地鐵線路的基本知識與基本概念

線路的基本知識與基本概念城市軌道交通是一個集合概念，是在城市及都市圈范圍內(nèi)運行的一種以電力為牽引動力，采用軌道作為車輛導向、以列車編組方式快速高密度運行的大、中動量快速客動方式的總稱。城市軌道交通一般可按其運量和技術特征分為地鐵、輕軌和區(qū)域快速鐵路（包括市郊鐵路）三種形式。這三種形式構成城市軌道交通的主體，各有其適用范圍，同時通過銜接換乘，相互補充，形成一個有機的整體，成為城市公共交通體系中的骨干，起著主導客流組織的作用。線網(wǎng)中各條線路所居位置不同，分擔客流強度不等，應分為2?3層次：1、主干線一一貫通城市中心，連接兩端的主客流走廊，相對運量大，線路長。形成基本網(wǎng)絡骨架。2、次干線一一位于某區(qū)域的主客流走廊，僅次于主干線地位，并無明顯差別。3、輔助線一一位于市中心核心區(qū)邊緣的線路，為主干線網(wǎng)絡的補充，運量級有一定差距。SOD的概念交通疏導型，其主要功能是解決城市交通擁堵狀況，滿足交通需求，使市民能夠快速方便地出行。（廣州的1、2、5、6）TOD的概念TOD（Transit-OrientedDevelopment）的核心內(nèi)容是：以公共交通車站（一般為軌道交通車站）為中心，以適宜的步行距離為半徑，在這個范圍內(nèi)混合使用土地，實行中、高密度開發(fā)；將覆蓋面廣、使用選擇性強的公共設施圍繞車站集中布局，便于居民使用；通過步行、自行車和公交等各種出行方式的高效率換乘，取代汽車在城市中的主導地位。（廣州的3、4）城市軌道交通新線建設的運營規(guī)模，按線路遠期單向高峰小時客運能力，劃分為四個類別、三個量級、兩種封閉型式。各級線路相關技術特征宜按表2確定。各級線路相關技術特征表2線路運能分類IIImW高運量大運量中運量（地鐵）（輕軌/單軌）線路型式全封閉型部分平交道口列車最大長度（m向運能（萬人次/h）4.5?72.5?51.5?31?2適用車型AB或LbB、C、Lb及單軌C或D最高速度(km/h)80?10080?60平均站間距(km)1.2?20.8?1.5旅行速度(km/h)35?4020?30適用城市城區(qū)人口規(guī)模(萬人)N300N150注：1.A、B、Lb、D型車和單軌車的技術規(guī)格見表5。C型車技術規(guī)格有待研究補充。1)線路方向及路由選擇要考慮的主要因素線路的作用為城市居民的生產(chǎn)、生活提供交通服務，是修建城市軌道交通系統(tǒng)的主要目的。在為城市交通服務中，還應包括為城市哪一地區(qū)或哪一個方向的客流服務，該項工作由路網(wǎng)規(guī)劃報告或項目建議書所確定，起訖點和必經(jīng)點即線路走向體現(xiàn)這一服務目的。例如，上海地鐵1號線一期工程是為解決上海市漕河涇、徐家匯、人民廣場及上海火車站地區(qū)之間的南北客流交通，因此新龍華、徐家匯、人民廣場、上?；疖囌臼潜亟?jīng)的控制點，如圖7-1所示。其他：包括為戰(zhàn)備、物資運輸、安裝電纜等服務。地下鐵道多數(shù)建于地下，由于它的隱蔽性，在戰(zhàn)爭狀態(tài)下，它可以用來隱蔽人員、物資，調(diào)動兵員和開辦地下軍工廠等。例如，“二戰(zhàn)”期間的倫敦、莫斯科地鐵都發(fā)揮了很好的戰(zhàn)備作用?？土鞣植寂c客流方向無論從城市軌道交通系統(tǒng)的內(nèi)部效益，還是從方便市民出行的社會效益考慮，都要求城市軌道交通系統(tǒng)最大限度地吸引客流，其線路應盡量多地經(jīng)過一些大客流集散點，一般要放棄控制點間的最短路由方向。例如，上海地鐵：1號線一期工程衡山路至人民廣場間，長約5km，有復興中路、淮海中路和延安中路3條路由可選，以復興中路方案為最短，施工干擾也小，但最后選定線路增加200m的淮海中路方案，理由是淮海中路是繁華商業(yè)街，吸引客流比復興中路大50%，如圖7-1所示。廣州地鐵一期工程，楊箕至廣州火車東站間，長約4km，中間有天河體育場為控制點，路由有體育西路、體育東路、東莞路三組方案，體育西路方案線路長度最短，客流方向最順，東莞路方案吸引天河開發(fā)區(qū)，客流最多，最后選取線路增加500m、能吸引天河開發(fā)區(qū)客流的體育東路方案，如圖7-2所示。城市道路網(wǎng)分布狀況城市道路分為快速路、主干道、次干道、支路等。快速路、主干道是貫穿整個城市或各區(qū)之間的主路，道路寬闊、交通可達性好，道路兩側往往集中了許多重要的機關、單位、商業(yè)等部門，人口密度高。城市軌道交通線路一般應選擇城市主路敷設，吸引范圍內(nèi)客流多，換乘方便，能更好地為市民服務，運營效益高。只有在特殊條件下或為了轉(zhuǎn)換主路，在過渡地段才選擇次干道以下道路敷設。隧道主體結構施工方法隧道主體結構施工方法｛艮多，不同施工方法的土建費用和對城市的干擾程度差別很大。在第四系地層中，淺埋明挖法施工的土建費用省，但對城市干擾大，暗挖法反之。所以，目前國內(nèi)各城市有條件的盡量用明挖，但在市中心區(qū)則采用暗挖，如北京地鐵復八線的區(qū)間采用淺埋暗挖，上海地鐵1號線采用盾構法。城市經(jīng)濟實力城市軌道交通項目建設費用高，如地鐵每公里造價數(shù)億元。限于財力，在路由選擇上，為了降低造價，除有計劃地與舊城改建結合之外，還要盡量避免對城市造成大量的拆建工程。此外，各城市根據(jù)經(jīng)濟狀況需要有計劃分期、分批建設。除上述五方面經(jīng)常考慮的因素之外，城市發(fā)展與改造計劃、城市的地理環(huán)境條件(地形、地質(zhì)、水文、周邊城鎮(zhèn)發(fā)展)、線路敷設方式等都影響路由選擇，在特定條件下還可起主導作用。4)影響線路的走向與路由確定的因素線路的性質(zhì)、作用及地位主要包括線路在城市軌道交通線網(wǎng)中的作用及地位、所承擔的客流性質(zhì)以及工程建設規(guī)模和線路等級等?？土骷Ⅻc和主客流方向主要包括設計年限內(nèi)，線路所經(jīng)過的大型集散點的建設狀況、可能形成的客流走廊狀況以及主客流方向等。城市道路網(wǎng)及建設狀城市軌道交通線路必須與城市的規(guī)劃道路網(wǎng)建設密切配合，在未建成規(guī)劃道路的地段建設城市軌道交通時，要注意軌道交通線路與規(guī)劃道路的關系，在能力運用上要配套、合理。線路的敷設方式和技術條件線路的敷設方式以及采用的技術條件對線路的走向及路由也會產(chǎn)生很大影響，在不滿足線路技術要求的地段，需采用繞行或另選路由。與城市發(fā)展的近遠期結合選擇線路走向和路由時一個重要的方面就是要考慮城市建設的近遠期發(fā)展條件，要與城市建設發(fā)展時序相協(xié)調(diào)，發(fā)揮城市軌道交通建設對城市建設的牽引作用。此外，某些場合下，還有一些其他因素有時也會對線路路由產(chǎn)生決定性影響。如某一時期的戰(zhàn)備要求、與一些重要設施的銜接要求等。線路路由方案的研究要在分析上述因素的基礎上進行。線路走向和路由方案的研究一般1/50000?1/10000地形圖上進行，特殊地段可采用1/2000地形圖。一般來說，根據(jù)線路技術條件和地形地貌，可提出2?3個方案作為比選和論證的基礎。(一)線路平面線路平面由直線和曲線組成。直線：設計線路平面應力爭設置較長的直線段，減少交點（JD分右Y、左Z）個數(shù)，以縮短線路長度、改善運營條件。只有遇到地形、地質(zhì)或地物等局部障礙，而引起較大工程時，才設置交點繞避障礙。夾直線：兩相鄰曲線間的直線段，即前一個曲線終點與后一個曲線起點間的直線，稱為夾直線。夾直線長度應力爭長一些，為行車和維修創(chuàng)造有利條件。地鐵屬于城市軌道交通，布線條件往往受到一定的限制。為考慮行車平穩(wěn)要求，夾直線長度應保證不小于一節(jié)車輛的長度（A：22m，19m）。夾直線長度應符合國家規(guī)范與本線技術標準的要求；《地鐵設計規(guī)范》規(guī)定夾直線長度A型車不宜小于25m，B型車不宜小于20m。曲線：地鐵曲線由圓曲線和緩和曲線構成。選定直線位置時，應力求減小交點轉(zhuǎn)角的度數(shù)，轉(zhuǎn)角大，則線路轉(zhuǎn)彎急，總長增大；同時列車行經(jīng)曲線所要克服的阻力增大，運營費用力大。曲線半徑的選用原則：因地制宜由大到小合理選用，結合線路縱斷面特點合理選用。曲線半徑對工程和運營的影響：采用較小的曲線半徑能較好地適應城市的地形、地物環(huán)境條件，減少工程量，對降低工程造價有顯著效果。但將增加線路長度、限制行車速度、增加輪與軌的磨耗、維修工作量加大；在小半徑曲線下坡運行時搖晃加劇，降低乘客的舒適度；司機了望線路條件差，對行車安全不利；加大鋼軌磨耗（主要是滑動摩擦一一附加動壓力及輪軌間的相對滑動與曲線半徑成反比）。北京（一期）200m半徑磨耗嚴重，二期250m半徑磨耗稍好；RN300m未發(fā)現(xiàn)不正常磨耗現(xiàn)象；小半徑曲線行車橫向力大，碎石道床線路的軌距與水平均難以保持，曲線的幾何形狀不易固定，養(yǎng)護維修工作量大。規(guī)范規(guī)定：最小曲線半徑：A型車一350m，B型車一300m。緩和曲線：在直線與曲線之間要設置緩和曲線，以保證行車平穩(wěn)。設置緩和曲線的作用：在緩和曲線范圍內(nèi)，其半徑由無限大漸變到圓曲線半徑，從而使車輛產(chǎn)生的離心力逐漸增加，滿足曲率過渡、軌距加寬和超高過渡的需要，有利于行車平穩(wěn)，以保證乘客舒適和安全。曲線特征點：緩和曲線起點，即直線與緩和曲線的分界點，簡稱直緩點ZH；緩和曲線與圓曲線的分界點，簡稱緩圓點HY；圓曲線與緩和曲線的分界點，簡稱圓緩點YH；緩和曲線與直線的分界點，簡稱緩直點HZ。當圓曲線半徑等于或大于2000m時，一般可不設緩和曲線，就只有直圓點ZY和圓直點YZ。圓曲線長度：地鐵圓曲線長度短對改善了望條件、減少行車阻力和養(yǎng)護維修有利。但最短不能小于車輛的全軸距，否則車輛將跨越在三種不同線型上，會危及行車安全、降低列車的平穩(wěn)性和乘客的舒適度。5.地鐵車站的設置：地鐵的客流要靠車站吸引，為最大限度地吸引客流和方便乘客，地鐵車站通常應設置在客流量大的地方，如商業(yè)中心、文化娛樂中心、大的居住區(qū)及地面交通樞紐等處，同時為便利不同線路間的乘客換乘，在地鐵不同線路及與其它軌道交通交會處也應設置車站。車站之間的距離選定應根據(jù)具體情況確定，站間距離太短雖能方便步行到站的乘客，但會降低運營速度，增加乘客旅行時耗，并增大能耗及配車數(shù)量，同時，由于多設車站也增加了工程投資和運營成本。站間距離太大，會使乘客感到不便，特別對步行到站的乘客尤其不便，而且也會增大車站負荷。一般市區(qū)范圍采用1km，郊區(qū)因地制宜，適當放大到1.5km—2.0km或更長。（二）線路縱斷面線路縱斷面是由長度不同、陡緩各異的坡段組成的。相鄰兩坡段的坡度變化點稱為變坡點。坡段的特征用坡段長度和坡度值表示。坡段長度為坡段兩端變坡點間的水平距離血），坡度值為該坡段兩端變坡點間的高差（m）與坡段長度的比值，以千分數(shù)表示（％。），上坡取正值，下坡取負值。正線最大坡度是線路的主要技術標準之一。它對線路的埋深、工程造價及運營都有較大的影響，因此合理地確定線路最大坡度具有很重要的意義。最大坡度的確定：目前我國地鐵采用的電動客車有A型（廣州、上海）、B型（北京），一般采用動、拖車編組方式：兩動+兩拖檢算：北京B型車在43.95%。坡道上、上海A型車在41.76%坡道上都能起動，起動速度按5km/h計一一動拉三拖，并在超員情況下。因此滿足正線最大坡度不宜大于30%。困難地段可采用35%的規(guī)定。輔助線：聯(lián)絡線、出入段線上的最大坡度不宜大于40%（空車）。最小坡度：隧道與路塹地段線路坡度一般不小于3%。，主要是為了滿足排水需要，因一般情況下線路坡度與排水溝的坡度一致。車站線段坡度：地下車站應盡量平緩，以防車輛溜動，但又要考慮隧道的最小排水坡度，故宜將車站站臺計算長度設在2%。的坡道上。地面站與高架站地段排水較易處理，為使車輛停車平穩(wěn)，車站站臺段線路應盡量設在車道上，只有在困難地段為便于停車和起動，才可設在不大于3%。的坡度上。隧道內(nèi)的折返線和停車線，為保障車輛停放的安全，線路坡度要求盡量平緩，但又要保證隧道內(nèi)的排水，故采用2%。的坡度。折返線和停車線布置在面向車檔的下坡道上，目的是防止向車站溜車，確保停車安全。豎曲線設置：為緩和變坡點坡度的急劇變化，使列車通過變坡點時產(chǎn)生的附加加速度（即豎向加速度av）不超過允許值，相鄰坡度差大于或等于2%。時，應在變坡點處設置圓曲線型豎曲線：6、坡段長度的要求：列車通過變坡點要產(chǎn)生附加力和豎向加速度，影響行車平穩(wěn)，故設計較長的坡段為好；但為了適應線路高程的變化，坡段又不能太長，否則影響工程造價、增加工程量，要求使一列車范圍只有一個變坡點一保證行車平穩(wěn)。坡段長度還要求滿足豎曲線不重疊，且相距一定距離，有利于列車運行和線路維修養(yǎng)護。因此規(guī)定夾直線長度不小于50m，在兩豎曲線間能放下二、三節(jié)車輛。（四）地鐵線路設計有關術語正線一一載客列車運營的貫通線路。行車速度高、密度大，且要保證行車安全和舒適，因此線路標準較高；最小曲線半徑R：一般A型車350m；B型車300m。輔助線一一為保證正線運營而設置的不載客列車運行的線路。包括單渡線、交叉渡線、折返線和停車線。一般不行駛載客車輛，速度要求較低，故線路標準較低；最小曲線半徑R一般A型車250m；B型車200m。聯(lián)絡線一一連接兩條獨立運行正線之間的線路。不行駛載客車輛，速度要求較低，故線路標準較低；曲線半徑一般250m?200m。最小曲線半徑150m。是解決車輛調(diào)配和處理其它事項須轉(zhuǎn)線運行的需要。因為有的線路沒有條件與地面鐵路接軌，無法直接運送車輛與大型設備；有時一個車輛段要承擔兩條或兩條以上線路的車輛檢修業(yè)務；有的線路采取分段修建和運營時，車輛段一時未建，車輛檢修業(yè)務需臨時由其它車輛段承擔等情況，都需要借助聯(lián)絡線轉(zhuǎn)運。此外，聯(lián)絡線還可以保證在特殊情況下，列車可由一條線轉(zhuǎn)入其它線路運行，增加處理事態(tài)的靈活性。出入段線一一連接正線與車輛段之間的線路。一般不行駛載客車輛，采用最大坡度，最小曲線半徑150m。路基一一經(jīng)開挖和填筑而成的直接支承軌道的基礎結構物。開挖成的叫路塹，填筑而成的叫路堤。軌道結構一一路基面或結構面（橋梁頂面或隧道底板頂面）以上的線路部分，由鋼軌、扣件、軌枕、道床、道岔、聯(lián)結零件及防爬設備等組成。是地鐵的主要技術裝備之一，是行車的基礎。軌距一一雙軌線路，鋼軌頂面以下規(guī)定距離處（16mm）左右兩股鋼軌頭部內(nèi)側之間的最短距離。世界上鐵路軌距分為三種：標準軌距（1435mm）、寬軌距（大于標準軌距的，如1524mm、1600mm、1670mm等，用于俄羅斯、印度、蒙古等國）和窄軌距（小于標準軌距的，如1000mm、1067mm、762mm、600mm等，用于日本、冶金、煤礦及隧道施工），地鐵與大鐵的軌距一般均采用標準軌距1435mm。重慶市2005年6月18日建成的城軌交通二號線，是跨座式單軌交通線，在我國尚屬首次。（另有懸掛式單軌交通）無縫線路一一是把標準長度的鋼軌連續(xù)焊接或膠結而成的長鋼軌線路。在普通線路上，鋼軌接頭是軌道的薄弱環(huán)節(jié)之一，無縫線路的優(yōu)點是沖擊和振動減少，噪音低，車輪與鋼軌磨耗減少，線路與車輪維修量大大減少，提高了安全度和旅客的舒適度。整體道床一一在堅實基底上直接用混凝土等材料灌筑的軌下基礎。優(yōu)點是整體性強，穩(wěn)定性好，有利于高速行車，維修工作量小。道岔一一是機車車輛從一股軌道轉(zhuǎn)入另一股軌道時必不可少的線路設備，是地鐵軌道的一個重要組成部分。由于道岔具有另部件數(shù)量多、構造復雜、使用壽命短、限制列車速度、行車安全性低、養(yǎng)護維修投入大等特點，與曲線、接頭并稱為軌道的三大薄弱環(huán)節(jié)。為了保證行車安全和便于線路維修養(yǎng)護，一般規(guī)定豎曲線離開道岔端部的距離不應小于5m。道岔號數(shù)為偏角的余割，偏角越小號數(shù)越大。一般正線選用9號道岔。站臺計算長度一一最大列車編組長度加列車停站時產(chǎn)生的誤差。曲線不得侵入車站站臺計算長度，是為了保證站臺平整和乘客安全，并有利于車站的施工。旅行速度一一列車從起點站發(fā)車至終點站停車的平均運行速度。曲線加寬(加高)之要求：加寬起點A：緩和曲線的起點(ZH或終點HZ)向直線方向的距離L1：L1=定距(轉(zhuǎn)向架中心距)+(車輛長度一定距)/2半加寬終點B：緩和曲線中點向直線方向的距離L2L2二車輛長度/2全加寬起點C：緩和曲線終點(HY或YH)向直線方向的距離L3L3=車輛長度/2在區(qū)間隧道設計中除明挖法外，為方便施工，隧道加寬不按直線變化(漸變)而只按半加寬與全加寬計，按A~B點為半加寬，B~C點全加寬設計。9.介紹找地下線區(qū)間最低點的簡易計算方法：最低點至變坡點的距離x為：大小坡度差的一半乘半徑。即：x=(i-i)/2*R最低點至小坡度豎曲線起點的距離x1為：小坡度乘半徑即：xji2*R城市軌道交通中節(jié)能坡的使用，主要遵循以下幾個方面的原則：軌道交通的列車再生制動功能，不能代替節(jié)能坡。再生制動是一種動力制動，是把電動車組的動能通過電機轉(zhuǎn)化為電能后,再使電能反饋回電網(wǎng)提供給別的列車使用。這種方式既能節(jié)約能源,又減少制動時對環(huán)境的污染,且基本上無磨耗?，F(xiàn)代軌道交通車輛廣泛采用這種再生制動技術，發(fā)出的電能供鄰近的列車使用，但時間吻合的幾率并不高，因此它并不能代替節(jié)能坡。軌道交通凡有條件的區(qū)間，都應設計成節(jié)能坡，即遵循“高站位、低區(qū)間”的設計原則。列車從車站起動后，借助下坡的勢能增加列車加速度，縮短列車牽引時間，從而達到節(jié)能的目的。列車進站停車時，可借助坡度阻力，降低列車速度,縮短制動時間，減少制動發(fā)