地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)中幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的探討和思考.doc

地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)中幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的探討和思考 丁習(xí)富DINGXi-fu （中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都610031） 摘要：以廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)、東莞城市快速軌道交通R2線(xiàn)等的快線(xiàn)設(shè)計(jì)為例，分析地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)與一般地鐵設(shè)計(jì)的區(qū)別，就地鐵快線(xiàn)在設(shè)計(jì)中的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析，為今后地鐵快線(xiàn)的設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。 關(guān)鍵詞：地鐵快線(xiàn)；設(shè)計(jì)；探討；思考 ：U231+.2：A：1006-4311（xx）17-0128-03 作者簡(jiǎn)介：丁習(xí)富（1973-），男，云南南華人，高級(jí)工程師，中鐵二院地鐵院設(shè)計(jì)管理部部長(zhǎng)，中鐵二院東莞城市軌道交通項(xiàng)目部常務(wù)副經(jīng)理，東莞城市快速軌道交通R2線(xiàn)副總體。 1概述 隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，至xx年12月31日，中國(guó)內(nèi)地已有22個(gè)城市94條城市軌道交通建成并運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)總里程2886km，目前東莞、貴陽(yáng)、青島、合肥、南昌、福州、廈門(mén)等城市也在修建，預(yù)計(jì)到2020年，國(guó)內(nèi)將有約40個(gè)城市發(fā)展軌道交通，總規(guī)劃里程7000多公里。 在這些已建成和正在建設(shè)的城市軌道交通中，絕大多數(shù)為位于中心城區(qū)的地鐵制式線(xiàn)路，設(shè)計(jì)的最高運(yùn)行速度主要有80km/h和100km/h兩種，其運(yùn)營(yíng)組織與車(chē)輛選型、系統(tǒng)配置與土建工程配套等均可按現(xiàn)行的地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50157-xx）、城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（建標(biāo)104-xx）、城市軌道交通技術(shù)規(guī)范（GB50490-xx）及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。 而已經(jīng)建成開(kāi)通的廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)、上海地鐵16號(hào)線(xiàn)和正在建設(shè)、即將于xx年開(kāi)通的東莞城市快速軌道交通R2線(xiàn)、深圳地鐵11號(hào)線(xiàn)等，則為連接中心城區(qū)與相應(yīng)組團(tuán)的地鐵快線(xiàn)，設(shè)計(jì)的最高運(yùn)行速度均為120km/h，已超過(guò)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的最高運(yùn)行速度不超過(guò)100km/h的適用范圍，因此在這幾條線(xiàn)路的設(shè)計(jì)中，不能完全按地鐵規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要根據(jù)最高運(yùn)行速度為120km/h的地鐵快線(xiàn)特點(diǎn)對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行研究論證后采用，本文結(jié)合參與的廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)和東莞城市快速軌道交通R2線(xiàn)工程的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究120km/h地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)的一些基本特征及在地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)中現(xiàn)行地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范存在的不足，特別是速度目標(biāo)值、列車(chē)編組及空氣動(dòng)力學(xué)等方面，為今后地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范的制定提供了參考，下面，就設(shè)計(jì)中遇到的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行探討和思考。 2設(shè)計(jì)中遇到的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的探討和思考 2.1地鐵快線(xiàn)的線(xiàn)路設(shè)計(jì)特征 隨著城市軌道交通的發(fā)展，中心城區(qū)的地鐵線(xiàn)路密度越來(lái)越大，網(wǎng)絡(luò)逐步完善，地鐵的建設(shè)逐步向郊區(qū)輻射，為了實(shí)現(xiàn)中心城區(qū)與周邊衛(wèi)星城（鎮(zhèn)）或衛(wèi)星城之間高速、便捷、環(huán)保的出行方式，地鐵快線(xiàn)應(yīng)運(yùn)而生，如廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)主要是連接廣州中心城區(qū)與番禺區(qū)，深圳11號(hào)線(xiàn)是連接福田中心區(qū)與寶安區(qū)碧頭，上海地鐵16號(hào)線(xiàn)是連接浦東新區(qū)龍陽(yáng)路與臨港新城。 同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)一些經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地級(jí)市也開(kāi)始規(guī)劃建設(shè)地鐵，由于城市空間結(jié)構(gòu)的原因，這些地級(jí)市下的行政機(jī)構(gòu)相對(duì)分散，為了加強(qiáng)各行政機(jī)構(gòu)與城市中心城區(qū)之間的聯(lián)系，突出中心城區(qū)的首位度，也需修建高速、便捷、環(huán)保的地鐵線(xiàn)路，如東莞城市快速軌道交通R2線(xiàn)，這幾條地鐵快線(xiàn)線(xiàn)路具有以下共同的特點(diǎn)： 線(xiàn)路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，但車(chē)站數(shù)量較少，最大站間距和平均站間距都比一般地鐵線(xiàn)路大。在城市地鐵中，一般的地鐵線(xiàn)路長(zhǎng)度為大多在30km以?xún)?nèi)，最大站間距控制在2.5km以?xún)?nèi)，平均站間距為1.21.5km，而地鐵快線(xiàn)的線(xiàn)路長(zhǎng)度大多為50km以上，最大站間距超過(guò)5km，平均站間距達(dá)2.43.0km，是一般地鐵線(xiàn)路的兩倍，并且超過(guò)2.5km的長(zhǎng)大區(qū)間個(gè)數(shù)較多，目前國(guó)內(nèi)已建成和正在修建的幾條地鐵快線(xiàn)線(xiàn)路的一些基本參數(shù)見(jiàn)表1。 由于城市的空間形態(tài)布置及規(guī)劃發(fā)展的不均衡，這幾條地鐵快線(xiàn)線(xiàn)路的敷設(shè)在中心城區(qū)或衛(wèi)星城內(nèi)站間距?。ê鸵话愕罔F的站間距接近），但在中心城區(qū)與衛(wèi)星城、兩個(gè)衛(wèi)星城之間，線(xiàn)路的站間距較大。 這種由于城市空間結(jié)構(gòu)、城市規(guī)劃形成的線(xiàn)路敷設(shè)方式、站點(diǎn)設(shè)置的特點(diǎn)直接影響到整條線(xiàn)路系統(tǒng)制式、速度目標(biāo)值、車(chē)輛選型的選擇，也是設(shè)計(jì)中需考慮的一個(gè)重要因素。 2.2系統(tǒng)制式的選擇與速度目標(biāo)值、車(chē)輛選型與列車(chē)編組方案 系統(tǒng)制式的選擇、速度目標(biāo)值得確定、車(chē)輛選型與列車(chē)編組方案是地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)參數(shù)，對(duì)工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)有較大影響，合理的確定上述參數(shù)是地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。 系統(tǒng)制式的選擇一般應(yīng)從客流等級(jí)和特征、線(xiàn)路和環(huán)境條件、系統(tǒng)本身的技術(shù)成熟性和先進(jìn)性、運(yùn)營(yíng)的可靠性和成本、以及建設(shè)工期和工程投資等方面進(jìn)行分析，其決策還受到國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策、城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、文化傳統(tǒng)和價(jià)值取向等因素的影響。 速度目標(biāo)值的選擇與規(guī)劃的出行時(shí)間目標(biāo)要求、線(xiàn)路敷設(shè)方式、站間距的大小、線(xiàn)網(wǎng)的資源共享等因素有關(guān)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需根據(jù)上述條件進(jìn)行80km/h、100km/h、120km/h的速度目標(biāo)進(jìn)行綜合比選，必要時(shí)還需進(jìn)行140km/h的速度目標(biāo)值的比選，最終確定設(shè)計(jì)線(xiàn)路的速度目標(biāo)值。 車(chē)輛選型主要根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求（線(xiàn)網(wǎng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)輸能力）、出行時(shí)間要求、舒適度要求、安全性需求、環(huán)境需求及線(xiàn)網(wǎng)資源共享等綜合考慮。 列車(chē)編組方案主要根據(jù)初、近、遠(yuǎn)期最大單向斷面預(yù)測(cè)客流資料，根據(jù)旅客的出行特征（地鐵快線(xiàn)的旅客平均出行距離和全程運(yùn)行時(shí)間均遠(yuǎn)大于一般地鐵，其平均出行距離達(dá)到了15km左右，全程旅行時(shí)間均在1小時(shí)左右，乘客乘車(chē)時(shí)間平均超過(guò)15分鐘）、考慮乘車(chē)的舒適度（按照一定的站立標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)?shù)脑黾幼剩?，按滿(mǎn)足客流預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)期單向高峰小時(shí)最大斷面客流量的需求，并留有1015%的富余量的系統(tǒng)能力來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需根據(jù)初、近、遠(yuǎn)期最大單向斷面預(yù)測(cè)客流資料，進(jìn)行多方案比選，最終確定列車(chē)的編組方案，列車(chē)編組方案對(duì)土建工程的投資影響較大。 目前，國(guó)內(nèi)已建成或正在建設(shè)的地鐵快線(xiàn)采用的車(chē)輛分別為120km/h的A型車(chē)（上海地鐵16號(hào)線(xiàn)、深圳地鐵11號(hào)線(xiàn)）、B型車(chē)（廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)、東莞城市快速軌道交通R2線(xiàn)）兩種，供電方式分別為DC1500V接觸軌供電（上海地鐵16號(hào)線(xiàn)）和DC1500V架空接觸網(wǎng)供電（廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)、東莞城市快速軌道交通R2線(xiàn)、深圳地鐵11號(hào)線(xiàn)）。 列車(chē)編組為：廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)原設(shè)計(jì)為3-3/6-6編組，后來(lái)在建成開(kāi)通后由于客流的急劇增長(zhǎng)，于xx年4月底全部改為6輛編組，4車(chē)門(mén)，縱列式座椅布置，系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)能力34對(duì)/h。上海地鐵16號(hào)線(xiàn)設(shè)計(jì)為3-3/6-6編組，3車(chē)門(mén)，橫排式座椅布置，東莞軌道交通R2線(xiàn)設(shè)計(jì)為6-6-6編組，3車(chē)門(mén)，原設(shè)計(jì)為縱橫混合式布置，后改為縱列式布置，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大能力為27對(duì)/h，并預(yù)留30對(duì)/h的條件。 深圳地鐵11號(hào)線(xiàn)設(shè)計(jì)為：初、近、遠(yuǎn)期采用6/8混跑編組（8輛帶兩節(jié)頭等車(chē)），系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)能力24對(duì)/h。 從上面的資料可以看出，由于缺乏相應(yīng)的地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范，各條快線(xiàn)的系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)能力、座椅布置、每平方米的站立標(biāo)準(zhǔn)均不同，根據(jù)對(duì)東莞軌道交通R2線(xiàn)、深圳地鐵11號(hào)線(xiàn)及廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)的初步研究，考慮到地鐵快線(xiàn)的速度目標(biāo)值比較高（最高運(yùn)行速度為120km/h）、平均出行距離長(zhǎng)（達(dá)到了15km左右）、全程旅行時(shí)間長(zhǎng)（均在1小時(shí)左右）、乘客乘車(chē)時(shí)間平均長(zhǎng)（超過(guò)15分鐘），建議系統(tǒng)的最大設(shè)計(jì)能力按不超過(guò)27對(duì)/h設(shè)計(jì)（地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范要求不小于30對(duì)/h）、座椅按縱橫式混合布置（增加坐席率，地鐵車(chē)輛通常為縱列式布置）、每平方米的站立標(biāo)準(zhǔn)按5人考慮（地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范為每平方米56人）。 另外，關(guān)于速度目標(biāo)值，在目前的設(shè)計(jì)中，信號(hào)ATP的值一般比設(shè)計(jì)的最高運(yùn)行速度低35km/h，ATO的值在A(yíng)TP的基礎(chǔ)上又下降35km/h，因此最后列車(chē)自動(dòng)駕駛的速度比設(shè)計(jì)的最高運(yùn)行速度低近10km/h，而車(chē)輛的構(gòu)造速度比列車(chē)最高運(yùn)行速度高105km/h，整條線(xiàn)路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（線(xiàn)路、車(chē)輛、限界、土建工程、軌道等）均按最高運(yùn)行速度進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣就造成了工程的浪費(fèi)，建議在地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)中，信號(hào)ATP的值就按最高運(yùn)行速度控制，ATO的值根據(jù)與信號(hào)供應(yīng)商溝通后做適當(dāng)降低，但降低值以不超過(guò)5km/h為宜。 2.3乘客舒適度與空氣動(dòng)力學(xué) 根據(jù)廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)反饋的信息，當(dāng)列車(chē)在長(zhǎng)度為6.2公里、內(nèi)徑5.4m的盾構(gòu)隧道番禺廣場(chǎng)站至市橋站區(qū)間運(yùn)行、列車(chē)最高運(yùn)行速度接近120km/h時(shí)，乘客和司機(jī)會(huì)出現(xiàn)胸悶、耳鳴、耳痛等身體不適情況。 針對(duì)這一情況，在東莞軌道交通R2線(xiàn)、深圳地鐵11號(hào)線(xiàn)的設(shè)計(jì)時(shí)，均開(kāi)展了隧道空氣動(dòng)力學(xué)的研究，并在設(shè)計(jì)中采取了如下主要措施：地下長(zhǎng)大區(qū)間采用大斷面隧道（按隧道阻塞比小于0.4考慮，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑6.0m、礦山法隧道的內(nèi)輪廓凈面積不小于28m2）、列車(chē)突入洞口處設(shè)帶有減壓孔的緩沖結(jié)構(gòu)（主要在地下線(xiàn)與地面線(xiàn)的過(guò)渡的明挖段設(shè)置）、提高列車(chē)氣密性指數(shù)、采用流線(xiàn)型車(chē)頭。 目前這些措施已經(jīng)在工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)中被采用，待xx年初這兩條線(xiàn)路建成通車(chē)后的實(shí)測(cè)進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證。 2.4土建工程設(shè)計(jì) 由于土建工程按100年的使用壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)，且一經(jīng)實(shí)施后，若遠(yuǎn)期客流增加較多，車(chē)站規(guī)模不夠，要對(duì)土建工程進(jìn)行改造不僅影響運(yùn)營(yíng)，而且改造的成本較高、廢棄工程量較大、施工風(fēng)險(xiǎn)極大，為避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)中需結(jié)合遠(yuǎn)期最大單向斷面預(yù)測(cè)客流資料，并對(duì)遠(yuǎn)期客流的抗風(fēng)險(xiǎn)能力進(jìn)行分析，結(jié)合城市的整體規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，按具備包容高水平客流狀態(tài)的能力來(lái)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，建議車(chē)站規(guī)?？梢园催h(yuǎn)期車(chē)輛編組的有效站臺(tái)長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)并一次建成，在運(yùn)營(yíng)的初、近期，可根據(jù)客流資料和設(shè)計(jì)的列車(chē)編組來(lái)設(shè)計(jì)站臺(tái)上屏蔽門(mén)或安全門(mén)開(kāi)啟的范圍，當(dāng)客流上升接近設(shè)計(jì)客流時(shí)，在局部改造屏蔽門(mén)或安全門(mén)及升級(jí)列車(chē)信號(hào)系統(tǒng)等，以達(dá)到設(shè)計(jì)的能力。 目前東莞城市快速軌道交通R2線(xiàn)、深圳地鐵11號(hào)線(xiàn)的車(chē)站有效站臺(tái)長(zhǎng)度分別是按遠(yuǎn)期6輛編組B型車(chē)120m的長(zhǎng)度和遠(yuǎn)期8輛編組A型車(chē)186m的長(zhǎng)度一次建成的。 2.5牽引供電制式 目前，城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)有兩種電壓等級(jí)可供選擇，即DC750V和DC1500V；列車(chē)授流方式按安裝位置的不同也有兩種可供選擇，即接觸軌授流方式和架空接觸網(wǎng)授流方式。 從城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展歷史來(lái)看，兩種授流方式在不同時(shí)期、不同城市、不同線(xiàn)路條件下，都得到了廣泛應(yīng)用。 地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)中高架橋梁結(jié)構(gòu)占有比較大的比例，在高架橋梁上，若采用架空接觸網(wǎng)供電，對(duì)城市的景觀(guān)有一定影響，建議選用接觸軌供電的方式，以減少對(duì)城市景觀(guān)的影響，利于城市的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和高架結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展。 3建議與結(jié)論 3.1建議 由于我國(guó)暫時(shí)還沒(méi)有最高運(yùn)行速度為100120km/h的地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范，在目前的地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般采用的方法為：先參照地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50157-xx）和城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（建標(biāo)104-xx）、城市軌道交通技術(shù)規(guī)范（GB50490-xx）等進(jìn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的初步擬定，然后結(jié)合最高運(yùn)行速度為100120km/h的特征開(kāi)展專(zhuān)題研究及專(zhuān)家論證確定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)過(guò)程中，由于受到技術(shù)水平和認(rèn)識(shí)的限制，難免有些缺憾，建議加快地鐵快線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范的出臺(tái)，以指導(dǎo)工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)。 3.2結(jié)論 地鐵快線(xiàn)主要為連接中心城區(qū)與衛(wèi)星城、兩個(gè)衛(wèi)星城之間的城市地鐵線(xiàn)路，線(xiàn)路的站間距較大，選擇120km/h的速度目標(biāo)值可達(dá)到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效果為最佳； 考慮到地鐵快線(xiàn)的速度目標(biāo)值比較高、平均出行距離長(zhǎng)、全程旅行時(shí)間長(zhǎng)、乘客乘車(chē)時(shí)間平均長(zhǎng)，地鐵快線(xiàn)的系統(tǒng)最大設(shè)計(jì)能力按不超過(guò)27對(duì)/h設(shè)計(jì)、座椅按縱橫式混合布置、每平方米的站立標(biāo)準(zhǔn)按5人考慮； 為了充分發(fā)揮地鐵快線(xiàn)的綜合效益，在設(shè)計(jì)中，信號(hào)ATP的值按最高運(yùn)行速度控制，ATO的值根據(jù)與信號(hào)供應(yīng)商溝通后做適當(dāng)降低，但降低值以不超過(guò)5km/h為宜； 為了提高乘客的舒適度，對(duì)于地下長(zhǎng)大區(qū)間采用大斷面隧道（按隧道阻塞比小于0.4考慮，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑6.0m、礦山法隧道的內(nèi)輪廓凈面積不小于28m2）、列車(chē)突入洞口處設(shè)帶有減壓孔的緩沖結(jié)構(gòu)（主要在地下線(xiàn)與地面線(xiàn)的過(guò)渡的明挖段設(shè)置）、提高列車(chē)氣密性指數(shù)、采用流線(xiàn)型車(chē)頭。目前東莞城市快速