线长度：地铁圆曲线长度短对改善了望条件、减少行车阻力和养护维修有利。但最短不能小于车辆的全轴距，否则车辆将跨越在三种不同线型上，会危及行车安全、降低列车的平稳性和乘客的舒适度。5.地铁车站的设置：地铁的客流要靠车站吸引，为最大限度地吸引客流和方便乘客，地铁车站通常应设置在客流量大的地方，如商业中心、文化娱乐中心、大的居住区及地面交通枢纽等处，同时为便利不同线路间的乘客换乘，在地铁不同线路及与其它轨道交通交会处也应设置车站。车站之间的距离选定应根据具体情况确定，站间距离太短虽能方便步行到站的乘客，但会降低运营速度，增加乘客旅行时耗，并增大能耗及配车数量，同时，由于多设车站也增加了工程投资和运营成本。站间距离太大，会使乘客感到不便，特别对步行到站的乘客尤其不便，而且也会增大车站负荷。一般市区范围采用1km，郊区因地制宜，适当放大到1.5km—2.0km或更长。（二）线路纵断面线路纵断面是由长度不同、陡缓各异的坡段组成的。相邻两坡段的坡度变化点称为变坡点。坡段的特征用坡段长度和坡度值表示。坡段长度为坡段两端变坡点间的水平距离血），坡度值为该坡段两端变坡点间的高差（m）与坡段长度的比值，以千分数表示（％。），上坡取正值，下坡取负值。正线最大坡度是线路的主要技术标准之一。它对线路的埋深、工程造价及运营都有较大的影响，因此合理地确定线路最大坡度具有很重要的意义。最大坡度的确定：目前我国地铁采用的电动客车有A型（广州、上海）、B型（北京），一般采用动、拖车编组方式：两动+两拖检算：北京B型车在43.95%。坡道上、上海A型车在41.76%坡道上都能起动，起动速度按5km/h计一一动拉三拖，并在超员情况下。因此满足正线最大坡度不宜大于30%。困难地段可采用35%的规定。辅助线：联络线、出入段线上的最大坡度不宜大于40%（空车）。最小坡度：隧道与路堑地段线路坡度一般不小于3%。，主要是为了满足排水需要，因一般情况下线路坡度与排水沟的坡度一致。车站线段坡度：地下车站应尽量平缓，以防车辆溜动，但又要考虑隧道的最小排水坡度，故宜将车站站台计算长度设在2%。的坡道上。地面站与高架站地段排水较易处理，为使车辆停车平稳，车站站台段线路应尽量设在车道上，只有在困难地段为便于停车和起动，才可设在不大于3%。的坡度上。隧道内的折返线和停车线，为保障车辆停放的安全，线路坡度要求尽量平缓，但又要保证隧道内的排水，故采用2%。的坡度。折返线和停车线布置在面向车档的下坡道上，目的是防止向车站溜车，确保停车安全。竖曲线设置：为缓和变坡点坡度的急剧变化，使列车通过变坡点时产生的附加加速度（即竖向加速度av）不超过允许值，相邻坡度差大于或等于2%。时，应在变坡点处设置圆曲线型竖曲线：6、坡段长度的要求：列车通过变坡点要产生附加力和竖向加速度，影响行车平稳，故设计较长的坡段为好；但为了适应线路高程的变化，坡段又不能太长，否则影响工程造价、增加工程量，要求使一列车范围只有一个变坡点一保证行车平稳。坡段长度还要求满足竖曲线不重叠，且相距一定距离，有利于列车运行和线路维修养护。因此规定夹直线长度不小于50m，在两竖曲线间能放下二、三节车辆。（四）地铁线路设计有关术语正线一一载客列车运营的贯通线路。行车速度高、密度大，且要保证行车安全和舒适，因此线路标准较高；最小曲线半径R：一般A型车350m；B型车300m。辅助线一一为保证正线运营而设置的不载客列车运行的线路。包括单渡线、交叉渡线、折返线和停车线。一般不行驶载客车辆，速度要求较低，故线路标准较低；最小曲线半径R一般A型车250m；B型车200m。联络线一一连接两条独立运行正线之间的线路。不行驶载客车辆，速度要求较低，故线路标准较低；曲线半径一般250m〜200m。最小曲线半径150m。是解决车辆调配和处理其它事项须转线运行的需要。因为有的线路没有条件与地面铁路接轨，无法直接运送车辆与大型设备；有时一个车辆段要承担两条或两条以上线路的车辆检修业务；有的线路采取分段修建和运营时，车辆段一时未建，车辆检修业务需临时由其它车辆段承担等情况，都需要借助联络线转运。此外，联络线还可以保证在特殊情况下，列车可由一条线转入其它线路运行，增加处理事态的灵活性。出入段线一一连接正线与车辆段之间的线路。一般不行驶载客车辆，采用最大坡度，最小曲线半径150m。路基一一经开挖和填筑而成的直接支承轨道的基础结构物。开挖成的叫路堑，填筑而成的叫路堤。轨道结构一一路基面或结构面（桥梁顶面或隧道底板顶面）以上的线路部分，由钢轨、扣件、轨枕、道床、道岔、联结零件及防爬设备等组成。是地铁的主要技术装备之一，是行车的基础。轨距一一双轨线路，钢轨顶面以下规定距离处（16mm）左右两股钢轨头部内侧之间的最短距离。世界上铁路轨距分为三种：标准轨距（1435mm）、宽轨距（大于标准轨距的，如1524mm、1600mm、1670mm等，用于俄罗斯、印度、蒙古等国）和窄轨距（小于标准轨距的，如1000mm、1067mm、762mm、600mm等，用于日本、冶金、煤矿及隧道施工），地铁与大铁的轨距一般均采用标准轨距1435mm。重庆市2005年6月18日建成的城轨交通二号线，是跨座式单轨交通线，在我国尚属首次。（另有悬挂式单轨交通）无缝线路一一是把标准长度的钢轨连续焊接或胶结而成的长钢轨线路。在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，无缝线路的优点是冲击和振动减少，噪音低，车轮与钢轨磨耗减少，线路与车轮维修量大大减少，提高了安全度和旅客的舒适度。整体道床一一在坚实基底上直接用混凝土等材料灌筑的轨下基础。优点是整体性强，稳定性好，有利于高速行车，维修工作量小。道岔一一是机车车辆从一股轨道转入另一股轨道时必不可少的线路设备，是地铁轨道的一个重要组成部分。由于道岔具有另部件数量多、构造复杂、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低、养护维修投入大等特点，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。为了保证行车安全和便于线路维修养护，一般规定竖曲线离开道岔端部的距离不应小于5m。道岔号数为偏角的余割，偏角越小号数越大。一般正线选用9号道岔。站台计算长度一一最大列车编组长度加列车停站时产生的误差。曲线不得侵入车站站台计算长度，是为了保证站台平整和乘客安全，并有利于车站的施工。旅行速度一一列车从起点站发车至终点站停车的平均运行速度。曲线加宽(加高)之要求：加宽起点A：缓和曲线的起点(ZH或终点HZ)向直线方向的距离L1：L1=定距(转向架中心距)+(车辆长度一定距)/2半加宽终点B：缓和曲线中点向直线方向的距离L2L2二车辆长度/2全加宽起点C：缓和曲线终点(HY或YH)向直线方向的距离L3L3=车辆长度/2在区间隧道设计中除明挖法外，为方便施工，隧道加宽不按直线变化(渐变)而只按半加宽与全加宽计，按A~B点为半加宽，B~C点全加宽设计。9.介绍找地下线区间最低点的简易计算方法：最低点至变坡点的距离x为：大小坡度差的一半乘半径。即：x=(i-i)/2*R最低点至小坡度竖曲线起点的距离x1为：小坡度乘半径即：xji2*R城市轨道交通中节能坡的使用，主要遵循以下几个方面的原则：轨道交通的列车再生制动功能，不能代替节能坡。再生制动是一种动力制动，是把电动车组的动能通过电机转化为电能后,再使电能反馈回电网提供给别的列车使用。这种方式既能节约能源,又减少制动时对环境的污染,且基本上无磨耗。现代轨道交通车辆广泛采用这种再生制动技术，发出的电能供邻近的列车使用，但时间吻合的几率并不高，因此它并不能代替节能坡。轨道交通凡有条件的区间，都应设计成节能坡，即遵循“高站位、低区间”的设计原则。列车从车站起动后，借助下坡的势能增加列车加速度，缩短列车牵引时间，从而达到节能的目的。列车进站停车时，可借助坡度阻力，降低列车速度,缩短制动时间，减少制动发